Co to jest dzielnik napięcia i do czego służy
Definicja
Dzielnik napięcia to urządzenie lub urządzenie, które obniża poziom napięcia wyjściowego względem wejścia, proporcjonalnie do współczynnika transmisji (zawsze będzie poniżej zera). Otrzymał tę nazwę, ponieważ reprezentuje ona dwie lub więcej połączonych szeregowo sekcji łańcucha.
Są liniowe i nieliniowe. W tym przypadku pierwszymi są rezystancja czynna lub bierna, w której współczynnik transmisji jest określony przez stosunek Prawo Ohma. Do wyraźnych dzielników nieliniowych należą parametryczne stabilizatory napięcia. Zobaczmy, jak to urządzenie jest ustawione i dlaczego jest potrzebne.
Rodzaje i zasada działania
Od razu warto zauważyć, że zasada działania dzielnika napięcia jest zasadniczo taka sama, ale zależy od elementów, z których się składa. Istnieją trzy główne typy obwodów liniowych:
- rezystancyjny;
- pojemnościowy;
- indukcyjny.
Najczęstszy dzielnik na opornikach, ze względu na jego prostotę i łatwość obliczeń. Na jego przykładzie i rozważ podstawowe informacje o tym urządzeniu.
Każdy dzielnik napięcia ma Uinput i Uoutput, jeśli składa się z dwóch rezystoryjeśli są trzy rezystory, wówczas będą dwa napięcia wyjściowe i tak dalej. Możesz wykonać dowolną liczbę etapów podziału.
Uinput jest równe napięciu zasilania, Uoutput zależy od stosunku rezystorów w ramionach dzielnika. Jeśli weźmiemy pod uwagę obwód z dwoma rezystorami, wówczas górne, lub jak to się nazywa, ramię gaszenia będzie R1. Ramię dolne lub wyjściowe będzie R2.
Załóżmy, że mamy zasilanie 10 V, rezystancja R1 wynosi 85 omów, a rezystancja R2 wynosi 15 omów. Musisz obliczyć Uoutput.
Następnie:
U = I * R
Ponieważ są one połączone szeregowo, to:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Następnie jeśli dodasz wyrażenia:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Jeśli stąd wyrażymy prąd, otrzymamy:
Podstawiając poprzednie wyrażenie, mamy następującą formułę:
Obliczmy dla naszego przykładu:
Dzielnik napięcia można wykonać na reaktancjach:
- na kondensatory (pojemnościowy);
- na cewkach indukcyjnych (indukcyjnych).
Następnie obliczenia będą podobne, ale opór jest obliczany przy użyciu poniższych wzorów.
Dla kondensatorów:
Dla indukcyjności:
Cechą i różnicą tego rodzaju dzielników jest to, że dzielnik rezystancyjny może być stosowany w obwodach prądu przemiennego i stałego, a pojemnościowy i indukcyjny tylko w obwodach prądu przemiennego, ponieważ tylko wtedy nastąpi ich reaktancja.
Ciekawy! W W niektórych przypadkach dzielnik pojemnościowy będzie działał w obwodach prądu stałego, dobrym przykładem jest zastosowanie takiego rozwiązania w obwodzie wejściowym zasilaczy komputerowych.
Zastosowanie reaktancji wynika z faktu, że podczas ich działania uwalniane jest nie tyle ciepła, ile przy zastosowaniu aktywnych rezystancji (rezystorów) w konstrukcjach
Przykłady zastosowania w obwodzie
Istnieje wiele schematów, w których stosowane są dzielniki napięcia. Dlatego podamy kilka przykładów na raz.
Załóżmy, że projektujemy stopień wzmacniacza na tranzystorze działającym w klasie A. Na podstawie jego zasady działania musimy ustawić napięcie polaryzacji (U1) na podstawie tranzystora, tak aby jego punkt pracy znajdował się na liniowym segmencie charakterystyki I - V, tak aby prąd przez tranzystor nie był nadmierny. Załóżmy, że musimy zapewnić prąd podstawowy 0,1 mA przy U1 0,6 V.
Następnie musimy obliczyć opór na ramionach dzielnika, i jest to odwrotne obliczenie w stosunku do tego, co podaliśmy powyżej. Przede wszystkim znajdują prąd przez rozdzielacz. Aby prąd obciążenia nie miał znaczącego wpływu na napięcie na jego ramionach, ustawiamy prąd przez dzielnik na rząd wielkości większy niż prąd obciążenia w naszym przypadku 1 mA. Zasilacz powinien wynosić 12 woltów.
Zatem całkowity opór dzielnika wynosi:
Rd = zasilanie U / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
Lub:
R2 / (R1 + R2) = moc U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * Moc U1 / U = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Sprawdź obliczenia:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 wolta.
Odpowiednie górne ramię zgaśnie
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 wolta.
Ale to nie jest cała kalkulacja. Aby wykonać pełne obliczenie dzielnika, należy określić moc rezystorów, aby się nie wypaliły. Przy prądzie 1 mA moc zostanie przydzielona do R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 wata
A w R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 watów
Tutaj jest to nieistotne, ale wyobraź sobie, jaki rodzaj mocy wymagałby rezystorów, gdyby prąd dzielnika wynosił 100 mA lub 1 A?
W pierwszym przypadku:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 wata
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 wata
W drugim przypadku:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 wata
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 wata
To już znaczące liczby dla elektroniki, w tym dla zastosowania we wzmacniaczach. Nie jest to skuteczne, dlatego obecnie stosuje się obwody pulsacyjne, chociaż obwody liniowe są nadal stosowane w konstrukcjach amatorskich lub w specjalnych urządzeniach o specjalnych wymaganiach.
Drugi przykład to dzielnik do utworzenia odniesienia U dla regulowanej diody Zenera TL431. Są one stosowane w najbardziej niedrogich zasilaczach i ładowarkach do telefonów komórkowych. Schemat połączeń i wzory obliczeniowe widać poniżej. Za pomocą dwóch rezystorów tworzony jest punkt o referencyjnym U wynoszącym 2,5 wolta.
Innym przykładem jest podłączenie wszelkiego rodzaju czujników do mikrokontrolerów. Rozważmy kilka schematów podłączania czujników do wejścia analogowego popularnego mikrokontrolera AVR, wykorzystując na przykład rodzinę płyt Arduino.
Przyrządy pomiarowe mają różne granice pomiaru. Taką funkcję realizuje się również przy użyciu grupy rezystorów.
Ale to nie kończy zakresu dzielników napięcia. W ten sposób gasną dodatkowe napięcia, ograniczając prąd przez diodę LED, napięcie żarówek w girlandzie jest również rozdzielane, a także można zasilać obciążenie o niskiej mocy.
Nieliniowe dzielniki
Wspomnieliśmy, że dzielniki nieliniowe zawierają stabilizator parametryczny. W najprostszej postaci składa się z rezystora i diody Zenera. Dioda Zenera w obwodzie jest podobna do konwencjonalnej diody półprzewodnikowej. Jedyną różnicą jest obecność dodatkowej cechy na katodzie.
Obliczenia oparte są na stabilizacji diody Zenera. Następnie, jeśli mamy diodę Zenera o wartości 3,3 wolta, a zasilacz wynosi 10 woltów, wówczas prąd stabilizacji jest pobierany z arkusza danych do diody Zenera. Na przykład, niech będzie równa 20 mA (0,02 A), a prąd obciążenia 10 mA (0,01 A).
Następnie:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 Ω
Zobaczmy, jak działa taki stabilizator. Dioda Zenera jest włączona do obwodu w odwrotnym połączeniu, to znaczy, jeśli Uoutput jest niższy niż Ustabilizacja, prąd nie przepływa przez niego. Kiedy zasilanie U wzrasta do stabilizacji U, następuje awaria lawinowa lub tunelowa złącza PN i przepływa przez niego prąd, zwany prądem stabilizacyjnym. Ogranicza go rezystor R1, na którym tłumiona jest różnica między wejściem U a stabilizacją U. Jeśli zostanie przekroczony maksymalny prąd stabilizacji, nastąpi rozkład termiczny i dioda Zenera przepali się.
Nawiasem mówiąc, czasami można wdrożyć stabilizator na diodach. Napięcie stabilizacyjne będzie wówczas równe bezpośredniemu spadkowi diod lub sumie spadków w obwodzie diodowym. Ustaw prąd odpowiedni dla mocy diody i dla potrzeb twojego obwodu. Niemniej jednak takie rozwiązanie jest stosowane niezwykle rzadko. Ale takie urządzenie na diodach lepiej nazywa się ogranicznikiem, a nie stabilizatorem. I wariant tego samego obwodu dla obwodów prądu przemiennego. Ograniczasz więc amplitudę sygnału zmiennego na poziomie bezpośredniego spadku - 0,7 V.
Ustaliliśmy więc, czym jest ten dzielnik napięcia i dlaczego jest potrzebny. Przykłady, w których stosuje się którykolwiek z wariantów rozważanych obwodów, można podać jeszcze więcej, nawet potencjometr jest zasadniczo dzielnikiem o bezstopniowo regulowanym współczynniku transmisji i często jest stosowany w połączeniu ze stałym rezystorem. W każdym razie zasada działania, wyboru i obliczania elementów pozostaje niezmieniona.
Na koniec zalecamy obejrzenie filmu, w którym bardziej szczegółowo sprawdzimy, jak działa ten element i na co składa się:
Powiązane materiały:
Ładowanie...
