ตัวแบ่งแรงดันคืออะไรและใช้ทำอะไร
คำนิยาม
ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์หรืออุปกรณ์ที่ลดระดับของแรงดันเอาต์พุตที่สัมพันธ์กับอินพุตตามสัดส่วนของค่าสัมประสิทธิ์การส่ง (มันจะต่ำกว่าศูนย์) เขาได้รับชื่อนี้เพราะมันหมายถึงส่วนที่เชื่อมต่อกับซีรีส์อย่างน้อยสองส่วน
พวกเขาเป็นเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น ในกรณีนี้ความต้านทานแบบแอคทีฟหรือปฏิกิริยาแบบตอบสนองซึ่งค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของ กฎของโอห์ม. หากต้องการตัวแบ่งที่ไม่เป็นเชิงเส้นเด่นชัด ได้แก่ ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าแบบพารามิเตอร์ เรามาดูกันว่าอุปกรณ์นี้มีการจัดเรียงอย่างไรและทำไมมันถึงต้องการ
ประเภทและหลักการของการกระทำ
เป็นที่น่าสังเกตได้ทันทีว่าหลักการทำงานของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้านั้นเหมือนกัน แต่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่ประกอบด้วย วงจรเชิงเส้นมีสามประเภทหลัก:
- resistive;
- capacitive;
- นำเข้ามา
ตัวหารทั่วไปบนตัวต้านทานเนื่องจากความเรียบง่ายและความสะดวกในการคำนวณ ในตัวอย่างของเขาและพิจารณาข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับอุปกรณ์นี้
ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่มี Uinput และ Uoutput ถ้ามันประกอบด้วยสอง ตัวต้านทานหากมีตัวต้านทานสามตัวจะมีแรงดันเอาต์พุตสองตัวและอื่น ๆ คุณสามารถแบ่งขั้นตอนได้หลายจำนวน
Uinput เท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย Uoutput ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของตัวต้านทานในแขนของตัวแบ่ง หากเราพิจารณาวงจรที่มีตัวต้านทานสองตัวแล้วส่วนบนหรือตามที่เรียกว่าแขนดับจะเป็น R1 แขนส่วนล่างหรือทางออกจะเป็น R2
สมมติว่าเรามีแหล่งจ่ายไฟ 10V ความต้านทาน R1 คือ 85 โอห์มและความต้านทาน R2 คือ 15 โอห์ม จำเป็นต้องคำนวณ Uoutput
แล้ว:
U = I * R
เนื่องจากพวกเขาเชื่อมต่อในซีรีส์แล้ว:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
ถ้าคุณเพิ่มการแสดงออก:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
ถ้าเราแสดงกระแสจากตรงนี้เราจะได้:
การแทนที่นิพจน์ก่อนหน้าเรามีสูตรดังต่อไปนี้:
ลองคำนวณตัวอย่างของเรา:
ตัวแบ่งแรงดันสามารถดำเนินการกับรีแอกแตนซ์:
- บน ตัวเก็บประจุ (capacitive);
- ในตัวเหนี่ยวนำ (อุปนัย)
จากนั้นการคำนวณจะคล้ายกัน แต่ความต้านทานจะคำนวณโดยใช้สูตรด้านล่าง
สำหรับตัวเก็บประจุ:
สำหรับการเหนี่ยวนำ:
คุณสมบัติและความแตกต่างของตัวแบ่งประเภทนี้คือตัวต้านทานแบบตัวต้านทานสามารถใช้ในวงจร AC และ DC และตัวเก็บประจุและอุปนัยในวงจร AC เท่านั้นเพราะจะเกิดปฏิกิริยารีแอกแตนซ์
! ที่น่าสนใจ ที่ ในบางกรณีตัวแบ่ง capacitive จะทำงานในวงจร DC ตัวอย่างที่ดีคือการใช้โซลูชันดังกล่าวในวงจรอินพุตของแหล่งจ่ายไฟคอมพิวเตอร์
การใช้ค่ารีแอกแตนซ์นั้นเกิดจากความจริงที่ว่าในระหว่างการใช้งานจะไม่ปล่อยความร้อนออกมามากนักเมื่อใช้ความต้านทานแบบแอคทีฟ (ตัวต้านทาน) ในโครงสร้าง
ตัวอย่างการใช้งานในวงจร
มีหลายรูปแบบที่ใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นเราจะยกตัวอย่างหลายอย่างพร้อมกัน
สมมติว่าเราออกแบบสเตจแอมป์บนทรานซิสเตอร์ที่ทำงานในคลาส A ตามหลักการของการทำงานเราจำเป็นต้องตั้งค่าไบแอสแอมป์ (U1) บนพื้นฐานของทรานซิสเตอร์เพื่อให้จุดการทำงานอยู่ในส่วนเชิงเส้นของคุณสมบัติ I - V เพื่อให้กระแสผ่านทรานซิสเตอร์ ไม่มากเกินไป สมมติว่าเราต้องให้กระแสฐาน 0.1 mA ที่ U1 ที่ 0.6 โวลต์
จากนั้นเราจำเป็นต้องคำนวณความต้านทานในไหล่ของตัวแบ่งและนี่คือการคำนวณผกผันเมื่อเทียบกับสิ่งที่เราได้ให้ไว้ข้างต้น ก่อนอื่นพวกเขาค้นหากระแสผ่านตัวแบ่ง เพื่อให้กระแสโหลดไม่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อแรงดันบนไหล่ของมันเราจึงตั้งค่ากระแสไฟฟ้าผ่านตัวแบ่งเป็นลำดับความสำคัญสูงกว่ากระแสโหลดในกรณีของเรา 1 mA แหล่งจ่ายไฟปล่อยให้มันเป็น 12 โวลต์
จากนั้นความต้านทานรวมของตัวหารคือ:
ถนน = อุปทานของ U / I = 12 / 0.001 = 12000 โอห์ม
R2 / R = U2 / U
หรือ:
R2 / (R1 + R2) = กำลังไฟฟ้า U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * กำลัง U1 / U = 12000 * 0.6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
ตรวจสอบการคำนวณ:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0.6 โวลต์
ไหล่บนที่สอดคล้องกันจะดับ
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11.4 โวลต์
แต่นี่ไม่ใช่การคำนวณทั้งหมด สำหรับการคำนวณตัวแบ่งที่สมบูรณ์นั้นจำเป็นต้องกำหนดกำลังของตัวต้านทานเพื่อไม่ให้เกิดการเผาไหม้ ที่ปัจจุบัน 1 mA กำลังงานจะถูกจัดสรรให้กับ R1:
P1 = 11.4 * 0.001 = 0.0114 วัตต์
และใน R2:
P2 = 0.6 * 0.001 = 0.000006 วัตต์
ที่นี่มันเล็กน้อย แต่ลองจินตนาการว่าพลังแบบไหนที่จะต้องการตัวต้านทานถ้ากระแสตัวหารคือ 100 mA หรือ 1 A?
สำหรับกรณีแรก:
P1 = 11.4 * 0.1 = 1.14 วัตต์
P2 = 0.6 * 0.1 = 0.06 วัตต์
สำหรับกรณีที่สอง:
P1 = 11.4 * 1 = 11.4 วัตต์
P2 = 0.6 * 1 = 0.6 วัตต์
นั่นเป็นตัวเลขจำนวนมากสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รวมถึงเพื่อใช้ในแอมป์ สิ่งนี้ไม่ได้มีประสิทธิภาพดังนั้นจึงมีการใช้วงจรพัลซิ่งในปัจจุบันแม้ว่าวงจรเชิงเส้นจะยังคงใช้ในการก่อสร้างมือสมัครเล่นหรือในอุปกรณ์เฉพาะที่มีความต้องการพิเศษ
ตัวอย่างที่สองเป็นตัวแบ่งสำหรับสร้าง U-reference สำหรับ zener diode ที่ปรับได้ TL431 พวกเขาจะใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องชาร์จที่ไม่แพงที่สุดสำหรับโทรศัพท์มือถือ แผนภาพการเชื่อมต่อและสูตรการคำนวณที่คุณเห็นด้านล่าง ด้วยความช่วยเหลือของตัวต้านทานสองตัวจุดที่มีการอ้างอิง U ของ 2.5 โวลต์ถูกสร้างขึ้นที่นี่
อีกตัวอย่างหนึ่งคือการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ทุกชนิดกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ลองพิจารณาหลายรูปแบบสำหรับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับอินพุตอะนาล็อกของไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR ที่เป็นที่นิยมโดยใช้ตระกูลบอร์ด Arduino เป็นตัวอย่าง
เครื่องมือวัดมีขีด จำกัด การวัดที่แตกต่างกัน ฟังก์ชั่นดังกล่าวยังถูกนำไปใช้งานโดยใช้กลุ่มตัวต้านทาน
แต่นี่ไม่ได้จบขอบเขตของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้โวลต์พิเศษจะดับในขณะที่ จำกัด กระแสผ่าน LED แรงดันไฟฟ้าของหลอดไฟในพวงมาลัยก็มีการกระจายเช่นกันและคุณยังสามารถจ่ายกำลังไฟต่ำได้อีกด้วย
ตัวแบ่งแบบไม่เชิงเส้น
เรากล่าวถึงตัวแบ่งที่ไม่ใช่เชิงเส้นรวมถึงตัวปรับพาราเมตริก ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยตัวต้านทานและไดโอดซีเนอร์ ซีเนอร์ไดโอดในวงจรคล้ายกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการมีคุณสมบัติเพิ่มเติมในแคโทด
การคำนวณจะขึ้นอยู่กับความเสถียรของไดโอดซีเนอร์ ถ้าเรามีไดโอดซีเนอร์ที่ 3.3 โวลต์และแหล่งจ่ายไฟคือ 10 โวลต์กระแสคงตัวจะถูกนำมาจากแผ่นข้อมูลไปยังไดโอดซีเนอร์ ตัวอย่างเช่นปล่อยให้มีค่าเท่ากับ 20 mA (0.02 A) และโหลดปัจจุบัน 10 mA (0.01 A)
แล้ว:
R = 12-3.3 / 0.02 + 0.01 = 8.7 / 0.03 = 290 โอห์ม
เรามาดูกันว่าเครื่องโคลงนั้นทำงานอย่างไร ซีเนอร์ไดโอดจะรวมอยู่ในวงจรในการเชื่อมต่อย้อนกลับนั่นคือถ้า Uoutput ต่ำกว่า Ustabilization กระแสไม่ไหลผ่าน เมื่ออุปทานของ U เพิ่มขึ้นถึงการรักษาเสถียรภาพของ U จะเกิดหิมะถล่มหรือการพังทลายของจุดแยก PN เกิดขึ้นและกระแสเริ่มไหลผ่านซึ่งเรียกว่ากระแสเสถียรภาพ มันถูก จำกัด โดยตัวต้านทาน R1 ซึ่งความแตกต่างระหว่างอินพุต U และการทำให้เสถียรของ U ถูกระงับ หากกระแสเกินความเสถียรสูงสุดเกิดขึ้นการสลายตัวของความร้อนจะเกิดขึ้นและไดโอดซีเนอร์จะไหม้
โดยวิธีการบางครั้งคุณสามารถใช้โคลงในไดโอด แรงดันไฟฟ้าเพื่อรักษาเสถียรภาพนั้นจะเท่ากับเท่ากับการลดลงโดยตรงของไดโอดหรือผลรวมของการลดลงในวงจรไดโอด คุณตั้งค่าปัจจุบันที่เหมาะสมสำหรับค่าเล็กน้อยของไดโอดและสำหรับความต้องการของวงจรของคุณ อย่างไรก็ตามการแก้ปัญหาดังกล่าวถูกนำมาใช้น้อยมาก แต่อุปกรณ์ดังกล่าวบนไดโอดนั้นเรียกว่าตัว จำกัด ที่ดีกว่าไม่ใช่ตัวโคลง และตัวแปรของวงจรเดียวกันสำหรับวงจร AC ดังนั้นคุณจึง จำกัด ความกว้างของสัญญาณตัวแปรที่ระดับการลดลงโดยตรง - 0.7V
ดังนั้นเราจึงหาว่าตัวแบ่งแรงดันคืออะไรและทำไมมันถึงต้องการ ตัวอย่างที่ใช้วงจรใด ๆ ของวงจรที่พิจารณาจะได้รับมากยิ่งขึ้นแม้แต่โพเทนชิออมิเตอร์ก็เป็นตัวหารที่มีค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านปรับไม่สิ้นสุดและมักจะใช้ร่วมกับตัวต้านทานคงที่ ในกรณีใด ๆ หลักการของการกระทำการเลือกและการคำนวณองค์ประกอบยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ในที่สุดเราขอแนะนำให้ดูวิดีโอที่เราตรวจสอบในรายละเอียดเพิ่มเติมว่าองค์ประกอบนี้ทำงานอย่างไรและประกอบด้วยอะไรบ้าง:
วัสดุที่เกี่ยวข้อง:
กำลังโหลด ...
