Wat is een spanningsdeler en waarvoor wordt deze gebruikt
Definitie
Een spanningsdeler is een apparaat of apparaat dat het niveau van de uitgangsspanning verlaagt ten opzichte van de ingang, in verhouding tot de transmissiecoëfficiënt (deze zal altijd onder nul zijn). Hij kreeg deze naam omdat het twee of meer in serie verbonden delen van de ketting vertegenwoordigt.
Ze zijn lineair en niet-lineair. In dit geval zijn de eerstgenoemde actieve of reactieve weerstand, waarbij de transmissiecoëfficiënt wordt bepaald door de verhouding van De wet van Ohm. Tot uitgesproken niet-lineaire delers behoren parametrische spanningsstabilisatoren. Laten we eens kijken hoe dit apparaat is gerangschikt en waarom het nodig is.
Soorten en werkingsprincipe
Het is meteen vermeldenswaard dat het werkingsprincipe van de spanningsdeler over het algemeen hetzelfde is, maar afhankelijk is van de elementen waaruit het bestaat. Er zijn drie hoofdtypen lineaire circuits:
- resistief;
- capacitief;
- inductief.
De meest voorkomende verdeler op weerstanden, vanwege zijn eenvoud en berekeningsgemak. Over zijn voorbeeld en overweeg de basisinformatie over dit apparaat.
Elke spanningsdeler heeft Uinput en Uoutput als deze uit twee bestaat weerstandenals er drie weerstanden zijn, zijn er twee uitgangsspanningen, enzovoort. U kunt een onbeperkt aantal fasen van delen maken.
Uinput is gelijk aan de voedingsspanning, Uoutput is afhankelijk van de verhouding van weerstanden in de armen van de verdeler. Als we een circuit met twee weerstanden beschouwen, dan is de bovenste, of zoals het ook wordt genoemd, de blusarm R1. De onder- of uitgangsarm is R2.
Stel dat we een voeding van 10V hebben, de weerstand R1 is 85 Ohm en de weerstand R2 is 15 Ohm. U moet Uoutput berekenen.
Dan:
U = I * R
Omdat ze in serie zijn verbonden, dan:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Als je dan de uitdrukkingen toevoegt:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Als we de stroom vanaf hier uitdrukken, krijgen we:
Als we de vorige uitdrukking vervangen, hebben we de volgende formule:
Laten we voor ons voorbeeld berekenen:
De spanningsdeler kan worden uitgevoerd op reactanties:
- op de condensatoren (capacitief);
- op inductoren (inductief).
De berekeningen zijn dan vergelijkbaar, maar de weerstand wordt berekend met de onderstaande formules.
Voor condensatoren:
Voor inductie:
De bijzonderheid en het verschil van dit soort verdelers is dat de resistieve verdeler kan worden gebruikt in AC- en DC-circuits en capacitief en inductief alleen in AC-circuits, omdat alleen dan hun reactantie zal zijn.
Interessant! In In sommige gevallen werkt een capacitieve verdeler in DC-circuits, een goed voorbeeld is het gebruik van een dergelijke oplossing in het ingangscircuit van computervoedingen.
Het gebruik van reactantie is te wijten aan het feit dat tijdens hun werking niet zo veel warmte vrijkomt als bij het gebruik van actieve weerstanden (weerstanden) in constructies
Voorbeelden van gebruik in het circuit
Er zijn veel schema's waarbij spanningsverdelers worden gebruikt. Daarom geven we meerdere voorbeelden tegelijk.
Stel dat we een versterkertrap ontwerpen op een transistor die werkt in klasse A. Op basis van het werkingsprincipe moeten we de voorspanning (U1) instellen op basis van de transistor, zodat het werkpunt zich op het lineaire segment van de I - V-karakteristiek bevindt, zodat de stroom door de transistor was niet overdreven. Stel dat we een basisstroom van 0,1 mA bij U1 van 0,6 Volt moeten leveren.
Vervolgens moeten we de weerstand in de armen van de deler berekenen, en dit is de omgekeerde berekening ten opzichte van wat we hierboven hebben gegeven. Allereerst vinden ze de stroom door de verdeler. Om ervoor te zorgen dat de belastingsstroom de spanning op de schouders niet sterk beïnvloedt, hebben we de stroom door de verdeler een orde van grootte hoger ingesteld dan de belastingsstroom in ons geval 1 mA. Voeding laat het 12 volt zijn.
Dan is de totale weerstand van de verdeler:
Rd = U-voeding / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
Of:
R2 / (R1 + R2) = U2 / U-vermogen
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U-vermogen = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Controleer de berekeningen:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Volt.
De corresponderende bovenste schouder gaat uit
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 volt.
Maar dit is niet de hele berekening. Voor een volledige berekening van de verdeler is het noodzakelijk om het vermogen van de weerstanden te bepalen zodat ze niet doorbranden. Bij een stroom van 1 mA wordt stroom toegewezen aan R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 watt
En op R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 watt
Hier is het te verwaarlozen, maar stel je voor wat voor soort vermogen weerstanden nodig zou hebben als de stroom van de verdeler 100 mA of 1 A was?
In het eerste geval:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 watt
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 watt
Voor het tweede geval:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 watt
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 watt
Dat zijn al aanzienlijke cijfers voor elektronica, ook voor gebruik in versterkers. Dit is niet effectief, daarom worden momenteel gepulseerde circuits gebruikt, hoewel lineaire circuits nog steeds worden gebruikt in amateurconstructies of in specifieke apparatuur met speciale vereisten.
Het tweede voorbeeld is een deler voor het vormen van de U-referentie voor de instelbare zenerdiode TL431. Ze worden gebruikt in de meeste goedkope voedingen en opladers voor mobiele telefoons. Het aansluitschema en rekenformules zie je hieronder. Met behulp van twee weerstanden ontstaat hier een punt met een U-referentie van 2,5 volt.
Een ander voorbeeld is het aansluiten van allerlei sensoren op microcontrollers. Overweeg verschillende schema's voor het aansluiten van sensoren op de analoge ingang van de populaire AVR-microcontroller, met als voorbeeld de Arduino-familie van kaarten.
Meetinstrumenten hebben verschillende meetlimieten. Een dergelijke functie wordt ook gerealiseerd met behulp van een groep weerstanden.
Maar hiermee wordt de reikwijdte van spanningsverdelers niet beëindigd. Op deze manier worden extra volt gedoofd terwijl de stroom door de LED wordt beperkt, wordt ook de spanning van de lampen in de slinger verdeeld en kun je ook een laagvermogen verbruiken.
Niet-lineaire verdelers
We vermeldden dat niet-lineaire verdelers een parametrische stabilisator bevatten. In zijn eenvoudigste vorm bestaat het uit een weerstand en een zenerdiode. Een zenerdiode in het circuit is vergelijkbaar met een conventionele halfgeleiderdiode. Het enige verschil is de aanwezigheid van een extra kenmerk op de kathode.
De berekening is gebaseerd op de stabilisatie van de zenerdiode. Als we dan een zenerdiode van 3,3 volt hebben en de voeding is 10 volt, dan wordt de stabilisatiestroom van het gegevensblad naar de zenerdiode geleid. Laat het bijvoorbeeld gelijk zijn aan 20 mA (0,02 A) en de laadstroom 10 mA (0,01 A).
Dan:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 ohm
Laten we eens kijken hoe zo'n stabilisator werkt. De zenerdiode is opgenomen in het circuit in de omgekeerde verbinding, dat wil zeggen dat als de Uoutput lager is dan Ustabilization, de stroom er niet doorheen stroomt. Wanneer de U-toevoer stijgt tot U-stabilisatie, treedt er een lawine- of tunnelafbraak van de PN-overgang op en begint er een stroom doorheen te stromen, die de stabilisatiestroom wordt genoemd. Het wordt begrensd door de weerstand R1, waarop het verschil tussen de U-ingang en U-stabilisatie wordt onderdrukt. Als de maximale stabilisatiestroom wordt overschreden, treedt thermische uitval op en brandt de zenerdiode uit.
Trouwens, soms kun je een stabilisator op diodes implementeren. De stabilisatiespanning is dan gelijk aan de directe daling van de diodes of de som van de druppels in de diodeschakeling. U stelt de stroom in die geschikt is voor de nominale waarde van de diodes en voor de behoeften van uw circuit. Desalniettemin wordt een dergelijke oplossing uiterst zelden gebruikt. Maar zo'n apparaat op diodes wordt beter een limiter genoemd, geen stabilisator. En een variant van hetzelfde circuit voor AC-circuits. U beperkt dus de amplitude van het variabele signaal op het niveau van directe daling - 0,7 V.
Dus we hebben uitgezocht wat deze spanningsdeler is en waarom deze nodig is. Voorbeelden waarbij een van de varianten van de beschouwde circuits worden gebruikt, kunnen nog meer worden gegeven, zelfs de potentiometer is in wezen een deler met een traploos instelbare transmissiecoëfficiënt en wordt vaak gebruikt in combinatie met een constante weerstand. Het principe van actie, selectie en berekening van elementen blijft in ieder geval ongewijzigd.
Uiteindelijk raden we aan om een video te bekijken waarop we in meer detail bekijken hoe dit element werkt en waaruit het bestaat:
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden...
