Ce este un divizor de tensiune și la ce se folosește
Definiție
Un divizor de tensiune este un dispozitiv sau dispozitiv care scade nivelul tensiunii de ieșire în raport cu intrarea, proporțional cu coeficientul de transmisie (va fi întotdeauna sub zero). El a primit acest nume, deoarece reprezintă două sau mai multe secțiuni ale lanțului conectate în serie.
Sunt liniare și neliniare. În acest caz, primele sunt rezistență activă sau reactivă, în care coeficientul de transmisie este determinat de raportul de Legea lui Ohm. Printre divizoarele neliniare pronunțate se includ stabilizatori de tensiune parametrici. Să vedem cum este aranjat acest dispozitiv și de ce este nevoie.
Tipuri și principiul acțiunii
Este de remarcat imediat că principiul funcționării divizorului de tensiune este în general același, dar depinde de elementele din care este format. Există trei tipuri principale de circuite liniare:
- rezistiv;
- capacitiv;
- inductiv.
Cel mai comun împărțitor la rezistențe, datorită simplității și ușurinței de calcul. Pe exemplul său și luați în considerare informațiile de bază despre acest dispozitiv.
Orice divizor de tensiune are Uinput și Uoutput dacă este format din două rezistențedacă există trei rezistențe, atunci vor exista două tensiuni de ieșire și așa mai departe. Puteți face orice număr de etape de divizare.
Uinput este egal cu tensiunea de alimentare, Uoutput depinde de raportul dintre rezistențele din brațele divizorului. Dacă luăm în considerare un circuit cu două rezistențe, atunci partea superioară sau cum se mai numește, brațul de stingere va fi R1. Brațul inferior sau de ieșire va fi R2.
Să presupunem că avem o sursă de alimentare de 10V, rezistența R1 este de 85 Ohmi, iar rezistența R2 este de 15 Ohmi. Trebuie să calculăm Uoutput.
Apoi:
U = I * R
Deoarece sunt conectate în serie, atunci:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Apoi, dacă adăugați expresiile:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Dacă exprimăm curentul de aici, obținem:
Înlocuind expresia anterioară, avem următoarea formulă:
Să calculăm exemplul nostru:
Divizorul de tensiune poate fi efectuat pe reactanțe:
- pe condensatoare (Capacitiv);
- pe inductori (inductivi).
Apoi, calculele vor fi similare, dar rezistența este calculată folosind formulele de mai jos.
Pentru condensatori:
Pentru inductanță:
O caracteristică și diferență a acestor tipuri de divizoare este că împărțitorul rezistiv poate fi utilizat în circuitele de curent alternativ și de curent continuu, și capacitiv și inductiv doar în circuitele de curent alternativ, deoarece abia atunci se va reactanța lor.
Interesant! LA În unele cazuri, un divizor capacitiv va funcționa în circuitele de curent continuu, un bun exemplu este utilizarea unei astfel de soluții în circuitul de intrare al surselor de alimentare cu computer.
Utilizarea reactanței se datorează faptului că, în timpul funcționării lor, nu se eliberează atât de multă căldură ca atunci când se utilizează rezistențe active (rezistențe) în structuri
Exemple de utilizare în circuit
Există multe scheme în care se utilizează divizori de tensiune. Prin urmare, vom da mai multe exemple simultan.
Să presupunem că proiectăm o etapă de amplificare pe un tranzistor care funcționează în clasa A. Pe baza principiului său de funcționare, trebuie să setăm tensiunea de polarizare (U1) pe baza tranzistorului, astfel încât punctul său de funcționare să fie pe segmentul liniar al caracteristicii I - V, astfel încât curentul prin tranzistor nu a fost excesiv. Să presupunem că trebuie să furnizăm un curent de bază de 0,1 mA la U1 de 0,6 Volți.
Atunci trebuie să calculăm rezistența din umerii divizorului, iar acesta este calculul invers în raport cu ceea ce am dat mai sus. În primul rând, ei găsesc curentul prin divizor. Pentru ca curentul de sarcină să nu afecteze foarte mult tensiunea de pe umeri, setăm curentul prin divizor la un ordin de mărime mai mare decât curentul de sarcină în cazul nostru 1 mA. Alimentarea cu energie electrică să fie de 12 volți.
Atunci rezistența totală a divizorului este:
Rd = U alimentare / I = 12 / 0.001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
Sau:
R2 / (R1 + R2) = putere U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * Putere U1 / U = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Verificați calculele:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Volți.
Umărul superior corespunzător se va stinge
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Volți.
Dar acesta nu este întregul calcul. Pentru un calcul complet al divizorului, este necesar să se determine puterea rezistențelor, astfel încât acestea să nu se ardă. La un curent de 1 mA, puterea va fi alocată R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 wați
Și pe R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 wați
Aici este neglijabil, dar imaginați-vă ce fel de putere ar avea nevoie de rezistențe dacă curentul divizor ar fi de 100 mA sau 1 A?
Pentru primul caz:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 wați
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 wați
Pentru al doilea caz:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 wați
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 wați
Aceasta este deja cifre considerabile pentru electronice, inclusiv pentru utilizarea în amplificatoare. Acest lucru nu este eficient, prin urmare, sunt utilizate în prezent circuite cu impulsuri, deși circuitele liniare continuă să fie utilizate fie în construcții amatoare, fie în echipamente specifice cu cerințe speciale.
Al doilea exemplu este un divizor pentru formarea referinței U pentru dioda zeneră reglabilă TL431. Acestea sunt utilizate în cele mai ieftine surse de alimentare și încărcătoare pentru telefoanele mobile. Diagrama de conexiune și formulele de calcul pe care le vedeți mai jos. Cu ajutorul a două rezistențe, aici se creează un punct cu o referință în U de 2,5 volți.
Un alt exemplu este conectarea tuturor tipurilor de senzori la microcontrolere. Să luăm în considerare mai multe scheme pentru conectarea senzorilor la intrarea analogică a popularului microcontroller AVR, folosind ca exemplu familia Arduino board.
Instrumentele de măsurare au limite de măsurare diferite. O astfel de funcție este realizată și folosind un grup de rezistențe.
Dar acest lucru nu pune capăt domeniului divizorilor de tensiune. În felul acesta se sting voltele suplimentare atunci când curentul este limitat prin LED, tensiunea becurilor din ghirlandă este distribuită și, de asemenea, puteți alimenta o sarcină de putere redusă.
Divizori neliniari
Am menționat că divizorii neliniari includ un stabilizator parametric. În forma sa cea mai simplă, este format dintr-un rezistor și o diodă zener. O diodă zener în circuit este similară cu o diodă convențională semiconductor. Singura diferență este prezența unei caracteristici suplimentare pe catod.
Calculul se bazează pe stabilizarea diodei Zener. Atunci dacă avem o diodă zener de 3,3 volți, iar sursa de alimentare este de 10 volți, atunci curentul de stabilizare este dus de la fișa tehnică la dioda zener. De exemplu, să fie egală cu 20 mA (0,02 A) și curentul de încărcare 10 mA (0,01 A).
Apoi:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 Ohmi
Să vedem cum funcționează un astfel de stabilizator. Dioda zener este inclusă în circuit în conexiunea inversă, adică dacă Uoutput este mai mic decât Ustabilization, curentul nu circulă prin ea. Atunci când furnizarea U se ridică la stabilizarea U, apare o avalanșă sau o cădere a tunelului joncțiunii PN și un curent, numit curent de stabilizare, trece prin ea. Este limitată de rezistența R1, pe care este suprimată diferența dintre intrarea U și stabilizarea U. Dacă se depășește curentul maxim de stabilizare, se produce o defecțiune termică și dioda zener se arde.
Apropo, uneori puteți implementa un stabilizator pe diode. Tensiunea de stabilizare va fi apoi egală cu căderea directă a diodelor sau suma picăturilor din circuitul diodei. Setați curentul potrivit pentru valoarea nominală a diodelor și pentru nevoile circuitului dvs. Cu toate acestea, o astfel de soluție este folosită extrem de rar. Dar un astfel de dispozitiv pe diode este mai bine numit limitator, nu stabilizator. Și o variantă a aceluiași circuit pentru circuitele de curent alternativ. Deci limitați amplitudinea semnalului variabil la nivelul căderii directe - 0.7V.
Prin urmare, ne-am dat seama care este acest divizor de tensiune și de ce este necesar. Exemple în care se utilizează oricare dintre variantele circuitelor considerate pot fi date chiar mai mult, chiar și un potențiometru este, în esență, un divizor cu coeficient de transmisie reglabil la infinit și este adesea utilizat împreună cu un rezistor constant. În orice caz, principiul acțiunii, selecției și calculului elementelor rămâne neschimbat.
În final, vă recomandăm să vizionați un videoclip pe care să examinăm mai detaliat cum funcționează acest element și în ce constă:
Materiale conexe:
Se încarcă...
