Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Често при проектирането на електронна схема е необходимо да се получи точка с определено ниво на сигнала. Например, за създаване на референтна точка или компенсиране на напрежението, за захранване на консуматор с ниска мощност, намаляване на неговото ниво и ограничаване на тока. В такива случаи трябва да използвате делител на напрежението. Какво е това и как да го изчислим, ще разкажем в тази статия.дефиниция
Делителят на напрежението е устройство или устройство, което намалява нивото на изходното напрежение спрямо входното напрежение, пропорционално на коефициента на трансфер (винаги ще бъде под нулата). Той получи това име, защото представлява две или повече последователно свързани части от веригата.
Те са линейни и нелинейни. Първите са активни или реактивни съпротивления, при които коефициентът на прехвърляне се определя от съотношението на закона на Ом. Параметричните регулатори на напрежението се приписват на ясно изразени нелинейни разделители. Нека видим как работи това устройство и защо е необходимо.
Видове и принцип на действие
Веднага трябва да се отбележи, че принципът на работа на делителя на напрежение е като цяло един и същ, но зависи от елементите, от които се състои. Има три основни вида линейни схеми:
- устойчивост;
- капацитивен;
- индуктивен.
Най-често срещаните разделителни резистори, поради своята простота и лекота на изчисление. На неговия пример и разгледайте основната информация за това устройство.
Всяко напрежение делител има U вход и U изход, ако се състои от два резистора, ако има три резистори, тогава ще има две изходни напрежения, и така нататък. Можете да направите произволен брой етапи на разделяне.
U вход е равен на захранващото напрежение, U изхода зависи от съотношението на резисторите в разделителните рамена. Ако разгледаме веригата на два резистора, тогава горната, или както се нарича, гасителната ръка ще бъде R1. Ниското или изходното рамо ще бъде R2.
Да предположим, че имаме захранване от 10 V, съпротивлението на R1 е 85 ома, а съпротивлението на R2 е 15 ома. Необходимо е да се изчисли продукцията.
След това:
U = I * R
Тъй като те са свързани последователно, след това:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Тогава, ако добавите изразите:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Ако изразим тока оттук, получаваме:
Като заменим предишния израз, имаме следната формула:
Изчислете за нашия пример:
Делителят на напрежението може да се изпълни на реактивни съпротивления:
- на кондензатори (капацитивни);
- на индуктори (индуктивни).
Тогава изчисленията ще бъдат подобни, но съпротивленията се изчисляват с помощта на формулите по-долу.
За кондензатори:
За индуктивност:
Особеност и разлика на тези типове разделители е, че резистивният делител може да се използва в променливотокови и постояннотокови вериги, както и в капацитивни и индуктивни само в променливотокови вериги, защото само тогава тяхната реактивна активност ще работи.
Интересно! Най- В някои случаи, капацитивният разделител ще работи в постояннотокови вериги, като добър пример е използването на такова решение във входната верига на захранването на компютъра.
Използването на реактивно съпротивление се дължи на факта, че тяхната работа не генерира толкова топлина, колкото при изграждането на активни съпротивления (резистори)
Примери за използване в схемата
Има много схеми, където се използват разделители на напрежението. Ето защо даваме няколко примера наведнъж.
Да предположим, че проектираме усилваща каскада на транзистор, който работи в клас А. Въз основа на неговия принцип на действие, трябва да настроим такова напрежение на отместване (U1) на основата на транзистора, така че работната му точка да е на линейния участък на токовото напрежение; не е прекомерно. Да предположим, че трябва да осигурим базов ток от 0.1 mA при U1 от 0.6 волта.
Тогава трябва да изчислим съпротивлението в раменете на разделителя, а това е обратното изчисление за това, което цитирахме по-горе. Първо, намерете тока през разделителя. Така, че токът на натоварване не влияе силно на напреженията на раменете му, нека зададем тока през делителя по-голям от тока на натоварване в нашия случай 1 mA. Захранването ще бъде 12 волта.
Тогава общото съпротивление на разделителя е:
Rd = U мощност / I = 12 / 0.001 = 12000 ома
R2 / R = U2 / U
или:
R2 / (R1 + R2) = U2 / U мощност
10/20 = 3/6
20 * 3/6 = 60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U мощност = 12000 * 0.6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Проверете изчисленията:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0.6 Волта.
Адекватното рамо ще изгасне
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11.4 V.
Но това не е цялото изчисление. За пълното изчисляване на разделителя е необходимо да се определи силата на резисторите, така че да не изгарят. При ток от 1 mA мощността ще се освободи до R1:
Р1 = 11.4 * 0.001 = 0.01114 вата
А на R2:
Р2 = 0.6 * 0.001 = 0.000006 вата
Тук е незначително, но представете си каква мощност биха били необходими резистори, ако делителният ток беше 100 mA или 1 A?
За първия случай:
Р1 = 11.4 * 0.1 = 1.14 вата
P2 = 0.6 * 0.1 = 0.06 W
За втория случай:
Р1 = 11.4 * 1 = 11.4 вата
P2 = 0.6 * 1 = 0.6 вата
Какво вече е значително за електрониката фигури, включително за използване в усилватели. Това не е ефективно, така че понастоящем те използват импулсни вериги, въпреки че линейните продължават да се използват или в аматьорски конструкции, или в специално оборудване със специални изисквания.
Вторият пример е разделител за формиране на U-превключвател за регулируем ценерорен диод TL431. Те се използват в повечето евтини захранващи устройства и зарядни устройства за мобилни телефони. Диаграма на връзката и формули за изчисление, които виждате по-долу. С помощта на два резистора се създава точка с U от 2, 5 волта.
Друг пример е свързването на различни сензори към микроконтролери. Разгледайте няколко диаграми на свързване на сензори към аналоговия вход на популярния AVR микроконтролер, като използвате примера на семейството на дъската Arduino.
В измервателните уреди има различни диапазони на измерване. Тази функция се изпълнява и с помощта на група резистори.
Но на този обхват на напрежение разделители не свършва. По този начин се изгасват допълнителните волта, когато токът е ограничен чрез светодиода, напрежението на крушките в гирлянда също се разпределя, а също така можете да захранвате товара с ниска мощност.
Нелинейни разделители
Споменахме, че параметричният стабилизатор принадлежи към нелинейни разделители. В най-простата си форма тя се състои от резистор и ценерови диод. Символ Zener диод на веригата е подобен на конвенционален полупроводников диод. Единствената разлика е наличието на допълнителна функция на катода.
Изчислението настъпва, като се започне от стабилизирането на диод Zener. Тогава, ако имаме 3, 3 волта Zener диод, и мощност U е 10 волта, тогава стабилизацията ток се взема от листа с данни на ценерови диод. Например, нека е равна на 20 mA (0.02 A) и тока на натоварване 10 mA (0.01 A).
След това:
R = 12-3.3 / 0.02 + 0.01 = 8.7 / 0.03 = 290 Ohm
Ще разберем как работи стабилизаторът. Ценеровият диод е свързан към веригата в обратна връзка, т.е. ако U е по-надолу от Ustabilization, токът не тече през него. Когато се увеличи до Ustabilization, лавина или тунелен разбивка на PN възел се случи и ток, наречен стабилизиращ ток започва да тече през него. Тя е ограничена от резистора R1, на който се охлажда разликата между U вход и стабилизация. При превишаване на максималния стабилизиращ ток настъпва термичен разпад и ценеровият диод изгаря.
Между другото, понякога можете да приложите стабилизатор на диодите. Тогава стабилизационното напрежение ще бъде равно на директното потапяне на диодите или сумата от капки на диодната верига. Токът, който сте задали, е подходящ за номиналните диоди и за нуждите на вашата верига. Това решение обаче рядко се използва. Но такова устройство на диоди е по-добре да се нарича ограничител, а не стабилизатор. И вариант на една и съща схема за променливотокови вериги. Така ограничавате амплитудата на променливия сигнал на нивото на директен спад - 0.7V.
Така че разбрахме какво е делителят на напрежението и защо е необходимо. Има още повече примери, когато се използва някой от вариантите на разглежданите схеми, дори потенциометърът е по същество разделител с плавно регулиране на коефициента на трансфер и често се използва по двойки с фиксиран резистор. Във всеки случай, принципът на работа, подбор и изчисляване на елементите остава непроменен.
И накрая, препоръчваме ви да гледате видеоклипа, който обсъжда по-подробно как работи този елемент и от какво се състои:
Материали по темата:
- Методи за намаляване на напрежението
- Какво е активна, реактивна и пълна мощност
- Как работи напрежението