Pingejaotur: seade, tööpõhimõte, otstarve

Sageli on elektroonilise vooluringi projekteerimisel vaja saada teatud signaalitasemega punkt. Näiteks looge võrdluspunkt või eelpinge, toite väikese võimsusega tarbijat selle taset langetades ja piirake voolu. Sellistel juhtudel peate kasutama pingejagurit. Mis see on ja kuidas seda arvutada, räägime teile selles artiklis.

Definitsioon

Pingejagur on seade või seade, mis alandab väljundpinget sisendi suhtes proportsionaalselt ülekandeteguriga (see jääb alati alla nulli). See sai selle nime, kuna see tähistab kahte või enamat järjestikku ühendatud keti osa.

Need on lineaarsed ja mittelineaarsed. Sel juhul on esimesed aktiivsed või reaktiivsed, milles ülekandekoefitsient määratakse suhtega alates Ohmi seadus. Väljendatud mittelineaarsed jagajad hõlmavad parameetrilisi pingestabilisaatoreid. Vaatame, kuidas see seade töötab ja miks seda vaja on.

Tüübid ja tegevuspõhimõte

Tuleb kohe märkida, et pingejaguri tööpõhimõte on üldiselt sama, kuid sõltub elementidest, millest see koosneb. Lineaarseid ahelaid on kolm peamist tüüpi:

• takistuslik;
• mahtuvuslik;
• induktiivne.

Kõige tavalisem takistite jagaja oma lihtsuse ja arvutamise lihtsuse tõttu. Tema näitel käsitleme selle seadme põhiteavet.

Igal pingejaguril on Uinput ja Uoutput, kui see koosneb kahest takistid, kui on kolm takistit, siis on kaks väljundpinget jne. Võib teha mis tahes arvu jagamisetappe.

Usisend on võrdne toitepingega, Uväljund sõltub takistite vahekorrast jagajaõlgides. Kui arvestada kahe takistiga vooluringi, on ülemine või, nagu seda ka nimetatakse, summutusõlg R1. Alumine või väljumisõlg on R2.

Oletame, et meil on 10 V toiteallikas, takistus R1 on 85 oomi ja takistus R2 on 15 oomi. On vaja arvutada Uväljund.

Seejärel:

U = I * R

Kuna need on järjestikku ühendatud, siis:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Kui lisate siis väljendid:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Kui väljendame voolu siit, saame:

Asendades eelmise avaldise, saame järgmise valemi:

Toome näitena:

Pingejagurit saab teha ka reaktantsidele:

• peal kondensaatorid (mahtuvuslik);
• induktiivpoolidel (induktiiv).

Siis on arvutused sarnased, kuid takistused arvutatakse allolevate valemite abil.

Kondensaatorite jaoks:

Induktiivsuse jaoks:

Seda tüüpi jaoturite eripära ja erinevus seisneb selles, et takistusjagurit saab kasutada vahelduvvooluahelates ja ahelates alalisvool ning mahtuvuslikud ja induktiivsed ainult vahelduvvooluahelates, sest ainult siis on need reaktiivsed vastupanu.

Huvitav! Mõnel juhul hakkab alalisvooluahelates tööle mahtuvuslik jagaja, hea näide on sellise lahenduse kasutamine arvuti toiteallikate sisendahelas.

Reaktantsi kasutamine on tingitud asjaolust, et nende töötamise ajal ei tekita need nii palju soojust kui konstruktsioonides aktiivsete takistuste (takistite) kasutamisel.

Skeemis kasutamise näited

Seal on palju vooluahelaid, kus kasutatakse pingejagajaid. Seetõttu toome mitu näidet korraga.

Oletame, et projekteerime transistorile võimendiastme, mis töötab klassis A. Selle tööpõhimõttest lähtuvalt peame transistori alusele määrama sellise eelpinge (U1), nii et selle tööpunkt on I - V karakteristiku lineaarsel segmendil, samas kui transistori läbiv vool ei ole ülemäärane. Oletame, et peame tagama baasvoolu 0,1 mA ja U1 0,6 volti.

Seejärel peame arvutama jaguri harude takistuse ja see on vastupidine arvutus võrreldes sellega, mida oleme ülal andnud. Kõigepealt leidke jagurit läbiv vool. Selleks, et koormusvool ei mõjutaks oluliselt selle õlgadel olevat pinget, seadsime jagurit läbiva voolu suurusjärgu võrra kõrgemaks kui meie puhul koormusvool, 1 mA. Olgu toiteallikaks 12 volti.

Siis on jagaja kogutakistus võrdne:

Rd = Uvõimsus / I = 12 / 0,001 = 12000 oomi

R2 / R = U2 / U

Või:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Uvõimsus

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

R2 = (R1 + R2) * U1 / Uvõimsus = 12000 * 0,6 / 12 = 600

R1 = 12000-600 = 11400

Kontrollime arvutusi:

U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 volti.

Vastav ülemine õlg kustub

U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 volti.

Kuid see pole kogu arvutus. Jagaja täielikuks arvutamiseks on vaja kindlaks määrata takistite võimsus, et need läbi ei põleks. Voolutugevusel 1 mA vabastatakse R1 toide:

P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 vatti

Ja R2 peal:

P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 vatti

Siin on see tühine, kuid kujutage ette, kui palju võimsust takistid vajaksid, kui jagaja vool oleks 100 mA või 1 A?

Esimesel juhul:

P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 vatti

P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 vatti

Teisel juhul:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 vatti

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 vatti

See on juba märkimisväärne arv elektroonika jaoks, sealhulgas võimendites kasutamiseks. See ei ole efektiivne, seetõttu kasutatakse praegu impulssahelaid, kuigi lineaarsed jätkuvad kasutatakse kas amatöörkonstruktsioonides või spetsiaalsetes seadmetes spetsiaalsete nõuded.

Teine näide on jaotur Urefi moodustamiseks reguleeritava zeneri dioodi TL431 jaoks. Neid kasutatakse enamikes odavates mobiiltelefonide toiteallikates ja laadijates. Ühendusskeemi ja arvutusvalemeid näete allpool. Kahe takisti abil luuakse siin punkt, mille Uref on 2,5 volti.

Teine näide on igasuguste andurite ühendamine mikrokontrolleritega. Vaatleme mitmeid skeeme andurite ühendamiseks populaarse AVR-i mikrokontrolleri analoogsisendiga, kasutades näitena Arduino plaatide perekonda.

Mõõteriistadel on erinevad mõõtepiirkonnad. Seda funktsiooni realiseeritakse ka takistite rühma abil.

Kuid pingejaoturite rakendusala ei lõpe sellega. Nii kustuvad lisavoldid, kui voolu piiratakse läbi LED-i, pinge jaotub ka pirnide vahel ja saab toita ka väikese võimsusega koormust.

Mittelineaarsed jagajad

Mainisime, et parameetriline stabilisaator kuulub mittelineaarsete jagajate hulka. Kõige lihtsamal kujul koosneb see takistist ja zeneri dioodist. Zeneri dioodi puhul näeb skemaatiline sümbol välja nagu tavaline pooljuhtdiood. Ainus erinevus on katoodi lisafunktsiooni olemasolu.

Arvutamine põhineb zeneri dioodi U stabilisatsioonil. Kui meil on 3,3-voldine zeneri diood ja U-toide on 10 volti, siis võetakse stabiliseerimisvool andmelehelt zeneri dioodile. Näiteks olgu see võrdne 20 mA (0,02 A) ja koormusvool on 10 mA (0,01 A).

Seejärel:

R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 oomi

Vaatame, kuidas selline stabilisaator töötab. Zeneri diood on vooluringis pöördühenduses, see tähendab, et kui U-väljund on madalam kui Ustabilisatsioon, ei voola vool seda läbi. Kui Upower tõuseb Ustabilisatsioonini, toimub PN-siirde laviin või tunneli purunemine ja läbi selle hakkab voolama vool, mida nimetatakse stabiliseerimisvooluks. Seda piirab takisti R1, mis summutab erinevust Uinput ja Ustabiliseerimise vahel. Maksimaalse stabiliseerimisvoolu ületamisel tekib termiline rike ja Zeneri diood põleb läbi.

Muide, mõnikord saate dioodidel stabilisaatorit rakendada. Stabiliseerimispinge on siis võrdne dioodide ettepoole suunatud languse või dioodiahela languste summaga. Seadistage vool, mis sobib dioodide nimiväärtuse ja oma vooluahela vajadustega. Seda lahendust kasutatakse aga harva. Kuid sellist dioodil põhinevat seadet nimetatakse pigem piirajaks, mitte stabilisaatoriks. Ja sama ahela variant vahelduvvooluahelate jaoks. See piirab vahelduvvoolu signaali amplituudi 0,7 V võrra.

Nii saime aru, mis on pingejagur ja milleks see on. On veelgi rohkem näiteid, kus rakendatakse mõnda vaadeldava ahela varianti, isegi potentsiomeetrit Essence on ülekandeteguri sujuva reguleerimisega jagaja ja seda kasutatakse sageli koos konstandiga takisti. Igal juhul jääb tööpõhimõte, elementide valik ja arvutamine muutumatuks.

Lõpetuseks soovitame vaadata videot, kus vaadeldakse lähemalt, kuidas see element töötab ja millest see koosneb:

Seotud materjalid:

• Pinge alandamise viisid
• Mis on aktiiv-, reaktiiv- ja näivvõimsus
• Kuidas pingerelee töötab?