Razdjelnik napona: uređaj, princip rada, namjena

Često, prilikom projektiranja elektroničkog sklopa, postaje potrebno dobiti točku s određenom razinom signala. Na primjer, stvorite referentnu točku ili prednapon, napajajte potrošača male snage snižavanjem njegove razine i ograničite struju. U takvim slučajevima morate koristiti djelitelj napona. Što je to i kako ga izračunati, reći ćemo vam u ovom članku.

Definicija

Razdjelnik napona je uređaj ili uređaj koji snižava izlazni napon u odnosu na ulazni, proporcionalno koeficijentu prijenosa (uvijek će biti ispod nule). Ovo ime je dobio jer predstavlja dva ili više serijski spojenih dijelova lanca.

One su linearne i nelinearne. U ovom slučaju, prvi su aktivni ili reaktancija, u kojima je koeficijent prijenosa određen omjerom iz Ohmov zakon. Izraženi nelinearni razdjelnici uključuju parametarske stabilizatore napona. Pogledajmo kako ovaj uređaj radi i zašto je potreban.

Vrste i princip djelovanja

Odmah treba napomenuti da je princip rada djelitelja napona općenito isti, ali ovisi o elementima od kojih se sastoji. Postoje tri glavne vrste linearnih krugova:

• otporan;
• kapacitet;
• induktivni.

Najčešći razdjelnik na otpornicima, zbog svoje jednostavnosti i lakoće izračuna. Koristeći njegov primjer, razmotrit ćemo osnovne informacije o ovom uređaju.

Svaki djelitelj napona ima Uinput i Uizlaz ako se sastoji od dva otpornici, ako postoje tri otpornika, tada će biti dva izlazna napona, i tako dalje. Može se napraviti bilo koji broj koraka dijeljenja.

Uinput je jednak naponu napajanja, Uizlaz ovisi o omjeru otpornika u krakovima razdjelnika. Ako uzmemo u obzir krug s dva otpornika, tada će gornje, ili kako se još naziva, prigušno rame biti R1. Donje ili izlazno rame bit će R2.

Pretpostavimo da imamo napajanje od 10V, otpor R1 je 85 ohma, a otpor R2 je 15 ohma. Potrebno je izračunati Uoutput.

Zatim:

U = I * R

Budući da su serijski spojeni, tada:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Zatim ako dodate izraze:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Ako ovdje izrazimo struju, dobivamo:

Zamjenom prethodnog izraza, imamo sljedeću formulu:

Izračunajmo za naš primjer:

Razdjelnik napona se također može napraviti na reaktancijama:

• na kondenzatori (kapacitet);
• na induktorima (induktivni).

Tada će izračuni biti slični, ali se otpori izračunavaju pomoću formula u nastavku.

Za kondenzatore:

Za induktivnost:

Značajka i razlika između ovih vrsta razdjelnika je da se otporni razdjelnik može koristiti u izmjeničnim krugovima i u krugovima istosmjerna struja, a kapacitivna i induktivna samo u krugovima izmjenične struje, jer će samo tada njihova reaktivna otpornost.

Zanimljiv! U nekim slučajevima, kapacitivni djelitelj će raditi u istosmjernim krugovima, dobar primjer je korištenje takvog rješenja u ulaznom krugu računala napajanja.

Korištenje reaktancije je zbog činjenice da tijekom svog rada ne stvaraju toliku količinu topline kao pri korištenju aktivnih otpora (otpornika) u strukturama

Primjeri upotrebe u shemi

Postoji mnogo krugova u kojima se koriste djelitelji napona. Stoga ćemo navesti nekoliko primjera odjednom.

Recimo da projektiramo pojačivački stupanj, na tranzistoru, koji radi u klasi A. Na temelju njegovog principa rada, trebamo postaviti takav prednapon (U1) na bazi tranzistora, tako da je njegova radna točka na linearnom segmentu I - V karakteristike, dok struja kroz tranzistor nije pretjerano. Recimo da trebamo osigurati osnovnu struju od 0,1 mA s U1 od 0,6 volti.

Zatim trebamo izračunati otpor u krakovima razdjelnika, a ovo je obrnuti izračun u odnosu na ono što smo dali gore. Prije svega, pronađite struju kroz razdjelnik. Kako struja opterećenja ne bi uvelike utjecala na napon na njegovim ramenima, postavili smo struju kroz djelitelj za red veličine veću od struje opterećenja u našem slučaju, 1 mA. Neka napajanje bude 12 volti.

Tada je ukupni otpor razdjelnika jednak:

Rd = Unapona / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohma

R2 / R = U2 / U

Ili:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Unapona

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Provjerimo izračune:

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

Odgovarajuće gornje rame će se ugasiti

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

Ali ovo nije cijela računica. Za potpuni izračun razdjelnika potrebno je odrediti snagu otpornika kako ne bi izgorjeli. Pri struji od 1 mA, napajanje će se osloboditi na R1:

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

I na R2:

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

Ovdje je zanemarivo, ali zamislite kolika bi snaga trebala otpornicima da je struja djelitelja 100 mA ili 1 A?

Za prvi slučaj:

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

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

Za drugi slučaj:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 vata

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 W

To su već znatne brojke za elektroniku, uključujući upotrebu u pojačalima. To nije učinkovito, stoga se trenutno koriste impulsni krugovi, iako se linearni nastavljaju koristi se bilo u amaterskim konstrukcijama ili u specifičnoj opremi s posebnim zahtjevima.

Drugi primjer je razdjelnik za formiranje Urefa za podesivu zener diodu TL431. Koriste se u većini jeftinih izvora napajanja i punjača za mobilne telefone. U nastavku možete vidjeti dijagram povezivanja i formule za izračun. Uz pomoć dva otpornika ovdje se stvara točka s Urefom od 2,5 volti.

Drugi primjer je povezivanje svih vrsta senzora na mikrokontrolere. Razmotrimo nekoliko shema za povezivanje senzora na analogni ulaz popularnog AVR mikrokontrolera, koristeći Arduino obitelj ploča kao primjer.

Mjerni instrumenti imaju različita mjerna područja. Ova funkcija se također ostvaruje pomoću skupine otpornika.

Ali opseg primjene djelitelja napona tu ne završava. Ovako se gase dodatni volti kada je struja ograničena kroz LED, napon se također raspoređuje po žaruljama u vijencu, a možete napajati i opterećenje male snage.

Nelinearni razdjelnici

Spomenuli smo da parametarski stabilizator spada u nelinearne razdjelnike. U svom najjednostavnijem obliku, sastoji se od otpornika i zener diode. Za zener diodu, shematski simbol izgleda kao konvencionalna poluvodička dioda. Jedina razlika je prisutnost dodatne značajke na katodi.

Proračun se temelji na U stabilizaciji zener diode. Zatim, ako imamo 3,3 volta zener diodu, a U napajanje je 10 volti, tada se stabilizacijska struja uzima iz tablice na zener diodu. Na primjer, neka bude jednako 20 mA (0,02 A), a struja opterećenja je 10 mA (0,01 A).

Zatim:

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

Pogledajmo kako radi takav stabilizator. Zener dioda je uključena u krug u obrnutom spoju, odnosno, ako je Uoutput manji od Ustabilizacije, struja ne teče kroz nju. Kada Upower poraste do Ustabilizacije, dolazi do lavine ili tunelskog sloma PN spoja i kroz njega počinje teći struja koja se naziva stabilizacijska struja. Ograničen je otpornikom R1, koji prigušuje razliku između Uinputa i Ustabilizacije. Kada se prekorači maksimalna stabilizacijska struja, dolazi do toplinskog sloma i Zener dioda izgara.

Usput, ponekad možete implementirati stabilizator na diode. Stabilizacijski napon će tada biti jednak padu dioda prema naprijed ili zbroju padova diodnog kruga. Postavite struju prikladnu za ocjenu dioda i za potrebe vašeg kruga. Međutim, ovo rješenje se rijetko koristi. Ali takav uređaj na diodi bolje je nazvati limiter, a ne stabilizator. I varijanta istog kruga za krugove izmjenične struje. To će ograničiti amplitudu AC signala na pad od 0,7 V.

Tako smo shvatili što je djelitelj napona i čemu služi. Ima još više primjera gdje se primjenjuje bilo koja od varijanti razmatranih sklopova, pa čak i potenciometar u essence je razdjelnik s glatkim podešavanjem koeficijenta prijenosa, a često se koristi u tandemu s konstantnim otpornik. U svakom slučaju, princip rada, odabira i izračuna elemenata ostaje nepromijenjen.

Na kraju, preporučujemo da pogledate video koji pobliže prikazuje kako ovaj element radi i od čega se sastoji:

Povezani materijali:

• Načini smanjenja napona
• Što je aktivna, jalova i prividna snaga
• Kako radi naponski relej?