Feszültségosztó: készülék, működési elv, rendeltetés

Gyakran egy elektronikus áramkör tervezésekor szükségessé válik egy bizonyos jelszintű pont megszerzése. Például hozzon létre egy referenciapontot vagy előfeszítő feszültséget, tápláljon egy kis fogyasztású fogyasztót a szint csökkentésével, és korlátozza az áramerősséget. Ilyen esetekben feszültségosztót kell használni. Ebben a cikkben elmondjuk, mi ez és hogyan kell kiszámítani.

Meghatározás

A feszültségosztó olyan eszköz vagy eszköz, amely a kimeneti feszültséget a bemenethez képest az átviteli együtthatóval arányosan csökkenti (mindig nulla alatt lesz). Ezt a nevet azért kapta, mert a lánc két vagy több sorba kapcsolt szakaszát jelöli.

Lineárisak és nemlineárisak. Ebben az esetben az első aktív vagy reaktancia, amelyben az átviteli együtthatót az arány határozza meg Ohm törvénye. A kifejezett nemlineáris osztók közé tartoznak a parametrikus feszültségstabilizátorok. Nézzük meg, hogyan működik ez az eszköz, és miért van rá szükség.

A cselekvés típusai és elve

Azonnal meg kell jegyezni, hogy a feszültségosztó működési elve általában ugyanaz, de attól függ, hogy milyen elemekből áll. A lineáris áramkörök három fő típusa van:

• rezisztív;
• kapacitív;
• induktív.

Az ellenállások legelterjedtebb osztója, egyszerűsége és könnyű kiszámítása miatt. Az ő példája alapján megvizsgáljuk az eszközre vonatkozó alapvető információkat.

Bármely feszültségosztónak van U-bemenete és U-kimenete, ha kettőből áll ellenállások, ha három ellenállás van, akkor két kimeneti feszültség lesz, és így tovább. Tetszőleges számú osztási lépés elvégezhető.

Az Ubemenet egyenlő a tápfeszültséggel, az Ukimenet az osztókarokban lévő ellenállások arányától függ. Ha egy két ellenállású áramkört veszünk figyelembe, akkor a felső, vagy ahogy más néven csillapító váll R1 lesz. Az alsó vagy kilépő váll R2 lesz.

Tegyük fel, hogy 10 V-os tápegységünk van, az R1 ellenállás 85 ohm, az R2 ellenállás pedig 15 ohm. Szükséges az Uoutput kiszámítása.

Azután:

U = I * R

Mivel sorba vannak kötve, akkor:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Majd ha hozzáadja a kifejezéseket:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Ha innen fejezzük ki az áramot, a következőket kapjuk:

Az előző kifejezést behelyettesítve a következő képletet kapjuk:

Számoljunk a példánkkal:

A feszültségosztó reaktanciákon is elkészíthető:

• tovább kondenzátorok (kapacitív);
• induktorokon (induktív).

Ekkor a számítások hasonlóak lesznek, de az ellenállások kiszámítása az alábbi képletekkel történik.

Kondenzátorokhoz:

Az induktivitáshoz:

Az ilyen típusú osztók jellemzője és különbsége, hogy az ellenállásos osztó használható váltakozó áramkörökben és áramkörökben egyenáramú, kapacitív és induktív csak váltóáramú áramkörökben, mert csak akkor lesznek reaktívak ellenállás.

Érdekes! Egyes esetekben a kapacitív osztó működik egyenáramú áramkörökben, jó példa erre a megoldás a számítógépes tápegységek bemeneti áramkörében.

A reaktancia alkalmazása annak köszönhető, hogy működésük során nem termelnek akkora hőmennyiséget, mint a szerkezetekben lévő aktív ellenállások (ellenállások) alkalmazásakor.

Példák a sémában való felhasználásra

Sok olyan áramkör létezik, ahol feszültségosztókat használnak. Ezért egyszerre több példát adunk.

Tegyük fel, hogy egy erősítő fokozatot tervezünk, tranzisztorra, ami az A osztályban működik. Működési elve alapján ilyen előfeszítő feszültséget (U1) kell beállítanunk a tranzisztor alapjára, úgy, hogy működési pontja az I - V karakterisztika lineáris szegmensén legyen, míg a tranzisztoron átmenő áram nem túlzott. Tegyük fel, hogy 0,1 mA alapáramot kell biztosítanunk 0,6 Volt U1 mellett.

Ezután ki kell számítanunk az elválasztó karjaiban lévő ellenállást, és ez a fordított számítás a fentebb megadotthoz képest. Először is keresse meg az áramot az osztón keresztül. Annak érdekében, hogy a terhelési áram ne befolyásolja nagymértékben a vállán lévő feszültséget, az osztón átmenő áramot egy nagyságrenddel magasabbra állítjuk, mint a mi esetünkben a terhelési áram, 1 mA. Legyen a tápegység 12 voltos.

Ekkor az osztó teljes ellenállása egyenlő:

Rd = Uteljesítmény / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm

R2 / R = U2 / U

Vagy:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Uteljesítmény

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Nézzük a számításokat:

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

A megfelelő felső váll kialszik

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

De ez nem a teljes számítás. Az osztó teljes kiszámításához meg kell határozni az ellenállások teljesítményét, hogy ne égjenek ki. 1 mA áramerősségnél az R1 tápfeszültség felszabadul:

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

És az R2-n:

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

Itt ez elhanyagolható, de képzeld el, mekkora teljesítményre lenne szükségük az ellenállásoknak, ha az osztóáram 100 mA vagy 1 A?

Az első esetre:

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

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

A második esetre:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 Watt

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 Watt

Ez már jelentős szám az elektronika számára, beleértve az erősítőkben való felhasználást is. Ez nem hatékony, ezért jelenleg impulzusáramköröket használnak, bár a lineárisak továbbra is fennállnak vagy amatőr konstrukciókban, vagy speciális berendezésekben használják követelményeknek.

A második példa egy elválasztó az Uref kialakításához egy állítható TL431 zener-diódához. A legtöbb olcsó tápegységben és mobiltelefon-töltőben használják őket. Alább láthatja a bekötési rajzot és a számítási képleteket. Itt két ellenállás segítségével egy 2,5 voltos Uref pont jön létre.

Egy másik példa mindenféle érzékelő csatlakoztatása mikrokontrollerekhez. Tekintsünk több sémát az érzékelőknek a népszerű AVR mikrokontroller analóg bemenetéhez való csatlakoztatására, példaként az Arduino kártyacsaláddal.

A mérőműszerek különböző mérési tartományokkal rendelkeznek. Ez a funkció egy ellenálláscsoport segítségével is megvalósítható.

De a feszültségosztók alkalmazási köre ezzel nem ér véget. Így kialszanak a plusz feszültségek, ha a LED-en keresztül korlátozzák az áramerősséget, a feszültség a koszorúban lévő izzók között is eloszlik, és kis teljesítményű terhelést is lehet táplálni.

Nemlineáris osztók

Említettük, hogy a parametrikus stabilizátor a nemlineáris osztók közé tartozik. A legegyszerűbb formájában egy ellenállásból és egy zener diódából áll. Zener dióda esetén a vázlatos szimbólum úgy néz ki, mint egy hagyományos félvezető dióda. Az egyetlen különbség az, hogy a katódon van egy további funkció.

A számítás a zener dióda U stabilizálásán alapul. Ekkor ha van egy 3,3 voltos zener diódánk, és az U betáplálás 10 voltos, akkor a stabilizáló áramot az adatlapról a zener diódára veszik. Például legyen egyenlő 20 mA (0,02 A), és a terhelési áram 10 mA (0,01 A).

Azután:

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

Nézzük meg, hogyan működik egy ilyen stabilizátor. A Zener dióda fordított kapcsolásban van az áramkörben, vagyis ha az Ukimenet kisebb, mint az Ustabilizáció, akkor az áram nem folyik át rajta. Amikor az Upower ustabilizációra emelkedik, a PN átmenet lavina- vagy alagúttörése következik be, és áram kezd átfolyni rajta, amit stabilizációs áramnak nevezünk. Ezt az R1 ellenállás korlátozza, amely csökkenti az Uinput és az Ustabilization közötti különbséget. A maximális stabilizáló áram túllépése esetén termikus leállás következik be, és a Zener-dióda kiég.

Mellesleg, néha stabilizátort is alkalmazhat a diódákon. A stabilizáló feszültség ekkor egyenlő lesz a diódák előrefelé esésével vagy a dióda áramkör cseppeinek összegével. Állítsa be az áramerősséget a diódák névleges értékének és az áramkör igényeinek megfelelően. Ezt a megoldást azonban ritkán használják. De egy ilyen dióda alapú eszközt inkább korlátozónak nevezünk, nem stabilizátornak. És ugyanannak az áramkörnek egy változata váltakozó áramú áramkörökhöz. Ez az AC jel amplitúdóját 0,7 V előreesésre korlátozza.

Így kitaláltuk, mi az a feszültségosztó, és mire való. Még több példa van arra, hogy a vizsgált áramkörök bármelyik változatát alkalmazzák, akár potenciométert is. Az essence egy osztó az átviteli együttható egyenletes beállításával, és gyakran egy állandóval együtt használják ellenállás. Mindenesetre a működési elv, az elemek kiválasztása és számítása változatlan marad.

Végül javasoljuk, hogy nézze meg a videót, amely közelebbről megvizsgálja, hogyan működik ez az elem, és miből áll:

Kapcsolódó anyagok:

• A feszültség csökkentésének módjai
• Mi az aktív, meddő és látszólagos teljesítmény
• Hogyan működik a feszültségrelé?