Pembagi tegangan: perangkat, prinsip operasi, tujuan

Seringkali, ketika merancang rangkaian elektronik, menjadi perlu untuk mendapatkan titik dengan level sinyal tertentu. Misalnya, membuat titik referensi atau tegangan bias, memberi daya pada konsumen berdaya rendah dengan menurunkan levelnya, dan membatasi arus. Dalam kasus seperti itu Anda perlu menggunakan pembagi tegangan. Kami akan memberi tahu Anda apa itu dan bagaimana menghitungnya di artikel ini.

Definisi

Pembagi tegangan adalah perangkat atau perangkat yang menurunkan tegangan output relatif terhadap input, sebanding dengan koefisien transmisi (akan selalu di bawah nol). Itu mendapat nama ini karena mewakili dua atau lebih bagian rantai yang terhubung seri.

Mereka linier dan non-linier. Dalam hal ini, yang pertama adalah aktif atau reaktansi, di mana koefisien transfer ditentukan oleh rasio dari Hukum Ohm. Pembagi nonlinier yang diucapkan termasuk penstabil tegangan parametrik. Mari kita lihat bagaimana perangkat ini bekerja dan mengapa itu diperlukan.

Jenis dan prinsip tindakan

Perlu segera dicatat bahwa prinsip operasi pembagi tegangan umumnya sama, tetapi tergantung pada elemen-elemennya. Ada tiga jenis utama rangkaian linier:

• resistif;
• kapasitif;
• induktif.

Pembagi paling umum pada resistor, karena kesederhanaan dan kemudahan perhitungannya. Dengan menggunakan contohnya, kami akan mempertimbangkan informasi dasar tentang perangkat ini.

Setiap pembagi tegangan memiliki Uinput dan Uoutput jika terdiri dari dua resistor, jika ada tiga resistor, maka akan ada dua tegangan output, dan seterusnya. Sejumlah langkah pembagian dapat dilakukan.

Uinput sama dengan tegangan suplai, Uoutput tergantung pada rasio resistor di lengan pembagi. Jika kita mempertimbangkan rangkaian dengan dua resistor, maka bagian atas, atau disebut juga, bahu redaman adalah R1. Bahu bawah atau keluar akan menjadi R2.

Misalkan kita memiliki catu daya 10V, resistansi R1 adalah 85 ohm, dan resistansi R2 adalah 15 ohm. Hal ini diperlukan untuk menghitung Uoutput.

Kemudian:

U = I * R

Karena dirangkai secara seri, maka:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Kemudian jika Anda menambahkan ekspresi:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Jika kita menyatakan arus dari sini, kita mendapatkan:

Mengganti ekspresi sebelumnya, kami memiliki rumus berikut:

Mari kita hitung untuk contoh kita:

Pembagi tegangan juga dapat dibuat pada reaktansi:

• pada kapasitor (kapasitif);
• pada induktor (induktif).

Maka perhitungannya akan serupa, tetapi resistansi dihitung menggunakan rumus di bawah ini.

Untuk kapasitor:

Untuk induktansi:

Fitur dan perbedaan antara jenis pembagi ini adalah bahwa pembagi resistif dapat digunakan di sirkuit bolak-balik dan di sirkuit arus searah, dan kapasitif dan induktif hanya dalam rangkaian arus bolak-balik, karena hanya dengan demikian akan reaktif perlawanan.

Menarik! Dalam beberapa kasus, pembagi kapasitif akan bekerja di sirkuit DC, contoh yang baik adalah penggunaan solusi semacam itu di sirkuit input catu daya komputer.

Penggunaan reaktansi disebabkan oleh fakta bahwa selama operasinya mereka tidak menghasilkan sejumlah panas seperti ketika menggunakan resistansi aktif (resistor) dalam struktur.

Contoh penggunaan dalam skema

Ada banyak sirkuit di mana pembagi tegangan digunakan. Oleh karena itu, kami akan memberikan beberapa contoh sekaligus.

Katakanlah kita sedang merancang tahap penguat, pada transistor, yang bekerja di kelas A. Berdasarkan prinsip operasinya, kita perlu mengatur tegangan bias (U1) pada basis transistor, sehingga titik operasinya berada pada segmen linier karakteristik I - V, sedangkan arus yang melalui transistor tidak berlebihan. Katakanlah kita perlu menyediakan arus basis 0,1 mA dengan U1 sebesar 0,6 Volt.

Kemudian kita perlu menghitung resistansi di lengan pembagi, dan ini adalah perhitungan terbalik relatif terhadap apa yang telah kita berikan di atas. Pertama-tama, cari arus melalui pembagi. Agar arus beban tidak terlalu mempengaruhi tegangan di pundaknya, kami mengatur arus melalui pembagi dengan urutan besarnya lebih tinggi dari arus beban dalam kasus kami, 1 mA. Biarkan catu daya menjadi 12 Volt.

Maka hambatan total pembagi sama dengan:

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

R2 / R = U2 / U

Atau:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Upower

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Mari kita periksa perhitungannya:

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

Bahu atas yang sesuai akan padam

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

Tapi ini bukan keseluruhan perhitungan. Untuk perhitungan pembagi yang lengkap, perlu untuk menentukan kekuatan resistor agar tidak terbakar. Pada arus 1 mA, daya akan dilepaskan pada R1:

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

Dan di R2:

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

Ini dapat diabaikan, tetapi bayangkan berapa banyak daya yang dibutuhkan resistor jika arus pembagi adalah 100 mA atau 1 A?

Untuk kasus pertama:

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

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

Untuk kasus kedua:

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

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

Itu sudah merupakan angka yang cukup besar untuk elektronik, termasuk untuk digunakan pada amplifier. Ini tidak efektif, oleh karena itu, sirkuit impuls saat ini digunakan, meskipun yang linier terus berlanjut digunakan baik dalam konstruksi amatir atau peralatan khusus dengan persyaratan.

Contoh kedua adalah pembagi untuk membentuk Uref untuk dioda zener TL431 yang dapat disesuaikan. Mereka digunakan di sebagian besar catu daya dan pengisi daya murah untuk ponsel. Anda dapat melihat diagram koneksi dan rumus perhitungan di bawah ini. Dengan bantuan dua resistor, titik dengan Uref 2,5 volt dibuat di sini.

Contoh lain adalah menghubungkan semua jenis sensor ke mikrokontroler. Mari kita pertimbangkan beberapa skema untuk menghubungkan sensor ke input analog dari mikrokontroler AVR yang populer, menggunakan keluarga papan Arduino sebagai contoh.

Alat ukur memiliki rentang pengukuran yang berbeda. Fungsi ini juga diwujudkan dengan menggunakan sekelompok resistor.

Tetapi ruang lingkup penerapan pembagi tegangan tidak berakhir di situ. Beginilah cara voltase ekstra dipadamkan saat arus dibatasi melalui LED, voltase juga didistribusikan ke seluruh bohlam di karangan bunga, dan Anda juga dapat memberi daya pada beban berdaya rendah.

Pembagi nonlinier

Kami menyebutkan bahwa penstabil parametrik milik pembagi nonlinier. Dalam bentuknya yang paling sederhana, ia terdiri dari resistor dan dioda zener. Untuk dioda zener, simbol skema terlihat seperti dioda semikonduktor konvensional. Satu-satunya perbedaan adalah adanya fitur tambahan pada katoda.

Perhitungan didasarkan pada stabilisasi U dioda zener. Kemudian jika kita memiliki dioda zener 3,3 volt, dan suplai U 10 volt, maka arus stabilisasi diambil dari datasheet ke dioda zener. Misalnya, biarkan sama dengan 20 mA (0,02 A), dan arus beban adalah 10 mA (0,01 A).

Kemudian:

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

Mari kita cari tahu cara kerja stabilizer seperti itu. Dioda zener termasuk dalam rangkaian dalam koneksi terbalik, yaitu, jika Uoutput lebih rendah dari Ustabilisasi, arus tidak mengalir melaluinya. Ketika Upower naik ke Ustabilisasi, longsoran atau kerusakan terowongan dari persimpangan PN terjadi dan arus mulai mengalir melaluinya, yang disebut arus stabilisasi. Hal ini dibatasi oleh resistor R1, yang meredam perbedaan antara Uinput dan Ustabilisasi. Ketika arus stabilisasi maksimum terlampaui, kerusakan termal terjadi dan dioda Zener terbakar.

Ngomong-ngomong, terkadang Anda bisa menerapkan stabilizer pada dioda. Tegangan stabilisasi kemudian akan sama dengan penurunan maju dioda atau jumlah penurunan rangkaian dioda. Atur arus yang sesuai untuk peringkat dioda dan untuk kebutuhan sirkuit Anda. Namun, solusi ini jarang digunakan. Tetapi perangkat berbasis dioda seperti itu lebih baik disebut pembatas, bukan penstabil. Dan varian dari rangkaian yang sama untuk rangkaian AC. Ini akan membatasi amplitudo sinyal AC ke penurunan maju 0,7V.

Jadi kami menemukan apa itu pembagi tegangan dan untuk apa. Ada lebih banyak contoh di mana salah satu varian dari rangkaian yang dipertimbangkan diterapkan, bahkan potensiometer di esensi adalah pembagi dengan penyesuaian koefisien transmisi yang halus, dan sering digunakan bersama-sama dengan konstanta penghambat. Bagaimanapun, prinsip operasi, pemilihan dan perhitungan elemen tetap tidak berubah.

Akhirnya, kami sarankan untuk menonton video, yang melihat lebih dekat bagaimana elemen ini bekerja dan terdiri dari apa:

Bahan terkait:

• Cara untuk menurunkan tegangan
• Apa itu daya aktif, reaktif, dan semu?
• Bagaimana cara kerja relai tegangan?