Dzielnik napięcia: urządzenie, zasada działania, przeznaczenie

Często przy projektowaniu obwodu elektronicznego konieczne staje się uzyskanie punktu o określonym poziomie sygnału. Na przykład utwórz punkt odniesienia lub napięcie polaryzacji, zasil odbiornik o małej mocy, obniżając jego poziom i ogranicz prąd. W takich przypadkach trzeba zastosować dzielnik napięcia. W tym artykule powiemy Ci, co to jest i jak to obliczyć.

Definicja

Dzielnik napięcia to urządzenie lub urządzenie, które obniża napięcie wyjściowe w stosunku do wejściowego, proporcjonalnie do współczynnika transmisji (zawsze będzie poniżej zera). Otrzymał tę nazwę, ponieważ reprezentuje dwie lub więcej połączonych szeregowo odcinków łańcucha.

Są liniowe i nieliniowe. W tym przypadku pierwszymi są aktywne lub reaktancyjne, w których współczynnik przenikania jest określony przez stosunek od Prawo Ohma. Wyraźne dzielniki nieliniowe obejmują parametryczne stabilizatory napięcia. Zobaczmy, jak działa to urządzenie i dlaczego jest potrzebne.

Rodzaje i zasada działania

Należy od razu zauważyć, że zasada działania dzielnika napięcia jest zasadniczo taka sama, ale zależy od elementów, z których się składa. Istnieją trzy główne typy obwodów liniowych:

• rezystancyjny;
• pojemnościowy;
• indukcyjny.

Najpopularniejszy dzielnik na rezystorach, ze względu na swoją prostotę i łatwość obliczeń. Na jego przykładzie rozważymy podstawowe informacje o tym urządzeniu.

Każdy dzielnik napięcia ma Uwejście i Uwyjście, jeśli składa się z dwóch rezystory, jeśli są trzy rezystory, to będą dwa napięcia wyjściowe i tak dalej. Można wykonać dowolną liczbę kroków podziału.

Uwejście jest równe napięciu zasilania, Uwyjście zależy od stosunku rezystorów w ramionach dzielnika. Jeśli weźmiemy pod uwagę układ z dwoma opornikami, to górne, lub jak to się nazywa, ramię tłumiące będzie R1. Ramię dolne lub wyjściowe to R2.

Załóżmy, że mamy zasilanie 10 V, rezystancja R1 wynosi 85 omów, a rezystancja R2 wynosi 15 omów. Konieczne jest obliczenie Uwyjściowego.

Następnie:

U = I * R

Ponieważ są połączone szeregowo, to:

U1 = ja * R1

U2 = I * R2

Następnie, jeśli dodasz wyrażenia:

U1 + U2 = ja (R1 + R2)

Jeśli wyrazimy stąd prąd, otrzymamy:

Zastępując poprzednie wyrażenie, mamy następującą formułę:

Policzmy dla naszego przykładu:

Dzielnik napięcia można również wykonać na reaktancjach:

• na kondensatory (pojemnościowy);
• na cewkach indukcyjnych (indukcyjne).

Wtedy obliczenia będą podobne, ale opory są obliczane przy użyciu poniższych wzorów.

Dla kondensatorów:

Dla indukcyjności:

Cechą i różnicą między tymi typami dzielników jest to, że dzielnik rezystancyjny może być używany w obwodach przemiennych i obwodach prądu stałego, a pojemnościowego i indukcyjnego tylko w obwodach prądu przemiennego, bo tylko wtedy będą one bierne opór.

Interesujący! W niektórych przypadkach dzielnik pojemnościowy sprawdzi się w obwodach prądu stałego, dobrym przykładem jest zastosowanie takiego rozwiązania w obwodzie wejściowym zasilaczy komputerowych.

Zastosowanie reaktancji wynika z faktu, że podczas swojej pracy nie generują one takiej ilości ciepła jak przy zastosowaniu aktywnych oporów (rezystorów) w konstrukcjach

Przykłady użycia w schemacie

Istnieje wiele obwodów, w których stosuje się dzielniki napięcia. Dlatego podamy jednocześnie kilka przykładów.

Powiedzmy, że projektujemy stopień wzmacniacza, na tranzystorze, który pracuje w klasie A. Bazując na jego zasadzie działania, musimy ustawić takie napięcie polaryzacji (U1) na bazie tranzystora, aby jego punkt pracy znajdował się na liniowym odcinku charakterystyki I - V, podczas gdy prąd płynący przez tranzystor nie jest nadmierny. Powiedzmy, że musimy zapewnić prąd bazowy 0,1 mA przy U1 0,6 wolta.

Następnie musimy obliczyć opór w ramionach rozdzielacza, a jest to obliczenie odwrotne do tego, co podaliśmy powyżej. Przede wszystkim znajdź prąd przez dzielnik. Aby prąd obciążenia nie wpływał znacząco na napięcie na jego barkach, ustawiamy prąd przez dzielnik o rząd wielkości większy niż prąd obciążenia w naszym przypadku 1 mA. Niech zasilanie będzie wynosić 12 woltów.

Wtedy całkowity opór przegrody wynosi:

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

R2 / R = U2 / U

Lub:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Umoc

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Sprawdźmy obliczenia:

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

Odpowiednie górne ramię zgaśnie

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

Ale to nie jest cała kalkulacja. Do pełnego obliczenia dzielnika konieczne jest określenie mocy rezystorów, aby się nie wypaliły. Przy prądzie 1 mA moc zostanie uwolniona na R1:

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

A na R2:

P2 = 0,6 * 0,001 = 0,00006 Wat

Tutaj jest to znikome, ale wyobraź sobie, ile mocy potrzebowałyby rezystory, gdyby prąd dzielnika wynosił 100 mA lub 1 A?

W pierwszym przypadku:

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

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

W drugim przypadku:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 watów

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 wat

To już spore liczby dla elektroniki, w tym do zastosowania we wzmacniaczach. Nie jest to skuteczne, dlatego obecnie stosowane są obwody impulsowe, chociaż nadal są liniowe stosowane zarówno w konstrukcjach amatorskich, jak i w specjalistycznym sprzęcie ze specjalnym wymagania.

Drugim przykładem jest dzielnik do formowania Uref dla regulowanej diody Zenera TL431. Stosowane są w większości niedrogich zasilaczy i ładowarek do telefonów komórkowych. Poniżej możesz zobaczyć schemat połączeń i wzory obliczeniowe. Za pomocą dwóch rezystorów tworzony jest tutaj punkt z Uref o wartości 2,5 wolta.

Innym przykładem jest podłączenie wszelkiego rodzaju czujników do mikrokontrolerów. Rozważmy kilka schematów podłączania czujników do wejścia analogowego popularnego mikrokontrolera AVR na przykładzie rodziny płytek Arduino.

Przyrządy pomiarowe mają różne zakresy pomiarowe. Ta funkcja jest również realizowana za pomocą grupy rezystorów.

Na tym jednak zakres zastosowania dzielników napięcia się nie kończy. W ten sposób dodatkowe wolty są wygaszone, gdy prąd jest ograniczony przez diodę LED, napięcie jest również rozłożone na żarówki w girlandzie, a także można zasilać obciążenie o małej mocy.

Dzielniki nieliniowe

Wspomnieliśmy, że stabilizator parametryczny należy do dzielników nieliniowych. W najprostszej postaci składa się z rezystora i diody Zenera. W przypadku diody Zenera schematyczny symbol wygląda jak konwencjonalna dioda półprzewodnikowa. Jedyną różnicą jest obecność dodatkowej cechy na katodzie.

Obliczenia opierają się na stabilizacji U diody Zenera. Następnie, jeśli mamy diodę Zenera o napięciu 3,3 V, a zasilanie U wynosi 10 V, prąd stabilizujący jest pobierany z arkusza danych do diody Zenera. Na przykład niech będzie równy 20 mA (0,02 A), a prąd obciążenia to 10 mA (0,01 A).

Następnie:

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

Zastanówmy się, jak działa taki stabilizator. Dioda Zenera jest włączona w obwód w połączeniu odwrotnym, to znaczy, jeśli Uwyjście jest mniejsze niż Ustabilizacja, prąd nie przepływa przez nią. Kiedy Upower wzrasta do Ustabilizacji, następuje lawinowe lub tunelowe przebicie złącza PN i zaczyna przez nie płynąć prąd, który nazywa się prądem stabilizacyjnym. Ograniczony jest rezystorem R1, który tłumi różnicę między Uinput a Ustabilizacją. Po przekroczeniu maksymalnego prądu stabilizacji następuje przebicie termiczne i przepalenie diody Zenera.

Nawiasem mówiąc, czasami można zaimplementować stabilizator na diodach. Napięcie stabilizujące będzie wtedy równe spadkowi diod w kierunku przewodzenia lub sumie spadków obwodu diody. Ustaw prąd odpowiedni do oceny diod i potrzeb twojego obwodu. Jednak to rozwiązanie jest rzadko stosowane. Ale takie urządzenie oparte na diodach lepiej nazywa się ogranicznikiem, a nie stabilizatorem. I wariant tego samego obwodu dla obwodów prądu przemiennego. Ograniczy to amplitudę sygnału AC do spadku do 0,7V.

Więc ustaliliśmy, czym jest dzielnik napięcia i do czego służy. Jest jeszcze więcej przykładów, w których zastosowano dowolny z wariantów rozważanych obwodów, nawet potencjometr w esencja jest dzielnikiem z płynną regulacją współczynnika transmisji i jest często stosowana w połączeniu ze stałą rezystor. W każdym razie zasada działania, doboru i obliczania elementów pozostaje niezmieniona.

Na koniec polecamy obejrzenie filmu, w którym przyjrzymy się bliżej, jak działa ten element i z czego się składa:

Powiązane materiały:

• Sposoby obniżenia napięcia
• Czym jest moc czynna, bierna i pozorna
• Jak działa przekaźnik napięciowy?