Gerilim bölücü: cihaz, çalışma prensibi, amaç

Çoğu zaman, bir elektronik devre tasarlarken, belirli bir sinyal seviyesine sahip bir nokta elde etmek gerekli hale gelir. Örneğin, bir referans noktası veya ön gerilim oluşturun, seviyesini düşürerek düşük güç tüketen bir tüketiciye güç verin ve akımı sınırlayın. Bu gibi durumlarda bir voltaj bölücü kullanmanız gerekir. Bu yazıda size bunun ne olduğunu ve nasıl hesaplanacağını anlatacağız.

Tanım

Voltaj bölücü, girişe göre çıkış voltajını iletim katsayısıyla orantılı olarak düşüren bir cihaz veya cihazdır (her zaman sıfırın altında olacaktır). Bu adı, zincirin iki veya daha fazla seri bağlantılı bölümünü temsil ettiği için almıştır.

Doğrusaldırlar ve doğrusal değildirler. Bu durumda, ilki aktif veya reaktans olup, burada transfer katsayısı, oran ile belirlenir. Ohm yasası. Belirgin doğrusal olmayan bölücüler, parametrik voltaj stabilizatörlerini içerir. Bu cihazın nasıl çalıştığını ve neden gerekli olduğunu görelim.

Eylem türleri ve ilkesi

Gerilim bölücünün çalışma prensibinin genellikle aynı olduğu, ancak içerdiği elemanlara bağlı olduğu hemen belirtilmelidir. Üç ana doğrusal devre türü vardır:

• dirençli;
• kapasitif;
• endüktif.

Basitliği ve hesaplama kolaylığı nedeniyle dirençlerde en yaygın bölücü. Onun örneğini kullanarak, bu cihazla ilgili temel bilgileri ele alacağız.

Herhangi bir voltaj bölücü, iki bileşenden oluşuyorsa Uinput ve Uoutput'a sahiptir. dirençler, eğer üç direnç varsa, o zaman iki çıkış voltajı olacaktır, vb. Herhangi bir sayıda bölme adımı yapılabilir.

Uinput, besleme voltajına eşittir, Uoutput, bölücü kollardaki dirençlerin oranına bağlıdır. İki dirençli bir devre düşünürsek, üst veya aynı zamanda sönümleme omzu R1 olacaktır. Alt veya çıkış omzu R2 olacaktır.

10V'luk bir güç kaynağımız olduğunu, R1 direncinin 85 ohm ve R2 direncinin 15 ohm olduğunu varsayalım. Uoutput'u hesaplamak gerekir.

Sonra:

U = Ben * R

Seri bağlı olduklarından, o zaman:

U1 = Ben * R1

U2 = Ben * R2

Ardından ifadeleri eklerseniz:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Buradan akımı ifade edersek şunu elde ederiz:

Önceki ifadeyi değiştirerek aşağıdaki formüle sahibiz:

Örneğimiz için sayalım:

Gerilim bölücü reaktanslarda da yapılabilir:

• üzerinde kapasitörler (kapasitif);
• indüktörlerde (endüktif).

O zaman hesaplamalar benzer olacaktır, ancak dirençler aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır.

kapasitörler için:

Endüktans için:

Bu tip bölücüler arasındaki bir özellik ve fark, alternatif devrelerde ve devrelerde dirençli bir bölücünün kullanılabilmesidir. doğru akım ve sadece alternatif akım devrelerinde kapasitif ve endüktif, çünkü ancak o zaman reaktif olacaklar direnç.

İlginç! Bazı durumlarda, DC devrelerinde kapasitif bir bölücü çalışacaktır, böyle bir çözümün bilgisayar güç kaynaklarının giriş devresinde kullanılması iyi bir örnektir.

Reaktansın kullanımı, çalışmaları sırasında yapılarda aktif dirençler (dirençler) kullanırken olduğu kadar ısı üretmemelerinden kaynaklanmaktadır.

Bir şemada kullanım örnekleri

Gerilim bölücülerin kullanıldığı birçok devre vardır. Bu nedenle, aynı anda birkaç örnek vereceğiz.

Diyelim ki A sınıfında çalışan bir transistör üzerinde bir amplifikatör aşaması tasarlıyoruz. Çalışma prensibine dayanarak, transistörün tabanına böyle bir ön gerilim (U1) ayarlamamız gerekiyor, böylece çalışma noktası, transistörden geçen akım değilken I - V karakteristiğinin doğrusal bir parçası üzerindedir. aşırı. Diyelim ki 0,6 Volt U1 ile 0,1 mA temel akım sağlamamız gerekiyor.

Sonra bölücünün kollarındaki direnci hesaplamamız gerekiyor ve bu yukarıda verdiğimize göre ters hesaplama. Her şeyden önce, bölücüden geçen akımı bulun. Yük akımının omuzlarındaki voltajı büyük ölçüde etkilememesi için, bölücüden geçen akımı, durumumuzdaki yük akımından 1 mA daha yüksek bir büyüklük sırasına göre ayarladık. Güç kaynağı 12 Volt olsun.

O zaman bölücünün toplam direnci şuna eşittir:

Rd = Ugüç / I = 12 / 0.001 = 12000 Ohm

R2 / R = U2 / U

Veya:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Ugüç

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

R2 = (R1 + R2) * U1 / Ugüç = 12000 * 0.6 / 12 = 600

R1 = 12000-600 = 11400

Hesaplamaları kontrol edelim:

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

Karşılık gelen üst omuz söner

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

Ancak bu, tüm hesaplama değildir. Bölücünün tam bir hesaplaması için, dirençlerin gücünü yanmamaları için belirlemek gerekir. 1 mA'lık bir akımda, R1'de güç serbest bırakılacaktır:

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

Ve R2'de:

P2 = 0.6 * 0.001 = 0.000006 Watt

Burada ihmal edilebilir, ancak bölücü akım 100 mA veya 1 A olsaydı dirençlerin ne kadar güce ihtiyaç duyacağını hayal edin?

İlk durum için:

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

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

İkinci durum için:

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

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

Bu, amplifikatörlerde kullanım da dahil olmak üzere elektronik için zaten önemli sayılardır. Bu etkili değildir, bu nedenle, doğrusal olanlar devam etse de, şu anda impuls devreleri kullanılmaktadır. amatör yapılarda veya özel ekipmanlarla özel ekipmanlarda kullanılabilir. Gereksinimler.

İkinci örnek, ayarlanabilir bir zener diyot TL431 için Uref oluşturmak için bir bölücüdür. Cep telefonları için en ucuz güç kaynaklarında ve şarj cihazlarında kullanılırlar. Aşağıda bağlantı şemasını ve hesaplama formüllerini görebilirsiniz. İki direnç yardımıyla burada Uref'i 2,5 volt olan bir nokta oluşturulur.

Diğer bir örnek, her türlü sensörü mikrodenetleyicilere bağlamaktır. Örnek olarak Arduino kart ailesini kullanarak, popüler AVR mikrodenetleyicisinin analog girişine sensörleri bağlamak için birkaç şema düşünelim.

Ölçüm cihazlarının farklı ölçüm aralıkları vardır. Bu işlev ayrıca bir grup direnç kullanılarak gerçekleştirilir.

Ancak voltaj bölücülerin uygulama kapsamı burada bitmiyor. LED üzerinden akım sınırlandırıldığında ekstra volt bu şekilde söndürülür, voltaj da çelenkteki ampullere dağıtılır ve ayrıca düşük güçlü bir yüke güç verebilirsiniz.

Doğrusal olmayan bölücüler

Bir parametrik sabitleyicinin doğrusal olmayan bölücülere ait olduğundan bahsetmiştik. En basit haliyle bir direnç ve bir zener diyottan oluşur. Bir zener diyotu için şematik sembol, geleneksel bir yarı iletken diyot gibi görünür. Tek fark katot üzerinde ek bir özelliğin bulunmasıdır.

Hesaplama, zener diyotun U stabilizasyonuna dayanmaktadır. Daha sonra 3.3 voltluk bir zener diyotumuz varsa ve U kaynağı 10 volt ise, o zaman stabilizasyon akımı veri sayfasından zener diyotuna alınır. Örneğin, 20 mA (0,02 A) ve yük akımı 10 mA (0,01 A) olsun.

Sonra:

R = 12-3.3 / 0.02 + 0.01 = 8.7 / 0.03 = 290 Ohm

Böyle bir dengeleyicinin nasıl çalıştığını anlayalım. Zener diyot ters bağlantıda devreye dahil edilir yani U çıkışı Ustabilizasyon'dan düşükse üzerinden akım geçmez. Upower, Ustabilizasyona yükseldiğinde, PN bağlantısında çığ veya tünel arızası meydana gelir ve içinden stabilizasyon akımı adı verilen bir akım akmaya başlar. Uinput ve Ustabilization arasındaki farkı azaltan direnç R1 ile sınırlıdır. Maksimum stabilizasyon akımı aşıldığında, bir termal bozulma meydana gelir ve Zener diyotu yanar.

Bu arada, bazen diyotlara bir dengeleyici uygulayabilirsiniz. Stabilizasyon voltajı daha sonra diyotların ileri düşüşüne veya diyot devresinin düşüşlerinin toplamına eşit olacaktır. Diyotların derecesine ve devrenizin ihtiyaçlarına uygun akımı ayarlayın. Ancak, bu çözüm nadiren kullanılır. Ancak böyle bir diyot tabanlı cihaza, dengeleyici değil, sınırlayıcı denir. Ve AC devreleri için aynı devrenin bir çeşidi. Bu, AC sinyalinin genliğini 0,7V'luk bir ileri düşüşle sınırlayacaktır.

Böylece bir voltaj bölücünün ne olduğunu ve ne için olduğunu anladık. Dikkate alınan devrelerin herhangi bir varyantının, hatta bir potansiyometrenin bile uygulandığı daha fazla örnek vardır. özü, iletim katsayısının düzgün ayarlanmasına sahip bir bölücüdür ve genellikle sabit bir değerle birlikte kullanılır. direnç. Her durumda, çalışma prensibi, elemanların seçimi ve hesaplanması değişmeden kalır.

Son olarak, bu öğenin nasıl çalıştığına ve nelerden oluştuğuna daha yakından bakan videoyu izlemenizi öneririz:

İlgili malzemeler:

• Voltajı düşürmenin yolları
• Aktif, reaktif ve görünen güç nedir?
• Gerilim rölesi nasıl çalışır?