Divisor de voltaje: dispositivo, principio de funcionamiento, propósito

A menudo, al diseñar un circuito electrónico, se hace necesario obtener un punto con un cierto nivel de señal. Por ejemplo, cree un punto de referencia o voltaje de polarización, alimente a un consumidor de baja potencia bajando su nivel y limite la corriente. Es en tales casos que necesita usar un divisor de voltaje. Te contamos qué es y cómo calcularlo en este artículo.

Definición

Un divisor de voltaje es un dispositivo o dispositivo que reduce el voltaje de salida en relación con la entrada, en proporción al coeficiente de transmisión (siempre estará por debajo de cero). Recibió este nombre porque representa dos o más secciones de la cadena conectadas en serie.

Son lineales y no lineales. En este caso, los primeros son activos o reactancia, en los que el coeficiente de transferencia está determinado por la relación de Ley de Ohm. Los divisores no lineales pronunciados incluyen estabilizadores de voltaje paramétricos. Veamos cómo funciona este dispositivo y por qué es necesario.

Tipos y principio de acción.

Cabe señalar de inmediato que el principio de funcionamiento del divisor de voltaje es generalmente el mismo, pero depende de los elementos que lo componen. Hay tres tipos principales de circuitos lineales:

• resistador;
• capacitivo
• inductivo.

El divisor más común en resistencias, debido a su simplicidad y facilidad de cálculo. Usando su ejemplo, consideraremos la información básica sobre este dispositivo.

Cualquier divisor de voltaje tiene entrada U y salida U si consta de dos resistencias, si hay tres resistencias, habrá dos voltajes de salida, y así sucesivamente. Se puede realizar cualquier número de pasos de división.

Uinput es igual al voltaje de suministro, Uoutput depende de la relación de resistencias en los brazos divisores. Si consideramos un circuito con dos resistencias, entonces el hombro de amortiguación superior, o como también se le llama, será R1. El arcén inferior o de salida será R2.

Supongamos que tenemos una fuente de alimentación de 10 V, la resistencia R1 es de 85 ohmios y la resistencia R2 es de 15 ohmios. Es necesario calcular Uoutput.

Luego:

U = I * R

Dado que están conectados en serie, entonces:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Entonces, si agrega las expresiones:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Si expresamos la corriente desde aquí, obtenemos:

Sustituyendo la expresión anterior, tenemos la siguiente fórmula:

Contamos para nuestro ejemplo:

El divisor de voltaje también se puede hacer en reactancias:

• sobre condensadores (capacitivo);
• en inductores (inductivos).

Entonces los cálculos serán similares, pero las resistencias se calculan usando las fórmulas a continuación.

Para condensadores:

Para inductancia:

Una característica y diferencia entre estos tipos de divisores es que se puede usar un divisor resistivo en circuitos alternos y en circuitos. corriente continua, y capacitiva e inductiva solo en circuitos de corriente alterna, porque solo entonces su reactiva resistencia.

¡Interesante! En algunos casos, un divisor capacitivo funcionará en circuitos de CC, un buen ejemplo es el uso de una solución de este tipo en el circuito de entrada de las fuentes de alimentación de la computadora.

El uso de reactancia se debe al hecho de que durante su funcionamiento, no liberan tanta cantidad de calor como cuando se usan resistencias activas (resistencias) en estructuras.

Ejemplos de uso en un esquema

Hay muchos circuitos donde se utilizan divisores de voltaje. Por tanto, daremos varios ejemplos a la vez.

Digamos que estamos diseñando una etapa amplificadora, en un transistor, que funciona en clase A. Según su principio de funcionamiento, necesitamos establecer un voltaje de polarización (U1) en la base del transistor, de modo que su punto de operación está en un segmento lineal de la característica I - V, mientras que la corriente a través del transistor no es excesivo. Digamos que necesitamos proporcionar una corriente base de 0,1 mA con U1 de 0,6 voltios.

Luego necesitamos calcular la resistencia en los brazos del divisor, y este es el cálculo inverso en relación con lo que hemos dado anteriormente. En primer lugar, encuentre la corriente a través del divisor. Para que la corriente de carga no afecte en gran medida el voltaje en sus hombros, establecemos la corriente a través del divisor en un orden de magnitud más alto que la corriente de carga en nuestro caso, 1 mA. Deje que la fuente de alimentación sea de 12 voltios.

Entonces la resistencia total del divisor es igual a:

Rd = Upotencia / I = 12 / 0.001 = 12000 Ohmios

R2 / R = U2 / U

O:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Upotencia

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Revisemos los cálculos:

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

El hombro superior correspondiente se apagará

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

Pero este no es todo el cálculo. Para un cálculo completo del divisor, es necesario determinar la potencia de las resistencias para que no se quemen. A una corriente de 1 mA, se liberará energía en R1:

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

Y en R2:

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

Aquí es insignificante, pero imagina cuánta potencia necesitarían las resistencias si la corriente del divisor fuera de 100 mA o 1 A.

Para el primer caso:

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

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

Para el segundo caso:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 vatios

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 vatios

Eso ya es un número considerable para la electrónica, incluso para su uso en amplificadores. Esto no es efectivo, por lo tanto, actualmente se utilizan circuitos de impulso, aunque continúan los lineales. utilizado en construcciones de aficionados o en equipos específicos con especial requisitos.

El segundo ejemplo es un divisor para formar Uref para un diodo Zener ajustable TL431. Se utilizan en las fuentes de alimentación y cargadores más económicos para teléfonos móviles. Puede ver el diagrama de conexión y las fórmulas de cálculo a continuación. Con la ayuda de dos resistencias, se crea aquí un punto con una Uref de 2,5 voltios.

Otro ejemplo es conectar todo tipo de sensores a microcontroladores. Consideremos varios esquemas para conectar sensores a la entrada analógica del popular microcontrolador AVR, usando la familia de placas Arduino como ejemplo.

Los instrumentos de medición tienen diferentes rangos de medición. Esta función también se realiza mediante un grupo de resistencias.

Pero el ámbito de aplicación de los divisores de voltaje no termina ahí. Así es como se extinguen los voltios adicionales cuando la corriente se limita a través del LED, el voltaje también se distribuye entre las bombillas de la guirnalda, y también se puede alimentar una carga de baja potencia.

Divisores no lineales

Mencionamos que un estabilizador paramétrico pertenece a los divisores no lineales. En su forma más simple, consta de una resistencia y un diodo Zener. Para un diodo Zener, el símbolo esquemático parece un diodo semiconductor convencional. La única diferencia es la presencia de una característica adicional en el cátodo.

El cálculo se basa en la estabilización U del diodo Zener. Entonces, si tenemos un diodo Zener de 3.3 voltios, y el suministro de U es de 10 voltios, entonces la corriente de estabilización se toma de la hoja de datos al diodo Zener. Por ejemplo, sea igual a 20 mA (0,02 A) y la corriente de carga es 10 mA (0,01 A).

Luego:

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

Averigüemos cómo funciona tal estabilizador. El diodo zener se incluye en el circuito en conexión inversa, es decir, si la salida U es menor que la estabilización, la corriente no fluye a través de él. Cuando Upower se eleva a Ustabilization, se produce una avalancha o ruptura del túnel de la unión PN y una corriente comienza a fluir a través de ella, lo que se denomina corriente de estabilización. Está limitado por la resistencia R1, que amortigua la diferencia entre Uinput y Ustabilization. Cuando se excede la corriente máxima de estabilización, se produce una ruptura térmica y el diodo Zener se quema.

Por cierto, a veces puede implementar un estabilizador en diodos. El voltaje de estabilización será entonces igual a la caída directa de los diodos o la suma de las caídas del circuito de diodos. Establezca la corriente adecuada para la clasificación de los diodos y para las necesidades de su circuito. Sin embargo, esta solución rara vez se usa. Pero tal dispositivo basado en diodos se llama mejor limitador, no estabilizador. Y una variante del mismo circuito para circuitos de CA. Esto limitará la amplitud de la señal de CA a una caída directa de 0,7 V.

Entonces descubrimos qué es un divisor de voltaje y para qué sirve. Hay incluso más ejemplos donde se aplica alguna de las variantes de los circuitos considerados, incluso un potenciómetro en La esencia es un divisor con un ajuste suave del coeficiente de transmisión y, a menudo, se usa en conjunto con una constante. resistor. En cualquier caso, el principio de funcionamiento, selección y cálculo de elementos permanece inalterado.

Por último, recomendamos ver el vídeo, que analiza más de cerca cómo funciona este elemento y en qué consiste:

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