Jännitteenjakaja: laite, toimintaperiaate, tarkoitus

Usein elektronista piiriä suunniteltaessa on välttämätöntä saada piste tietyllä signaalitasolla. Luo esimerkiksi referenssipiste tai esijännite, anna virtaa pienitehoiselle kuluttajalle alentamalla sen tasoa ja rajoittaa virtaa. Tällaisissa tapauksissa sinun on käytettävä jännitteenjakajaa. Kerromme sinulle, mikä se on ja kuinka se lasketaan tässä artikkelissa.

Määritelmä

Jännitteenjakaja on laite tai laite, joka alentaa lähtöjännitettä suhteessa tuloon suhteessa siirtokertoimeen (se on aina nollan alapuolella). Se sai tämän nimen, koska se edustaa kahta tai useampaa sarjaan kytkettyä ketjun osaa.

Ne ovat lineaarisia ja epälineaarisia. Tässä tapauksessa ensimmäiset ovat aktiivisia tai reaktanssia, joissa siirtokerroin määräytyy suhteella from Ohmin laki. Selkeitä epälineaarisia jakajia ovat parametriset jännitteen stabilisaattorit. Katsotaanpa, miten tämä laite toimii ja miksi sitä tarvitaan.

Tyypit ja toimintaperiaate

On heti huomattava, että jännitteenjakajan toimintaperiaate on yleensä sama, mutta riippuu elementeistä, joista se koostuu. Lineaarisia piirejä on kolme päätyyppiä:

• resistiivinen;
• kapasitiivinen;
• induktiivinen.

Yleisin vastusten jakaja yksinkertaisuuden ja laskennan helppouden vuoksi. Hänen esimerkkiään käyttämällä harkitsemme tämän laitteen perustietoja.

Jokaisella jännitteenjakajalla on Uinput ja Uoutput, jos se koostuu kahdesta vastukset, jos vastusta on kolme, lähtöjännitettä on kaksi ja niin edelleen. Jakovaiheita voidaan tehdä mikä tahansa määrä.

Utulo on yhtä suuri kuin syöttöjännite, Ulähtö riippuu jakajavarsien vastusten suhteesta. Jos tarkastelemme piiriä, jossa on kaksi vastusta, ylempi tai kuten sitä myös kutsutaan, vaimennusolake on R1. Alempi tai ulostuloolake on R2.

Oletetaan, että virtalähde on 10 V, resistanssi R1 on 85 ohmia ja vastus R2 on 15 ohmia. On tarpeen laskea Uoutput.

Sitten:

U = I * R

Koska ne on kytketty sarjaan, niin:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Sitten jos lisäät lausekkeet:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Jos ilmaisemme virran täältä, saamme:

Korvaamalla edellisen lausekkeen, meillä on seuraava kaava:

Lasketaanpa esimerkkiämme:

Jännitteenjakaja voidaan tehdä myös reaktansseille:

• päällä kondensaattorit (kapasitiivinen);
• induktorien päällä (induktiivinen).

Silloin laskelmat ovat samanlaisia, mutta vastukset lasketaan alla olevien kaavojen avulla.

Kondensaattoreille:

Induktanssille:

Tämäntyyppisten jakajien ominaisuus ja ero on, että resistiivistä jakajaa voidaan käyttää vaihtopiireissä ja piireissä tasavirta ja kapasitiiviset ja induktiiviset vain vaihtovirtapiireissä, koska vain silloin ne ovat reaktiivisia vastus.

Mielenkiintoista! Joissakin tapauksissa kapasitiivinen jakaja toimii DC-piireissä, hyvä esimerkki on tällaisen ratkaisun käyttö tietokoneen virtalähteiden syöttöpiirissä.

Reaktanssin käyttö johtuu siitä, että ne eivät toimintansa aikana tuota niin paljon lämpöä kuin käytettäessä aktiivisia vastuksia (vastuksia) rakenteissa

Esimerkkejä käytöstä kaavassa

On monia piirejä, joissa käytetään jännitteenjakajia. Siksi annamme useita esimerkkejä kerralla.

Oletetaan, että suunnittelemme vahvistinvaihetta transistorille, joka toimii luokassa A. Sen toimintaperiaatteen perusteella meidän on asetettava tällainen bias-jännite (U1) transistorin pohjalle, niin, että sen toimintapiste on I - V -ominaiskäyrän lineaarisessa segmentissä, kun taas transistorin läpi kulkeva virta ei ole liiallinen. Oletetaan, että meidän on annettava kantavirta 0,1 mA ja U1 0,6 volttia.

Sitten meidän on laskettava jakajan käsivarsien vastus, ja tämä on käänteinen laskenta verrattuna siihen, mitä olemme antaneet edellä. Ensinnäkin, etsi virta jakajan läpi. Jotta kuormitusvirta ei vaikuta suuresti sen hartioiden jännitteeseen, asetamme jakajan läpi kulkevan virran suuruusluokkaa korkeammaksi kuin tapauksessamme kuormitusvirta, 1 mA. Olkoon virtalähde 12 volttia.

Sitten jakajan kokonaisvastus on yhtä suuri:

Rd = Uteho / I = 12 / 0,001 = 12000 ohmia

R2 / R = U2 / U

Tai:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Uteho

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

R2 = (R1 + R2) * U1 / Uteho = 12 000 * 0,6 / 12 = 600

R1 = 12000-600 = 11400

Tarkastellaan laskelmia:

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

Vastaava ylempi olkapää sammuu

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

Mutta tämä ei ole koko laskelma. Jakajan täydelliseen laskemiseen on tarpeen määrittää vastusten teho, jotta ne eivät pala. 1 mA: n virralla virta vapautetaan R1:stä:

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

Ja R2:ssa:

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

Tässä se on mitätön, mutta kuvittele kuinka paljon tehoa vastukset tarvitsisivat, jos jakajavirta olisi 100 mA tai 1 A?

Ensimmäisessä tapauksessa:

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

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

Toiseen tapaukseen:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 wattia

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 wattia

Se on jo huomattava määrä elektroniikassa, myös vahvistimissa käytettäväksi. Tämä ei ole tehokasta, joten tällä hetkellä käytetään impulssipiirejä, vaikka lineaariset jatkuvat käytetään joko amatöörirakenteissa tai erityisissä laitteissa vaatimukset.

Toinen esimerkki on jakaja Urefin muodostamiseksi säädettävälle zener-diodille TL431. Niitä käytetään useimmissa edullisissa matkapuhelimien virtalähteissä ja latureissa. Kytkentäkaavion ja laskentakaavat näet alta. Kahden vastuksen avulla luodaan tähän piste, jonka Uref on 2,5 volttia.

Toinen esimerkki on kaikenlaisten antureiden kytkeminen mikrokontrollereihin. Tarkastellaan useita järjestelmiä antureiden kytkemiseksi suositun AVR-mikro-ohjaimen analogiseen tuloon käyttämällä esimerkkinä Arduino-levyperhettä.

Mittauslaitteilla on erilaiset mittausalueet. Tämä toiminto on myös toteutettu käyttämällä vastusryhmää.

Mutta jännitteenjakajien soveltamisala ei lopu tähän. Näin ylimääräiset voltit sammuvat, kun virtaa rajoitetaan LEDin kautta, jännite jakautuu myös seppeleen polttimoille ja voit myös syöttää tehoa pienitehoiseen kuormaan.

Epälineaariset jakajat

Mainitsimme, että parametrinen stabilisaattori kuuluu epälineaarisiin jakajiin. Yksinkertaisimmassa muodossaan se koostuu vastuksesta ja zener-diodista. Zener-diodin kaavamainen symboli näyttää tavalliselta puolijohdediodilta. Ainoa ero on lisäominaisuuden läsnäolo katodissa.

Laskelma perustuu zener-diodin U-stabilointiin. Sitten, jos meillä on 3,3 voltin zener-diodi ja U-syöttö on 10 volttia, stabilointivirta otetaan tietolomakkeesta zener-diodille. Olkoon se esimerkiksi 20 mA (0,02 A) ja kuormitusvirta 10 mA (0,01 A).

Sitten:

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

Katsotaanpa, kuinka tällainen stabilisaattori toimii. Zener-diodi sisältyy piiriin käänteisessä kytkennässä, eli jos Uoutput on pienempi kuin Ustabilointi, virta ei kulje sen läpi. Kun Upower nousee Ustabilointiin, tapahtuu PN-liitoksen lumivyöry tai tunnelirikko ja sen läpi alkaa kulkea virta, jota kutsutaan stabilointivirraksi. Sitä rajoittaa vastus R1, joka vaimentaa Uinputin ja Ustabiloinnin välistä eroa. Kun suurin stabilointivirta ylittyy, tapahtuu lämpöhäiriö ja Zener-diodi palaa.

Muuten, joskus voit toteuttaa stabilisaattorin diodeihin. Stabilointijännite on tällöin yhtä suuri kuin diodien eteenpäinlasku tai diodipiirin pisaroiden summa. Aseta virta, joka vastaa diodien luokitusta ja piirisi tarpeita. Tätä ratkaisua käytetään kuitenkin harvoin. Mutta tällaista diodipohjaista laitetta kutsutaan paremmin rajoittimeksi, ei stabilisaattoriksi. Ja variantti samasta piiristä vaihtovirtapiireille. Tämä rajoittaa AC-signaalin amplitudin eteenpäin pudotukseen 0,7 V.

Joten selvitimme, mikä jännitteenjakaja on ja mihin se on tarkoitettu. On vielä enemmän esimerkkejä, joissa käytetään mitä tahansa tarkasteltujen piirien muunnelmia, jopa potentiometriä Essence on jakaja, jossa on tasainen siirtokertoimen säätö, ja sitä käytetään usein yhdessä vakion kanssa vastus. Joka tapauksessa toimintaperiaate, elementtien valinta ja laskenta pysyvät ennallaan.

Lopuksi suosittelemme katsomaan videon, jossa tarkastellaan tarkemmin, miten tämä elementti toimii ja mistä se koostuu:

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Keinot alentaa jännitettä
• Mikä on aktiivinen, lois- ja näennäisteho
• Miten jänniterele toimii?