Partitore di tensione: dispositivo, principio di funzionamento, scopo

Spesso, quando si progetta un circuito elettronico, diventa necessario ottenere un punto con un certo livello di segnale. Ad esempio, creare un punto di riferimento o una tensione di polarizzazione, alimentare un consumatore a bassa potenza abbassandone il livello e limitare la corrente. È in questi casi che è necessario utilizzare un partitore di tensione. Ti diremo di cosa si tratta e come calcolarlo in questo articolo.

Definizione

Un partitore di tensione è un dispositivo o dispositivo che abbassa la tensione di uscita rispetto all'ingresso, in proporzione al coefficiente di trasmissione (sarà sempre inferiore a zero). Ha ottenuto questo nome perché rappresenta due o più sezioni collegate in serie della catena.

Sono lineari e non lineari. In questo caso, i primi sono attivi o reattanze, in cui il coefficiente di trasferimento è determinato dal rapporto da Legge di Ohm. I divisori non lineari pronunciati includono stabilizzatori di tensione parametrici. Vediamo come funziona questo dispositivo e perché è necessario.

Tipi e principio di azione

Va notato subito che il principio di funzionamento del partitore di tensione è generalmente lo stesso, ma dipende dagli elementi di cui è composto. Esistono tre tipi principali di circuiti lineari:

• resistivo;
• capacitivo;
• induttivo.

Il divisore più comune sui resistori, per la sua semplicità e facilità di calcolo. Usando il suo esempio, considereremo le informazioni di base su questo dispositivo.

Qualsiasi partitore di tensione ha Uinput e Uoutput se è composto da due resistori, se ci sono tre resistori, allora ci saranno due tensioni di uscita e così via. È possibile eseguire un numero qualsiasi di passaggi di divisione.

Uinput è uguale alla tensione di alimentazione, Uoutput dipende dal rapporto dei resistori nei bracci divisori. Se consideriamo un circuito con due resistori, la spalla di smorzamento superiore, o come viene anche chiamata, sarà R1. La spalla inferiore o di uscita sarà R2.

Supponiamo di avere un'alimentazione di 10 V, la resistenza R1 è di 85 ohm e la resistenza R2 è di 15 ohm. È necessario calcolare Uoutput.

Quindi:

U = io * R

Poiché sono collegati in serie, quindi:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Quindi se aggiungi le espressioni:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Se esprimiamo la corrente da qui, otteniamo:

Sostituendo l'espressione precedente, abbiamo la seguente formula:

Contiamo per il nostro esempio:

Il partitore di tensione può essere realizzato anche su reattanze:

• Su condensatori (capacitivo);
• su induttori (induttivo).

Quindi i calcoli saranno simili, ma le resistenze vengono calcolate utilizzando le formule seguenti.

Per i condensatori:

Per induttanza:

Una caratteristica e differenza tra questi tipi di divisori è che un divisore resistivo può essere utilizzato nei circuiti alternati e nei circuiti corrente continua, e capacitivo e induttivo solo nei circuiti in corrente alternata, perché solo allora la loro reattività sarà resistenza.

Interessante! In alcuni casi, un divisore capacitivo funzionerà nei circuiti CC, un buon esempio è l'uso di tale soluzione nel circuito di ingresso degli alimentatori del computer.

L'uso della reattanza è dovuto al fatto che durante il loro funzionamento non rilasciano una tale quantità di calore come quando si utilizzano resistenze attive (resistenze) nelle strutture

Esempi di utilizzo in uno schema

Esistono molti circuiti in cui vengono utilizzati i divisori di tensione. Pertanto, daremo diversi esempi contemporaneamente.

Diciamo che stiamo progettando uno stadio amplificatore, su un transistor, che funzioni in classe A. In base al suo principio di funzionamento, dobbiamo impostare una tale tensione di polarizzazione (U1) sulla base del transistor, in modo che il suo punto operativo sia su un segmento lineare della caratteristica I - V, mentre la corrente attraverso il transistor non lo è eccessivo. Diciamo che dobbiamo fornire una corrente di base di 0,1 mA con U1 di 0,6 Volt.

Quindi dobbiamo calcolare la resistenza nelle braccia del divisore, e questo è il calcolo inverso rispetto a quello che abbiamo dato sopra. Prima di tutto, trova la corrente attraverso il divisore. In modo che la corrente di carico non influenzi notevolmente la tensione sulle sue spalle, impostiamo la corrente attraverso il divisore di un ordine di grandezza superiore alla corrente di carico nel nostro caso, 1 mA. Lascia che l'alimentazione sia 12 Volt.

Allora la resistenza totale del divisore è uguale a:

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

R2 / R = U2 / U

O:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Upower

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Controlliamo i calcoli:

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

La spalla superiore corrispondente si spegnerà

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

Ma questo non è l'intero calcolo. Per un calcolo completo del divisore, è necessario determinare la potenza dei resistori in modo che non si brucino. A una corrente di 1 mA, l'alimentazione verrà rilasciata su R1:

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

E su R2:

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

Qui è trascurabile, ma immagina quanta potenza avrebbero bisogno i resistori se la corrente del divisore fosse 100 mA o 1 A?

Per il primo caso:

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

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

Per il secondo caso:

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

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

Si tratta già di numeri considerevoli per l'elettronica, anche per l'uso negli amplificatori. Questo non è efficace, quindi attualmente vengono utilizzati circuiti a impulsi, sebbene quelli lineari continuino utilizzato sia in costruzioni amatoriali che in attrezzature specifiche con speciali requisiti.

Il secondo esempio è un divisore per formare Uref per un diodo zener regolabile TL431. Sono utilizzati negli alimentatori e caricabatterie più economici per telefoni cellulari. Di seguito è possibile visualizzare lo schema di collegamento e le formule di calcolo. Con l'aiuto di due resistori, qui viene creato un punto con un Uref di 2,5 volt.

Un altro esempio è il collegamento di tutti i tipi di sensori ai microcontrollori. Consideriamo diversi schemi per collegare i sensori all'ingresso analogico del popolare microcontrollore AVR, usando come esempio la famiglia di schede Arduino.

Gli strumenti di misura hanno diversi campi di misura. Questa funzione viene realizzata anche utilizzando un gruppo di resistori.

Ma l'ambito di applicazione dei divisori di tensione non finisce qui. Questo è il modo in cui i volt extra si estinguono quando la corrente è limitata attraverso il LED, la tensione viene distribuita anche tra le lampadine nella ghirlanda e puoi anche alimentare un carico a bassa potenza.

divisori non lineari

Abbiamo detto che uno stabilizzatore parametrico appartiene ai divisori non lineari. Nella sua forma più semplice, è costituito da un resistore e un diodo zener. Per un diodo zener, il simbolo schematico assomiglia a un diodo a semiconduttore convenzionale. L'unica differenza è la presenza di una funzionalità aggiuntiva sul catodo.

Il calcolo si basa sulla stabilizzazione U del diodo zener. Quindi, se abbiamo un diodo zener da 3,3 volt e l'alimentazione U è 10 volt, la corrente di stabilizzazione viene presa dal foglio dati al diodo zener. Ad esempio, lascia che sia uguale a 20 mA (0,02 A) e la corrente di carico è 10 mA (0,01 A).

Quindi:

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

Scopriamo come funziona un tale stabilizzatore. Il diodo zener è incluso nel circuito in connessione inversa, cioè se Uoutput è inferiore a Ustabilization, la corrente non lo attraversa. Quando Upower sale a Ustabiliization, si verifica una valanga o una rottura del tunnel della giunzione PN e una corrente inizia a fluire attraverso di essa, che è chiamata corrente di stabilizzazione. È limitato dal resistore R1, che attenua la differenza tra Uinput e Ustabilization. Quando viene superata la corrente di stabilizzazione massima, si verifica un guasto termico e il diodo Zener si brucia.

A proposito, a volte puoi implementare uno stabilizzatore sui diodi. La tensione di stabilizzazione sarà quindi uguale alla caduta diretta dei diodi o alla somma delle cadute del circuito a diodi. Imposta la corrente adatta al rating dei diodi e alle esigenze del tuo circuito. Tuttavia, questa soluzione è usata raramente. Ma un tale dispositivo basato su diodi è meglio chiamato limitatore, non stabilizzatore. E una variante dello stesso circuito per i circuiti AC. Ciò limiterà l'ampiezza del segnale CA a una caduta in avanti di 0,7 V.

Quindi abbiamo capito cos'è un partitore di tensione e a cosa serve. Ci sono ancora più esempi in cui viene applicata una qualsiasi delle varianti dei circuiti considerati, anche un potenziometro in essence è un divisore con regolazione graduale del coefficiente di trasmissione e viene spesso utilizzato in tandem con una costante resistore. Resta in ogni caso invariato il principio di funzionamento, selezione e calcolo degli elementi.

Infine, ti consigliamo di guardare il video, che approfondisce il funzionamento di questo elemento e in cosa consiste:

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