Sprieguma dalītājs: ierīce, darbības princips, mērķis

Bieži vien, projektējot elektronisko shēmu, kļūst nepieciešams iegūt punktu ar noteiktu signāla līmeni. Piemēram, izveidojiet atskaites punktu vai nobīdes spriegumu, iedarbiniet mazjaudas patērētāju, pazeminot tā līmeni, un ierobežojiet strāvu. Šādos gadījumos jums ir jāizmanto sprieguma dalītājs. Kas tas ir un kā to aprēķināt, mēs jums pateiksim šajā rakstā.

Definīcija

Sprieguma dalītājs ir ierīce vai ierīce, kas pazemina izejas spriegumu attiecībā pret ieeju proporcionāli pārraides koeficientam (tas vienmēr būs zem nulles). Tas ieguva šo nosaukumu, jo tas apzīmē divas vai vairākas virknē savienotas ķēdes daļas.

Tie ir lineāri un nelineāri. Šajā gadījumā pirmie ir aktīvi vai pretestība, kurā pārneses koeficientu nosaka attiecība no Oma likums. Izteiktie nelineārie dalītāji ietver parametriskos sprieguma stabilizatorus. Apskatīsim, kā šī ierīce darbojas un kāpēc tā ir nepieciešama.

Darbības veidi un princips

Uzreiz jāatzīmē, ka sprieguma dalītāja darbības princips kopumā ir vienāds, bet atkarīgs no elementiem, no kuriem tas sastāv. Ir trīs galvenie lineāro ķēžu veidi:

• pretestības;
• kapacitatīvs;
• induktīvs.

Visizplatītākais rezistoru dalītājs tā vienkāršības un aprēķinu vienkāršības dēļ. Izmantojot viņa piemēru, mēs apsvērsim pamatinformāciju par šo ierīci.

Jebkuram sprieguma dalītājam ir Uinput un Uoutput, ja tas sastāv no diviem rezistori, ja ir trīs rezistori, tad būs divi izejas spriegumi utt. Var veikt jebkuru sadalīšanas soļu skaitu.

Uinput ir vienāds ar barošanas spriegumu, Uizeja ir atkarīga no rezistoru attiecības sadalītāja svirās. Ja mēs uzskatām ķēdi ar diviem rezistoriem, tad augšējais vai, kā to sauc arī, amortizācijas plecs būs R1. Apakšējais vai izejas plecs būs R2.

Pieņemsim, ka mums ir 10 V barošanas avots, pretestība R1 ir 85 omi un pretestība R2 ir 15 omi. Ir nepieciešams aprēķināt Uoutput.

Pēc tam:

U = I * R

Tā kā tie ir savienoti virknē, tad:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Tad, ja pievienojat izteicienus:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Ja mēs izsakām strāvu no šejienes, mēs iegūstam:

Aizstājot iepriekšējo izteiksmi, mums ir šāda formula:

Pieņemsim vērā mūsu piemēru:

Sprieguma dalītāju var izgatavot arī uz reaktancēm:

• ieslēgts kondensatori (kapacitatīvs);
• uz induktoriem (induktīviem).

Tad aprēķini būs līdzīgi, bet pretestības tiek aprēķinātas, izmantojot zemāk esošās formulas.

Kondensatoriem:

Induktivitātei:

Šo veidu sadalītāju iezīme un atšķirība ir tāda, ka rezistīvo dalītāju var izmantot maiņstrāvas ķēdēs un ķēdēs līdzstrāva, bet kapacitatīvā un induktīvā tikai maiņstrāvas ķēdēs, jo tikai tad tās būs reaktīvas pretestība.

Interesanti! Dažos gadījumos līdzstrāvas ķēdēs darbosies kapacitatīvs dalītājs, labs piemērs ir šāda risinājuma izmantošana datoru barošanas bloku ievades shēmā.

Reaktīvās pretestības izmantošana ir saistīta ar to, ka to darbības laikā tie nerada tādu siltuma daudzumu kā, izmantojot aktīvās pretestības (rezistorus) konstrukcijās.

Izmantošanas piemēri shēmā

Ir daudzas shēmas, kurās tiek izmantoti sprieguma dalītāji. Tāpēc mēs uzreiz sniegsim vairākus piemērus.

Pieņemsim, ka mēs projektējam pastiprinātāja pakāpi uz tranzistora, kas darbojas A klasē. Pamatojoties uz tā darbības principu, tranzistora pamatnē ir jāiestata šāds nobīdes spriegums (U1), tā, lai tā darbības punkts atrodas uz I - V raksturlīknes lineārā segmenta, bet strāva caur tranzistoru nav pārmērīgs. Pieņemsim, ka mums ir jānodrošina bāzes strāva 0,1 mA ar U1 0,6 volti.

Tad mums jāaprēķina pretestība dalītāja rokās, un tas ir apgriezts aprēķins attiecībā pret to, ko esam norādījuši iepriekš. Pirmkārt, atrodiet strāvu caur dalītāju. Lai slodzes strāva būtiski neietekmētu spriegumu uz pleciem, mēs iestatām strāvu caur dalītāju par lielumu augstāku nekā mūsu gadījumā slodzes strāva, 1 mA. Ļaujiet barošanas avotam būt 12 voltiem.

Tad dalītāja kopējā pretestība ir vienāda ar:

Rd = Upower / I = 12 / 0,001 = 12000 omi

R2/R = U2/U

Vai:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Upower

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Pārbaudīsim aprēķinus:

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

Attiecīgais augšējais plecs nodzēsīs

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

Bet tas nav viss aprēķins. Lai pilnībā aprēķinātu dalītāju, ir jānosaka rezistoru jauda, ​​lai tie neizdegtu. Ar 1 mA strāvu R1 tiks atbrīvota jauda:

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

Un uz R2:

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

Šeit tas ir niecīgs, bet iedomājieties, cik liela jauda būtu nepieciešama rezistoriem, ja dalītāja strāva būtu 100 mA vai 1 A?

Pirmajā gadījumā:

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

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

Otrajam gadījumam:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 vati

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 vati

Tas jau ir ievērojams skaits elektronikai, tostarp izmantošanai pastiprinātājos. Tas nav efektīvi, tāpēc pašlaik tiek izmantotas impulsu ķēdes, lai gan turpinās lineārās var izmantot vai nu amatieru konstrukcijās, vai īpašās iekārtās ar speciālām prasībām.

Otrais piemērs ir sadalītājs Uref veidošanai regulējamai Zener diodei TL431. Tos izmanto lielākajā daļā lētu mobilo tālruņu barošanas bloku un lādētāju. Savienojuma shēmu un aprēķinu formulas varat redzēt zemāk. Ar divu rezistoru palīdzību šeit tiek izveidots punkts ar 2,5 voltu Uref.

Vēl viens piemērs ir visu veidu sensoru savienošana ar mikrokontrolleriem. Apskatīsim vairākas shēmas sensoru savienošanai ar populārā AVR mikrokontrollera analogo ieeju, kā piemēru izmantojot Arduino paneļu saimi.

Mērinstrumentiem ir dažādi mērīšanas diapazoni. Šī funkcija tiek realizēta arī, izmantojot rezistoru grupu.

Bet sprieguma dalītāju piemērošanas joma ar to nebeidzas. Šādi tiek dzēsti papildu volti, kad strāva tiek ierobežota caur LED, spriegums tiek sadalīts arī pa vītnes spuldzēm, un jūs varat arī darbināt mazjaudas slodzi.

Nelineārie dalītāji

Mēs minējām, ka parametriskais stabilizators pieder nelineāriem sadalītājiem. Vienkāršākajā formā tas sastāv no rezistora un zenera diodes. Zenera diodei shematiskais simbols izskatās kā parasta pusvadītāju diode. Vienīgā atšķirība ir papildu funkcijas klātbūtne uz katoda.

Aprēķins ir balstīts uz Zenera diodes U stabilizāciju. Tad, ja mums ir 3,3 voltu Zener diode un U padeve ir 10 volti, tad stabilizācijas strāva tiek ņemta no datu lapas uz zenera diode. Piemēram, ļaujiet tai būt vienādam ar 20 mA (0,02 A), un slodzes strāva ir 10 mA (0,01 A).

Pēc tam:

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

Izdomāsim, kā darbojas šāds stabilizators. Zenera diode ir iekļauta ķēdē apgrieztā savienojumā, tas ir, ja U izeja ir zemāka par Ustabilizāciju, strāva caur to neplūst. Kad Upower paaugstinās līdz Ustabilizācijai, notiek PN krustojuma lavīna vai tuneļa pārrāvums un caur to sāk plūst strāva, ko sauc par stabilizācijas strāvu. To ierobežo rezistors R1, kas mazina atšķirību starp Uinput un Ustabilization. Kad tiek pārsniegta maksimālā stabilizācijas strāva, notiek termiskais sadalījums un Zenera diode izdeg.

Starp citu, dažreiz jūs varat ieviest stabilizatoru uz diodēm. Tad stabilizācijas spriegums būs vienāds ar diožu uz priekšu vērsto kritumu vai diodes ķēdes pilienu summu. Iestatiet strāvu, kas ir piemērota diožu jaudai un jūsu ķēdes vajadzībām. Tomēr šis risinājums tiek izmantots reti. Bet šādu ierīci, kuras pamatā ir diode, labāk saukt par ierobežotāju, nevis stabilizatoru. Un tās pašas shēmas variants maiņstrāvas ķēdēm. Tas ierobežos maiņstrāvas signāla amplitūdu līdz 0,7 V kritumam uz priekšu.

Tāpēc mēs sapratām, kas ir sprieguma dalītājs un kam tas ir paredzēts. Ir vēl vairāk piemēru, kur tiek pielietots kāds no apskatīto ķēžu variantiem, pat potenciometrs Essence ir dalītājs ar vienmērīgu pārraides koeficienta regulēšanu, un to bieži izmanto kopā ar konstanti rezistors. Jebkurā gadījumā darbības princips, elementu izvēle un aprēķins paliek nemainīgs.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties videoklipu, kurā sīkāk apskatīts, kā šis elements darbojas un no kā tas sastāv:

Saistītie materiāli:

• Veidi, kā pazemināt spriegumu
• Kas ir aktīvā, reaktīvā un šķietamā jauda
• Kā darbojas sprieguma relejs?