Divisor de tensão: dispositivo, princípio de operação, propósito

Muitas vezes, ao projetar um circuito eletrônico, torna-se necessário obter um ponto com um determinado nível de sinal. Por exemplo, crie um ponto de referência ou tensão de polarização, forneça energia a um consumidor de baixa potência reduzindo seu nível e limite a corrente. É nesses casos que você precisa usar um divisor de tensão. Vamos dizer o que é e como calculá-lo neste artigo.

Definição

Um divisor de tensão é um dispositivo ou dispositivo que diminui a tensão de saída em relação à entrada, na proporção do coeficiente de transmissão (ele sempre estará abaixo de zero). Ele tem esse nome porque representa duas ou mais seções da cadeia conectadas em série.

Eles são lineares e não lineares. Neste caso, os primeiros são ativos ou reatância, em que o coeficiente de transferência é determinado pela razão de Lei de ohm. Divisores não lineares pronunciados incluem estabilizadores de tensão paramétricos. Vamos ver como esse dispositivo funciona e por que ele é necessário.

Tipos e princípio de ação

Deve-se notar desde já que o princípio de funcionamento do divisor de tensão é geralmente o mesmo, mas depende dos elementos que o constituem. Existem três tipos principais de circuitos lineares:

• resistivo;
• capacidade;
• indutivo.

O divisor mais comum em resistores, devido à sua simplicidade e facilidade de cálculo. Usando seu exemplo, vamos considerar as informações básicas sobre este dispositivo.

Qualquer divisor de tensão tem Uinput e Uoutput se consistir em dois resistores, se houver três resistores, haverá duas tensões de saída e assim por diante. Qualquer número de etapas de divisão pode ser feito.

Uinput é igual à tensão de alimentação, Uoutput depende da proporção dos resistores nos braços divisores. Se considerarmos um circuito com dois resistores, então o ombro de amortecimento superior, ou como também é chamado, será R1. O ombro inferior ou de saída será R2.

Suponha que temos uma fonte de alimentação de 10 V, a resistência R1 é 85 ohms e a resistência R2 é 15 ohms. É necessário calcular Uoutput.

Então:

U = I * R

Uma vez que eles estão conectados em série, então:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Então, se você adicionar as expressões:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Se expressarmos a corrente a partir daqui, obteremos:

Substituindo a expressão anterior, temos a seguinte fórmula:

Vamos contar para nosso exemplo:

O divisor de tensão também pode ser feito em reatâncias:

• sobre capacitores (capacidade);
• em indutores (indutivo).

Então, os cálculos serão semelhantes, mas as resistências são calculadas usando as fórmulas abaixo.

Para capacitores:

Para indutância:

Uma característica e diferença entre esses tipos de divisores é que um divisor resistivo pode ser usado em circuitos alternados e em circuitos corrente contínua, e capacitiva e indutiva apenas em circuitos de corrente alternada, pois só então seus reativos resistência.

Interessante! Em alguns casos, um divisor capacitivo funcionará em circuitos CC, um bom exemplo é o uso de tal solução no circuito de entrada de fontes de alimentação de computador.

O uso de reatância se deve ao fato de que durante seu funcionamento não geram tanta quantidade de calor como quando se utilizam resistências ativas (resistores) em estruturas.

Exemplos de uso em um esquema

Existem muitos circuitos onde são usados ​​divisores de tensão. Portanto, daremos vários exemplos de uma vez.

Digamos que estejamos projetando um estágio amplificador, em um transistor, que funciona na classe A. Com base em seu princípio de operação, precisamos definir essa tensão de polarização (U1) na base do transistor, de modo que seu ponto operacional está em um segmento linear da característica I - V, enquanto a corrente através do transistor não é excessivo. Digamos que precisamos fornecer uma corrente de base de 0,1 mA com um U1 de 0,6 Volts.

Em seguida, precisamos calcular a resistência nos braços do divisor, e este é o cálculo reverso em relação ao que demos acima. Em primeiro lugar, encontre a corrente através do divisor. Para que a corrente de carga não afete muito a tensão em seus ombros, ajustamos a corrente através do divisor em uma ordem de magnitude maior do que a corrente de carga em nosso caso, 1 mA. Deixe a fonte de alimentação ser de 12 Volts.

Então, a resistência total do divisor é igual a:

Rd = Superior / I = 12 / 0,001 = 12.000 Ohm

R2 / R = U2 / U

Ou:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Superior

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Vamos verificar os cálculos:

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

O ombro superior correspondente se extinguirá

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

Mas este não é todo o cálculo. Para um cálculo completo do divisor, é necessário determinar a potência dos resistores para que não queimem. A uma corrente de 1 mA, a energia será liberada em R1:

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

E no R2:

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

Aqui é insignificante, mas imagine quanta potência os resistores precisariam se a corrente do divisor fosse 100 mA ou 1 A?

Para o primeiro caso:

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

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

Para o segundo caso:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 Watts

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

Isso já é um número considerável para eletrônicos, inclusive para uso em amplificadores. Isso não é eficaz, portanto, circuitos de impulso são usados ​​atualmente, embora os lineares continuem usado em construções amadoras ou em equipamentos específicos com requisitos.

O segundo exemplo é um divisor para formar Uref para um diodo zener ajustável TL431. Eles são usados ​​na maioria das fontes de alimentação e carregadores de telefones celulares de baixo custo. Você pode ver o diagrama de conexão e as fórmulas de cálculo abaixo. Com a ajuda de dois resistores, um ponto com Uref de 2,5 volts é criado aqui.

Outro exemplo é conectar todos os tipos de sensores a microcontroladores. Vamos considerar vários esquemas para conectar sensores à entrada analógica do microcontrolador AVR popular, usando a família de placas Arduino como exemplo.

Os instrumentos de medição têm diferentes faixas de medição. Esta função também é realizada por meio de um grupo de resistores.

Mas o escopo de aplicação dos divisores de tensão não termina aí. É assim que os volts extras são extintos quando a corrente é limitada pelo LED, a tensão também é distribuída pelas lâmpadas da guirlanda e você também pode alimentar uma carga de baixa potência.

Divisores não lineares

Mencionamos que um estabilizador paramétrico pertence a divisores não lineares. Em sua forma mais simples, consiste em um resistor e um diodo zener. Para um diodo zener, o símbolo esquemático se parece com um diodo semicondutor convencional. A única diferença é a presença de um recurso adicional no cátodo.

O cálculo é baseado na estabilização U do diodo zener. Então, se tivermos um diodo zener de 3,3 volts e a alimentação U for de 10 volts, a corrente de estabilização será retirada da folha de dados para o diodo zener. Por exemplo, seja igual a 20 mA (0,02 A) e a corrente de carga seja 10 mA (0,01 A).

Então:

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

Vamos descobrir como funciona esse estabilizador. O diodo zener é incluído no circuito em conexão reversa, ou seja, se Uoutput for menor que Ustabilization, a corrente não flui por ele. Quando Upower sobe para Ustabilização, ocorre uma avalanche ou quebra do túnel da junção PN e uma corrente começa a fluir através dele, que é chamada de corrente de estabilização. É limitado pelo resistor R1, que atenua a diferença entre Uinput e Ustabilization. Quando a corrente de estabilização máxima é excedida, ocorre uma ruptura térmica e o diodo Zener queima.

By the way, às vezes você pode implementar um estabilizador em diodos. A tensão de estabilização será então igual à queda direta dos diodos ou a soma das quedas do circuito do diodo. Defina a corrente adequada para a classificação dos diodos e para as necessidades do seu circuito. No entanto, essa solução raramente é usada. Mas esse dispositivo baseado em diodo é melhor chamado de limitador, não estabilizador. E uma variante do mesmo circuito para circuitos AC. Isso limitará a amplitude do sinal AC a uma queda direta de 0,7V.

Então descobrimos o que é um divisor de tensão e para que serve. Existem ainda mais exemplos onde qualquer uma das variantes dos circuitos considerados é aplicada, mesmo um potenciômetro em A essência é um divisor com ajuste suave do coeficiente de transmissão e é frequentemente usado em conjunto com uma constante resistor. Em qualquer caso, o princípio de funcionamento, seleção e cálculo dos elementos permanece inalterado.

Por fim, recomendamos assistir ao vídeo, que mostra mais de perto como esse elemento funciona e em que consiste:

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