Divizor de tensiune: dispozitiv, principiu de funcționare, scop

Adesea, la proiectarea unui circuit electronic, devine necesară obținerea unui punct cu un anumit nivel de semnal. De exemplu, creați un punct de referință sau o tensiune de polarizare, alimentați un consumator de putere redusă prin scăderea nivelului acestuia și limitați curentul. În astfel de cazuri, trebuie să utilizați un divizor de tensiune. Vă vom spune ce este și cum să o calculați în acest articol.

Definiție

Un divizor de tensiune este un dispozitiv sau dispozitiv care scade tensiunea de ieșire în raport cu intrarea, proporțional cu coeficientul de transmisie (va fi întotdeauna sub zero). A primit acest nume deoarece reprezintă două sau mai multe secțiuni ale lanțului conectate în serie.

Sunt liniare și neliniare. În acest caz, primele sunt active sau reactanțe, în care coeficientul de transfer este determinat de raportul de la Legea lui Ohm. Divizoarele neliniare pronunțate includ stabilizatori parametrici de tensiune. Să vedem cum funcționează acest dispozitiv și de ce este necesar.

Tipuri și principii de acțiune

Trebuie remarcat imediat că principiul de funcționare al divizorului de tensiune este în general același, dar depinde de elementele din care constă. Există trei tipuri principale de circuite liniare:

• rezistiv;
• capacitiv;
• inductiv.

Cel mai comun divizor pe rezistențe, datorită simplității și ușurinței de calcul. Folosind exemplul său, vom lua în considerare informațiile de bază despre acest dispozitiv.

Orice divizor de tensiune are Uinput și Uoutput dacă este format din două rezistențe, dacă există trei rezistențe, atunci vor exista două tensiuni de ieșire și așa mai departe. Se poate face orice număr de pași de împărțire.

Uinput este egală cu tensiunea de alimentare, Uoutput depinde de raportul rezistențelor din brațele divizorului. Dacă luăm în considerare un circuit cu două rezistențe, atunci umărul superior sau, așa cum se mai numește, de amortizare va fi R1. Umărul inferior sau de ieșire va fi R2.

Să presupunem că avem o sursă de alimentare de 10V, rezistența R1 este de 85 ohmi și rezistența R2 este de 15 ohmi. Este necesar să se calculeze Uoutput.

Atunci:

U = I * R

Deoarece sunt conectate în serie, atunci:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Apoi, dacă adăugați expresiile:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Dacă exprimăm curentul de aici, obținem:

Înlocuind expresia anterioară, avem următoarea formulă:

Să numărăm pentru exemplul nostru:

Divizorul de tensiune poate fi realizat și pe reactanțe:

• pe condensatoare (capacitiv);
• pe inductori (inductivi).

Apoi calculele vor fi similare, dar rezistențele sunt calculate folosind formulele de mai jos.

Pentru condensatori:

Pentru inductanță:

O caracteristică și diferență între aceste tipuri de divizor este că un divizor rezistiv poate fi utilizat în circuite alternative și în circuite. curent continuu, iar capacitiv și inductiv numai în circuitele de curent alternativ, deoarece numai atunci vor reactiv rezistenţă.

Interesant! În unele cazuri, un divizor capacitiv va funcționa în circuitele DC, un exemplu bun este utilizarea unei astfel de soluții în circuitul de intrare al surselor de alimentare ale computerului.

Utilizarea reactanței se datorează faptului că în timpul funcționării lor, acestea nu eliberează o asemenea cantitate de căldură ca atunci când se folosesc rezistențe active (rezistențe) în structuri.

Exemple de utilizare într-o schemă

Există multe circuite în care se folosesc divizoare de tensiune. Prin urmare, vom da mai multe exemple deodată.

Să presupunem că proiectăm o etapă de amplificare, pe un tranzistor, care funcționează în clasa A. Pe baza principiului său de funcționare, trebuie să setăm o astfel de tensiune de polarizare (U1) pe baza tranzistorului, astfel încât punctul său de funcționare se află pe un segment liniar al caracteristicii I - V, în timp ce curentul prin tranzistor nu este excesiv. Să presupunem că trebuie să furnizăm un curent de bază de 0,1 mA cu U1 de 0,6 volți.

Apoi trebuie să calculăm rezistența în brațele divizorului, iar acesta este calculul invers față de ceea ce am dat mai sus. În primul rând, găsiți curentul prin divizor. Pentru ca curentul de sarcină să nu afecteze foarte mult tensiunea de pe umerii săi, setăm curentul prin divizor cu un ordin de mărime mai mare decât curentul de sarcină în cazul nostru, 1 mA. Lăsați sursa de alimentare să fie de 12 volți.

Atunci rezistența totală a divizorului este egală cu:

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

R2 / R = U2 / U

Sau:

R2 / (R1 + R2) = U2 / Upower

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Să verificăm calculele:

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

Umărul superior corespunzător se va stinge

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

Dar acesta nu este tot calculul. Pentru un calcul complet al divizorului, este necesar să se determine puterea rezistențelor, astfel încât acestea să nu se ardă. La un curent de 1 mA, puterea va fi eliberată pe R1:

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

Și pe R2:

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

Aici este neglijabil, dar imaginați-vă de câtă putere ar avea nevoie rezistoarele dacă curentul divizorului ar fi 100 mA sau 1 A?

Pentru primul caz:

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

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

Pentru al doilea caz:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 wați

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

Acestea sunt deja cifre considerabile pentru electronice, inclusiv pentru utilizarea în amplificatoare. Acest lucru nu este eficient, prin urmare, circuitele de impuls sunt utilizate în prezent, deși cele liniare continuă folosit fie in constructii de amatori, fie in echipamente specifice cu speciale cerințe.

Al doilea exemplu este un divizor pentru formarea Uref pentru o diodă zener reglabilă TL431. Sunt folosite în majoritatea surselor de alimentare și încărcătoare ieftine pentru telefoane mobile. Puteți vedea mai jos diagrama de conectare și formulele de calcul. Cu ajutorul a două rezistențe, aici se creează un punct cu un Uref de 2,5 volți.

Un alt exemplu este conectarea tuturor tipurilor de senzori la microcontrolere. Să luăm în considerare mai multe scheme pentru conectarea senzorilor la intrarea analogică a popularului microcontroler AVR, folosind familia de plăci Arduino ca exemplu.

Instrumentele de măsurare au diferite domenii de măsurare. Această funcție este realizată și folosind un grup de rezistențe.

Dar domeniul de aplicare al divizoarelor de tensiune nu se termină aici. Așa se stinge extravolții atunci când curentul este limitat prin LED, tensiunea este distribuită și între becurile din ghirlandă și puteți alimenta și o sarcină de putere redusă.

Divizoare neliniare

Am menționat că un stabilizator parametric aparține divizoarelor neliniare. În forma sa cea mai simplă, constă dintr-un rezistor și o diodă zener. Pentru o diodă Zener, simbolul schematic arată ca o diodă semiconductoare convențională. Singura diferență este prezența unei caracteristici suplimentare pe catod.

Calculul se bazează pe stabilizarea U a diodei zener. Apoi, dacă avem o diodă zener de 3,3 volți și sursa U este de 10 volți, atunci curentul de stabilizare este preluat din foaia de date către dioda zener. De exemplu, să fie egal cu 20 mA (0,02 A), iar curentul de sarcină este de 10 mA (0,01 A).

Atunci:

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

Să vedem cum funcționează un astfel de stabilizator. Dioda zener este inclusă în circuit în conexiune inversă, adică dacă Uoutput este mai mică decât Ustabilizare, curentul nu trece prin ea. Când Upower se ridică la Ustabilizare, are loc o avalanșă sau defalcarea tunelului a joncțiunii PN și începe să curgă un curent prin ea, care se numește curent de stabilizare. Este limitat de rezistența R1, care atenuează diferența dintre Uinput și Ustabilizare. Când este depășit curentul maxim de stabilizare, are loc o defecțiune termică și dioda Zener se arde.

Apropo, uneori puteți implementa un stabilizator pe diode. Tensiunea de stabilizare va fi atunci egală cu căderea directă a diodelor sau cu suma căderilor din circuitul diodei. Setați curentul potrivit pentru evaluarea diodelor și pentru nevoile circuitului dvs. Cu toate acestea, această soluție este rar folosită. Dar un astfel de dispozitiv bazat pe diode este mai bine numit limitator, nu stabilizator. Și o variantă a aceluiași circuit pentru circuite de curent alternativ. Acest lucru va limita amplitudinea semnalului AC la o scădere directă de 0,7V.

Așa că ne-am dat seama ce este un divizor de tensiune și pentru ce este. Există și mai multe exemple în care se aplică oricare dintre variantele circuitelor luate în considerare, chiar și un potențiometru în essence este un divizor cu ajustare lină a coeficientului de transmisie și este adesea folosit în tandem cu o constantă rezistor. În orice caz, principiul de funcționare, selecție și calcul al elementelor rămâne neschimbat.

În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați videoclipul, care analizează mai atent cum funcționează acest element și în ce constă:

Materiale conexe:

• Modalități de a reduce tensiunea
• Ce este puterea activă, reactivă și aparentă
• Cum funcționează un releu de tensiune?