Delič napätia: zariadenie, princíp činnosti, účel

Pri navrhovaní elektronického obvodu je často potrebné získať bod s určitou úrovňou signálu. Napríklad vytvorte referenčný bod alebo predpätie, napájajte spotrebič s nízkou spotrebou energie znížením jeho úrovne a obmedzte prúd. V takýchto prípadoch musíte použiť delič napätia. Čo to je a ako to vypočítať, vám prezradíme v tomto článku.

Definícia

Delič napätia je zariadenie alebo zariadenie, ktoré znižuje výstupné napätie vzhľadom na vstup v pomere k koeficientu prenosu (vždy bude pod nulou). Tento názov dostal, pretože predstavuje dve alebo viac sériovo zapojených častí reťazca.

Sú lineárne a nelineárne. V tomto prípade sú prvé aktívne alebo reaktantné, v ktorých je koeficient prenosu určený pomerom od Ohmov zákon. Výrazné nelineárne deliče zahŕňajú parametrické stabilizátory napätia. Pozrime sa, ako toto zariadenie funguje a prečo je potrebné.

Druhy a princíp činnosti

Ihneď je potrebné poznamenať, že princíp činnosti deliča napätia je vo všeobecnosti rovnaký, ale závisí od prvkov, z ktorých pozostáva. Existujú tri hlavné typy lineárnych obvodov:

• odporový;
• kapacitné;
• indukčné.

Najbežnejší delič na rezistoroch vďaka svojej jednoduchosti a jednoduchosti výpočtu. Na jeho príklade zvážime základné informácie o tomto zariadení.

Akýkoľvek delič napätia má Uvstup a Uvýstup, ak pozostáva z dvoch odpory, ak sú tri odpory, potom budú dve výstupné napätia atď. Je možné vykonať ľubovoľný počet krokov delenia.

Uvstup sa rovná napájaciemu napätiu, Uvýstup závisí od pomeru odporov v ramenách deliča. Ak vezmeme do úvahy obvod s dvoma odpormi, potom horné, alebo ako sa to tiež nazýva, tlmiace rameno bude R1. Dolné alebo výstupné rameno bude R2.

Predpokladajme, že máme napájanie 10V, odpor R1 je 85 ohmov a odpor R2 je 15 ohmov. Je potrebné vypočítať Uoutput.

potom:

U = ja * R

Keďže sú zapojené do série, potom:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Potom, ak pridáte výrazy:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Ak vyjadríme prúd odtiaľto, dostaneme:

Nahradením predchádzajúceho výrazu máme nasledujúci vzorec:

Počítajme pre náš príklad:

Delič napätia môže byť tiež vyrobený na reaktanciách:

• na kondenzátory (kapacitné);
• na induktoroch (indukčné).

Potom budú výpočty podobné, ale odpory sa vypočítajú pomocou nižšie uvedených vzorcov.

Pre kondenzátory:

Pre indukčnosť:

Znakom a rozdielom medzi týmito typmi deličov je, že odporový delič možno použiť v striedavých obvodoch a v obvodoch jednosmerný prúd, a kapacitné a indukčné len v obvodoch striedavého prúdu, pretože až potom bude ich reaktívny odpor.

Zaujímavé! V niektorých prípadoch bude v jednosmerných obvodoch fungovať kapacitný delič, dobrým príkladom je použitie takéhoto riešenia vo vstupnom obvode počítačových zdrojov.

Využitie reaktancie je dané tým, že pri svojej činnosti nevytvárajú také množstvo tepla ako pri použití aktívnych odporov (rezistorov) v konštrukciách

Príklady použitia v schéme

Existuje veľa obvodov, kde sa používajú rozdeľovače napätia. Preto uvedieme niekoľko príkladov naraz.

Povedzme, že navrhujeme zosilňovací stupeň na tranzistore, ktorý pracuje v triede A. Na základe princípu jeho činnosti musíme na báze tranzistora nastaviť také predpätie (U1), tak, že jeho pracovný bod je na lineárnom segmente I - V charakteristiky, kým prúd cez tranzistor nie nadmerný. Povedzme, že potrebujeme poskytnúť základný prúd 0,1 mA s U1 0,6 voltov.

Potom musíme vypočítať odpor v ramenách deliča, a to je opačný výpočet v porovnaní s tým, čo sme uviedli vyššie. Najprv nájdite prúd cez rozdeľovač. Aby záťažový prúd veľmi neovplyvnil napätie na jeho ramenách, nastavíme prúd cez delič rádovo vyšší ako je záťažový prúd v našom prípade, 1 mA. Nech je napájanie 12 voltov.

Potom sa celkový odpor deliča rovná:

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

R2/R = U2/U

alebo:

R2 / (R1 + R2) = U2 / U power

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

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

R1 = 12000-600 = 11400

Pozrime sa na výpočty:

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

Zodpovedajúce horné rameno zhasne

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

Ale to nie je celý výpočet. Pre úplný výpočet deliča je potrebné určiť výkon odporov tak, aby nevyhoreli. Pri prúde 1 mA sa na R1 uvoľní napájanie:

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

A na R2:

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

Tu je to zanedbateľné, ale predstavte si, aký výkon by potrebovali odpory, ak by prúd deliča bol 100 mA alebo 1 A?

Pre prvý prípad:

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

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

Pre druhý prípad:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 wattov

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

To sú už značné čísla pre elektroniku, vrátane použitia v zosilňovačoch. Toto nie je efektívne, preto sa v súčasnosti používajú impulzné obvody, aj keď lineárne pokračujú použiť buď v amatérskych stavbách alebo v špecifických zariadeniach so špeciálnymi požiadavky.

Druhým príkladom je delič na vytváranie Uref pre nastaviteľnú zenerovu diódu TL431. Používajú sa vo väčšine lacných napájacích zdrojov a nabíjačiek pre mobilné telefóny. Schéma zapojenia a výpočtové vzorce môžete vidieť nižšie. Pomocou dvoch odporov sa tu vytvorí bod s Uref 2,5 voltu.

Ďalším príkladom je pripojenie všetkých druhov senzorov k mikrokontrolérom. Zoberme si niekoľko schém na pripojenie senzorov k analógovému vstupu populárneho mikrokontroléra AVR, pričom ako príklad použijeme rad dosiek Arduino.

Meracie prístroje majú rôzne meracie rozsahy. Táto funkcia je tiež realizovaná pomocou skupiny rezistorov.

Tým sa však rozsah použitia rozdeľovačov napätia nekončí. Takto zhasnú nadbytočné volty pri obmedzení prúdu cez LED, napätie sa rozloží aj na žiarovky v girlande a môžete napájať aj nízkoenergetickú záťaž.

Nelineárne deliče

Spomenuli sme, že parametrický stabilizátor patrí k nelineárnym deličom. Vo svojej najjednoduchšej forme pozostáva z rezistora a zenerovej diódy. V prípade zenerovej diódy vyzerá schematický symbol ako konvenčná polovodičová dióda. Jediným rozdielom je prítomnosť ďalšej funkcie na katóde.

Výpočet je založený na U stabilizácii zenerovej diódy. Potom, ak máme 3,3 voltovú zenerovu diódu a napájanie U je 10 voltov, potom sa stabilizačný prúd odoberie z údajového listu do zenerovej diódy. Napríklad nech sa rovná 20 mA (0,02 A) a zaťažovací prúd je 10 mA (0,01 A).

potom:

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

Pozrime sa, ako taký stabilizátor funguje. Zenerova dióda je v obvode zaradená v obrátenom zapojení, to znamená, že ak je Uvýstup nižší ako Ustabilizácia, prúd cez ňu netečie. Keď Upower vystúpi do Ustabilizácie, dôjde k lavínovému alebo tunelovému rozpadu PN prechodu a začne cez neho pretekať prúd, ktorý sa nazýva stabilizačný prúd. Je obmedzený odporom R1, ktorý tlmí rozdiel medzi Uvstupom a Ustabilizáciou. Pri prekročení maximálneho stabilizačného prúdu dôjde k tepelnému prierazu a k vyhoreniu Zenerovej diódy.

Mimochodom, niekedy môžete implementovať stabilizátor na diódy. Stabilizačné napätie sa potom bude rovnať doprednému úbytku diód alebo súčtu úbytkov diódového obvodu. Nastavte prúd vhodný pre menovitý výkon diód a pre potreby vášho obvodu. Toto riešenie sa však používa zriedka. Ale takéto zariadenie na báze diód sa lepšie nazýva obmedzovač, nie stabilizátor. A variant toho istého obvodu pre striedavé obvody. Tým sa obmedzí amplitúda striedavého signálu na dopredný pokles 0,7 V.

Takže sme prišli na to, čo je delič napätia a na čo slúži. Existuje ešte viac príkladov, kde je aplikovaný ktorýkoľvek z variantov uvažovaných obvodov, dokonca aj potenciometer Esencia je delič s plynulým nastavením koeficientu prenosu a často sa používa v tandeme s konštantou odpor. V každom prípade princíp fungovania, výberu a výpočtu prvkov zostáva nezmenený.

Na záver odporúčame pozrieť si video, ktoré sa bližšie pozrie na to, ako tento prvok funguje a z čoho pozostáva:

Súvisiace materiály:

• Spôsoby, ako znížiť napätie
• Čo je aktívny, reaktívny a zdanlivý výkon
• Ako funguje napäťové relé?