Vad är en spänningsdelare och vad används den för
Definition
En spänningsdelare är en anordning eller enhet som sänker nivån på utspänningen relativt ingången, proportionellt mot överföringskoefficienten (den kommer alltid att vara under noll). Han fick det här namnet eftersom det representerar två eller flera seriekopplade delar av kedjan.
De är linjära och icke-linjära. I detta fall är de förstnämnda aktiva eller reaktiva motstånd, i vilka överföringskoefficienten bestäms av förhållandet mellan Ohms lag. Till uttalade olinjära avdelare inkluderar parametriska spänningsstabilisatorer. Låt oss se hur den här enheten är ordnad och varför den behövs.
Typ och handlingsprincip
Det är omedelbart värt att notera att spänningsdelarens funktionsprincip i allmänhet är densamma, men beror på elementen i vilken den består. Det finns tre huvudtyper av linjära kretsar:
- resistiv;
- kapacitiv;
- induktiv.
Den vanligaste delaren på motstånd på grund av dess enkelhet och enkel beräkning. På hans exempel och ta hänsyn till den grundläggande informationen om den här enheten.
Varje spänningsdelare har Uinput och Uoutput om den består av två motståndom det finns tre motstånd kommer det att finnas två utgångsspänningar osv. Du kan göra valfritt antal delningssteg.
Uinput är lika med matningsspänningen, Uoutput beror på förhållandet mellan motstånd i armarna på delaren. Om vi betraktar en krets med två motstånd, kommer den övre, eller som den också kallas, kylarmen att vara R1. Den nedre eller utgående armen är R2.
Anta att vi har en strömförsörjning på 10V, motståndet R1 är 85 ohm och motståndet R2 är 15 ohm. Behöver beräkna Uoutput.
Sedan:
U = I * R
Eftersom de är anslutna i serie, då:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Om du sedan lägger till uttryck:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Om vi uttrycker strömmen härifrån får vi:
Genom att ersätta det föregående uttrycket har vi följande formel:
Låt oss beräkna för vårt exempel:
Spänningsdelaren kan utföras på reaktanser:
- på kondensatorer (Kapacitiv);
- på induktorer (induktiv).
Då kommer beräkningarna att vara liknande, men motståndet beräknas med hjälp av formlerna nedan.
För kondensatorer:
För induktans:
Det speciella och skillnaden hos dessa typer av avdelare är att en resistiv avdelare kan användas i AC och DC-kretsar, och kapacitiva och induktiva endast i AC-kretsar, för först då kommer deras reaktans.
Intressant! PÅ I vissa fall kommer en kapacitiv avdelare att fungera i DC-kretsar, ett bra exempel är användningen av en sådan lösning i ingångskretsen för datorns strömförsörjning.
Användningen av reaktans beror på det faktum att under deras drift inte frigörs så mycket värme som vid användning av aktiva motstånd (motstånd) i strukturer
Exempel på användning i kretsen
Det finns många scheman där spänningsdelare används. Därför kommer vi att ge flera exempel på en gång.
Anta att vi utformar ett förstärkningssteg på en transistor som fungerar i klass A. Baserat på dess princip, måste vi ställa in förspänningen (U1) på basis av transistorn så att dess arbetspunkt är på det linjära segmentet av I-V-karakteristiken, så att strömmen genom transistorn var inte överdriven. Anta att vi måste tillhandahålla en basström på 0,1 mA vid U1 på 0,6 volt.
Då måste vi beräkna motståndet i axlarna på delaren, och detta är den omvända beräkningen relativt vad vi har gett ovan. Först och främst hittar de strömmen genom avdelaren. Så att belastningsströmmen inte påverkar spänningen på axlarna i stor utsträckning, ställer vi strömmen genom avdelaren till en storleksordning högre än lastströmmen i vårt fall 1 mA. Strömförsörjning låt det vara 12 volt.
Då är delarens totala motstånd:
Rd = U-tillförsel / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
Eller:
R2 / (R1 + R2) = U2 / U-effekt
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U effekt = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Kontrollera beräkningarna:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 volt.
Motsvarande övre axel slocknar
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 volt.
Men detta är inte hela beräkningen. För en fullständig beräkning av delaren är det nödvändigt att bestämma motståndets effekt så att de inte bränner ut. Vid en ström av 1 mA fördelas kraften till R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 watt
Och på R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 watt
Här är det försumbart, men föreställ dig vilken typ av kraft som skulle behöva motstånd om delströmmen var 100 mA eller 1 A?
För det första fallet:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 watt
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 watt
För det andra fallet:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 watt
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 watt
Det är redan betydande siffror för elektronik, inklusive för användning i förstärkare. Detta är inte effektivt, därför används pulsade kretsar för närvarande, även om linjära kretsar fortsätter att användas antingen i amatörkonstruktioner eller i specifik utrustning med speciella krav.
Det andra exemplet är en delare för att bilda U-referensen för den justerbara zenerdioden TL431. De används i billigaste nätaggregat och laddare för mobiltelefoner. Anslutningsdiagrammet och beräkningsformlerna ser du nedan. Med hjälp av två motstånd skapas en punkt med en U-referens på 2,5 volt här.
Ett annat exempel är anslutningen av alla slags sensorer till mikrokontroller. Låt oss överväga flera scheman för att ansluta sensorer till den analoga ingången till den populära AVR-mikrokontrollern, med hjälp av Arduino-kortfamiljen som ett exempel.
Mätinstrument har olika mätgränser. En sådan funktion realiseras också med hjälp av en grupp motstånd.
Men detta slutar inte spänningsdelarna. Det är på detta sätt som extra volt släcks medan man begränsar strömmen genom lysdioden, spänningen på glödlamporna i kransen fördelas också, och du kan också driva en låg effektbelastning.
Icke-linjära avdelare
Vi nämnde att icke-linjära avdelare inkluderar en parametrisk stabilisator. I sin enklaste form består den av ett motstånd och en zenerdiod. En zenerdiode i kretsen liknar en konventionell halvledardiod. Den enda skillnaden är närvaron av en ytterligare funktion på katoden.
Beräkningen är baserad på stabiliseringen av Zener-dioden. Om vi sedan har en zenerdiode på 3,3 volt, och strömförsörjningen är 10 volt, tas stabiliseringsströmmen från databladet till zenerdioden. Låt den till exempel vara lika med 20 mA (0,02 A) och lastströmmen 10 mA (0,01 A).
Sedan:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 ohm
Låt oss se hur en sådan stabilisator fungerar. Zenerdioden ingår i kretsen i omvänd anslutning, det vill säga om Uoutput är lägre än Ustabilisering strömmar inte strömmen genom den. När U-tillförselet stiger till U-stabilisering inträffar en lavin- eller tunnelnedbrytning av PN-korsningen och en ström börjar strömma genom den, vilket kallas stabiliseringsströmmen. Det begränsas av motståndet R1, på vilket skillnaden mellan U-ingången och U-stabiliseringen undertrycks. Om den maximala stabiliseringsströmmen överskrids inträffar termisk nedbrytning och zenerdioden brinner ut.
Förresten, ibland kan du implementera en stabilisator på dioder. Stabiliseringsspänningen kommer då att vara lika med diodernas direkta droppe eller summan av dropparna i diodkretsen. Du ställer in strömmen som är lämplig för diodernas nominella värde och för din krets behov. Ändå används en sådan lösning extremt sällan. Men en sådan enhet på dioder kallas bättre en begränsare, inte en stabilisator. Och en variant av samma krets för AC-kretsar. Så du begränsar amplituden för den variabla signalen till nivån för direkt droppe - 0,7V.
Så vi räknade ut vad denna spänningsdelare är och varför den behövs. Exempel där någon av varianterna av de betraktade kretsarna används kan ges ännu mer, till och med potentiometern är i huvudsak en avdelare med oändligt justerbar transmissionskoefficient, och används ofta i samband med ett konstant motstånd. I vilket fall som helst förblir principen om åtgärder, urval och beräkning av element oförändrad.
I slutändan rekommenderar vi att du tittar på en video där vi undersöker mer detaljerat hur detta element fungerar och vad det består av:
Relaterade material:
Läser in...
