Делитель напряжения | Электронные печеньки

Что такое делитель напряжения?

Делитель напряжения — устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи. Делитель можно представить, как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Чаще всего делитель напряжения строится из двух резисторов. Такой делитель называют резисторным. Каждый резистор в таком делителе называют плечом. Плечо соединённое с землёй называют нижним, то что соединено с плюсом — верхним. Точка соединения двух резисторов называется средним плечом или средней точкой. Если говорить совсем упрощённо, то можно представить среднее плечо, как бассейн. Делитель напряжения позволяет нам управлять двумя «шлюзами», «сливая» напряжение в землю (уменьшая сопротивление нижнего плеча) или «подливая» напряжения в бассейн (уменьшая сопротивление верхнего плеча). Таким образом, делитель может использоваться для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть.

Принципиальная схема делителя напряжения

В рассматриваемом примере на вход (Uвх) подаётся напряжение 9В. Предположим, нам нужно получить на выходе (Uвых) 5В. Каким образом расчитать резисторы для делителя напряжения?

Расчёт делителя напряжения

Многие сталкиваются с тем, что не существует формул для расчёта сопротивлений в делителе. На самом деле, такие формулы легко вывести. Но обо всё по порядку. Для наглядности, начнём расчёт с конца, т.е. расчитаем напряжение на выходе, зная номиналы резисторов.

Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков, пока к среднему плечу (Uвых) ничего не подключено. Общее сопротивление резисторов при последовательном соединении равняется сумме их сопротивлений:

Rобщ = R1 + R2 = 400 + 500 = 900 Ом

По закону Ома находим силу тока, протекающего через резисторы:

I = Uвх / Rобщ = 9В / 900 Ом = 0.01 А = 10 мА

Теперь, когда нам известен ток в нижнем плече (ток, проходящий через R2), раcчитаем напряжение в нижнем плече (Опять закон Ома):

Uвых = I * R2 = 0. 01А * 500 Ом = 5В

Или упрощая цепочку вычислений:

Uвых = Uвх * (R2 / (R1+R2))

Применив немного математики и прочих знаний, сдобрив всё законом Ома, можно получить следующие формулы:

R1 = (Uвх-Uвых)/Iд+Iн

R2 = Uвых / Iд

Здесь Iд и Iн — ток делителя и ток нагрузки соответственно. В общем случае, не нужно даже знать, что это за токи такие. Можно просто принять их равными Iд = 0.01 А (10 мА), а Iн = 0. То есть рассматривать делитель без нагрузки. Это приемлемо до тех пор, пока мы используем делитель только для измерений напряжения (а во всех примерах в нашей базе знаний он именно так и используется). Тогда формулы упростятся:

R1 = (Uвх-Uвых) * 100

R2 = Uвых * 100

P.S. Это совсем не важно, но обратите внимание: 100 — это не физическая величина. После принятия условия, что Iд у нас всегда равен 0.01 А, это просто коэффициент, получившийся при переносе 0.01 в числитель.

Проверяем:

Входящее напряжение у нас 9 вольт, хотим получить 5 вольт на выходе. Подставляем значения в формулу, получаем:

R1 = (9-5) * 100 = 400 Ом

R2 = 5 * 100 = 500 Ом

Всё сходится!

Применение делителя напряжений

В основном делитель напряжения используется там, где нужно измерить изменяющееся сопротивление. На этом принципе основано считывание значений с фоторезистора: фоторезистор включается в делитель в качестве одного плеча. Второе плечо представляет собой постоянный резистор. Аналогичным образом можно считывать показания терморезистора.

Искусство схемотехники, Т.1

Искусство схемотехники, Т.1

Хоровиц П., Хил л .У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. — 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Мир, 1993. Широко известная читателю по предыдущим изданиям монография известных американских специалистов посвящена быстро развивающимся областям электроники. В ней приведены наиболее интересные технические решения, а также анализируются ошибки разработчиков аппаратуры: внимание читателя сосредоточивается на тонких аспектах проектирования и применения электронных схем. Для специалистов в области электроники, автоматики, вычислительной техники, а также студентов соответствующих специальностей вузов и техникумов. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ НАПРЯЖЕНИЕ, ТОК И СОПРОТИВЛЕНИЕ 1.01. Напряжение и ток 1.02. Взаимосвязь напряжения и тока: резисторы ПРИСТАВКИ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ КРАТНЫХ И ДОЛЬНЫХ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ РЕЗИСТОРЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗИСТОРОВ ФИРМЫ ALLEN BRADLEY, (СЕРИЯ АВ, ТИП СВ) 1.03. Делители напряжения 1. 04. Источники тока и напряжения 1.05. Теорема об эквивалентном преобразовании источников (генераторов) УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 1.06. Динамическое сопротивление СИГНАЛЫ 1.07. Синусоидальные сигналы 1.08. Измерение амплитуды сигналов 1.09. Другие типы сигналов 1.10. Логические уровни 1.11. Источники сигналов КОНДЕНСАТОРЫ И ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1.12. Конденсаторы КОНДЕНСАТОРЫ 1.13. RС-цепи: изменения во времени напряжения и тока 1.14. Дифференцирующие цепи 1.15. Интегрирующие цепи ИНДУКТИВНОСТИ и ТРАНСФОРМАТОРЫ 1.16. Индуктивности 1.17. Трансформаторы ПОЛНОЕ И РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 1.18. Частотный анализ реактивных схем 1.19. RC-фильтры 1.20. Векторные диаграммы 1.21. «Полюсы» и наклон в пределах октавы 1.22. Резонансные схемы и активные фильтры 1.23. Другие примеры использования конденсаторов 1.24. Обобщенная теорема Тевенина об эквивалентном преобразовании (эквивалентном генераторе) ДИОДЫ И ДИОДНЫЕ СХЕМЫ 1. 25. Диоды 1.26. Выпрямление 1.27. Фильтрация в источниках питания 1.28. Схемы выпрямителей для источников питания 1.29. Стабилизаторы напряжения 1.30. Примеры использования диодов 1.31. Индуктивные нагрузки и диодная защита ДРУГИЕ ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ 1.32. Электромеханические элементы 1.33. Индикаторы 1.34. Переменные компоненты ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ 2.01. Первая модель транзистора: усилитель тока НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ 2.02. Транзисторный переключатель 2.03. Эмиттерный повторитель 2.04. Использование эмиттерных повторителей в качестве стабилизаторов напряжения 2.05. Смещение в эмиттерном повторителе 2.06. Транзисторный источник тока 2.07. Усилитель с общим эмиттером 2.08. Схема расщепления фазы с единичным коэффициентом усиления 2.09. Крутизна МОДЕЛЬ ЭБЕРСА-МОЛЛА ДЛЯ ОСНОВНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СХЕМ 2.10. Улучшенная модель транзистора: усилитель с передаточной проводимостью (крутизной) 2. 11. Еще раз об эмиттерном повторителе 2.13. Еще раз об усилителе с общим эмиттером 2.13. Смещение в усилителе с общим эмиттером 2.14. Токовые зеркала НЕКОТОРЫЕ ТИПЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ 2.15. Двухтактные выходные каскады 2.16. Составной транзистор (схема Дарлингтона) 2.17. Следящая связь 2.18. Дифференциальные усилители 2.19. Емкость и эффект Миллера 2.20. Полевые транзисторы НЕКОТОРЫЕ ТИПИЧНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ 2.21. Стабилизированный источник напряжения 2.22. Терморегулятор 2.23. Простая логическая схема на транзисторах и диодах СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ 2.24. Удачные схемы 2.25. Негодные схемы ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 3. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 3.01. Характеристики полевых транзисторов 3.02. Типы ПТ 3.03. Общая классификация ПТ 3.04. Выходные характеристики ПТ 3.05. Производственный разброс характеристик ПТ ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ НА ПТ 3.06. Источники тока на ПТ с р-n-переходом 3. 07. Усилители на ПТ 3.08. Истоковые повторители 3.09. Ток затвора ПТ 3.10. ПТ в качестве переменных резисторов КЛЮЧИ НА ПТ 3.11. Аналоговые ключи на ПТ 3.12. Недостатки ПТ-ключей 3.13. Несколько схем на ПТ-ключах 3.14. Логические и мощные ключи на МОП-транзисторах 3.15. Необходимые предосторожности в обращении с МОП-транзисторами СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ ГЛАВА 4. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ И ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ 4.01. Предварительные сведения об обратной связи 4.02. Операционные усилители 4.03. Важнейшие правила ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 4.04. Инвертирующий усилитель 4.05. Неинвертирующий усилитель 4.06. Повторитель 4.07. Источники тока 4.08. Основные предостережения по работе с ОУ КАЛЕЙДОСКОП СХЕМ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ 4.09. Линейные схемы 4.10. Нелинейные схемы ПОДРОБНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 4.11. Отличие характеристик идеального ОУ от реального 4. 12. Эффекты ограничений ОУ на работу схем на их основе 4.13. Микромощные и программируемые ОУ ПОДРОБНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ НЕКОТОРЫХ СХЕМ НА ОУ 4.14. Логарифмический усилитель 4.15. Активный пиковый детектор 4.16. Выборка-запоминание ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ 4.17. Активный ограничитель 4.18. Схема выделения модуля абсолютного значения сигнала 4.19. Интеграторы 4.20. Дифференциаторы РАБОТА ОУ С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ 4.21. Смещение усилителей переменного тока, использующих один источник питания. 4.22. Операционные усилители с одним источником питания. КОМПАРАТОРЫ И ТРИГГЕР ШМИТТА 4.23. Компараторы 4.24. Триггер Шмитта ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ И УСИЛИТЕЛИ С КОНЕЧНЫМ УСИЛЕНИЕМ 4.25. Уравнение для коэффициента усиления 4.26. Влияние обратной связи на работу усилителей 4.27. Два примера транзисторных усилителей с обратной связью НЕКОТОРЫЕ ТИПИЧНЫЕ СХЕМЫ С ОПЕРАЦИОННЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ 4.28. Лабораторный усилитель общего назначения 4. 29. Генератор, управляемый напряжением 4.30. Линейный переключатель на полевом транзисторе с p-n-переходом, с компенсацией. 4.31. Детектор нуля для ТТЛ-схем 4.32. Схема измерения тока в нагрузке ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 4.33. Зависимость коэффициента усиления и фазового сдвига от частоты 4.34. Методы коррекции усилителей 4.35. Частотная характеристика цепи обратной связи СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ 4.36. Некоторые полезные идеи ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 5. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ 5.01. Частотная характеристика RC-фильтров 5.02. Идеальный рабочий режим LC-фильтров 5.03. Введение в активные фильтры: обзор 5.04. Критерии режима работы фильтра Ки 5.05. Типы фильтров СХЕМЫ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ 5.06. Схемы на ИНУН 5.07. Проектирование фильтров на ИНУН с использованием наших упрощенных таблиц 5.08. Фильтры, построенные на основе метода переменных состояния 5. 09. Двойной Т-образный фильтр-пробка 5.10. Построение фильтров на гираторах 5.11. Фильтры на переключаемых конденсаторах ГЕНЕРАТОРЫ 5.13. Релаксационные генераторы 5.14. Классическая ИС таймера-555 5.15. Генераторы, управляемые напряжением 5.16. Квадратные генераторы 5.17. Мостовые генераторы Вина и L С-генераторы 5.18. LС-генераторы 5.19. Генераторы с кварцевыми резонаторами СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ ГЛАВА 6. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ БАЗОВЫЕ СХЕМЫ СТАБИЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ КЛАССИЧЕСКОЙ ИМС 723 6.01. ИМС стабилизатора 723 6.02. Стабилизатор положительного напряжения 6.03. Стабилизаторы с большими выходными токами ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛООТВОДА МОЩНЫХ СХЕМ 6.04. Мощные транзисторы и отвод тепла 6.05. Ограничители тока с обратным наклоном характеристики 6.06. Защита от больших напряжений 6.07. Специальные вопросы проектирования сильноточных источников питания 6. 08. Программируемые источники питания 6.09. Пример схемы источника питания 6.10. Другие ИМС стабилизатора НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 6.11. Компоненты линии переменного тока 6.12. Трансформаторы 6.13 Элементы схемы, работающие на постоянном токе ИСТОЧНИКИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 6.14. Стабилитроны 6.15. Источник опорного напряжения на стабилитроне ТРЕХВЫВОДНЫЕ И ЧЕТЫРЕХВЫВОДНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ 6.16. Трехвыводные стабилизаторы 6.17. Трехвыводные регулируемые стабилизаторы 6.18. Дополнительные замечания относительно трехвыводных стабилизаторов 6.19. Импульсные стабилизаторы и преобразователи постоянного тока ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 6.20. Высоковольтные стабилизаторы 6.21. Источники питания с малым уровнем помех и малым дрейфом 6.22. Микромощные стабилизаторы 6.23. Преобразователи напряжения с переключаемыми конденсаторами (зарядовый насос) 6.24. Источники стабилизированного постоянного тока 6. 25. Коммерческие модули источников питания СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ

Делители напряжения — цепи постоянного тока

Цепи постоянного тока

Во многих электрических и электронных устройствах используются напряжения различных уровней. по всей их схеме. Для одной схемы может потребоваться 9-вольтовый источник питания, для другой 15-вольтовый источник питания, а еще один 18-вольтовый источник питания. Эти напряжения Требования могут быть обеспечены тремя отдельными источниками питания. Этот метод дорого и требует много места. Самый распространенный метод подачи этих напряжений заключается в использовании одного источника напряжения и Делитель напряжения .

Типичный делитель напряжения состоит из двух или более резисторов, соединенных последовательно. последовательно через напряжение источника ( В _в ). Напряжение источника должно быть таким же высоким или выше, чем любое напряжение, развиваемое делителем напряжения. По мере того, как напряжение источника падает последовательными шагами в серии резисторы, любая желаемая часть напряжения источника может быть «отводом» для Индивидуальные требования к напряжению питания. Номиналы последовательных резисторов используемых в делителе напряжения, определяются напряжением и током Требования к нагрузкам.

Рассмотрим схему на рисунке ниже, которая представляет собой простое напряжение разделитель. Физически мы знаем, что если V _в применить к вход, выход В _R2 будет менее В _в , потому что некоторые из В _в используются увеличение форсирующего тока через резистор R ₁ . Количество напряжение, использованное в R ₁ равно В _R1 .

Простой делитель напряжения.

Аналогично, напряжение на R ₂ равно В _R2 , выходное напряжение в этой цепи. Теперь мы хотели бы найти готовое средство определения напряжения на R ₂ , который мы называем V _R2 . ( В _в , Р ₁ и Р ₂ считаются известными.)

По закону Ома мы знаем, что напряжение на определенном резисторе равно ток через этот резистор, умноженный на омическое значение резистора. В форме уравнения мы бы написали В _R2 = I  ×  R ₂ .

По-видимому, чтобы вычислить V _R2 , надо сначала определить I . Вспоминая, что I в показанной простой последовательной цепи

затем мы можем подставить это значение I в исходное выражение для В _R2 — первое уравнение выше — и получаем

Количество р ₂ /( Р ₁ + Р ₂ ) тогда видно, что это отношение между выходным и входным напряжениями.

Если бы нас интересовало напряжение на R ₁ , оно было бы равно

Если к любому из резисторов приложить сопротивление нагрузки, напряжение будет равно подводится к сопротивлению нагрузки, и ток будет потребляться им. Когда ток берется из делителя, общий ток, протекающий в цепи, будет увеличивается, потому что общее сопротивление цепи уменьшилось.

Если на общий ток, протекающий в цепи делителя, влияют нагрузки размещены на нем, то падения напряжения на каждом резисторе делителя также будут затронутый. При разработке делителя напряжения максимальный потребляемый ток нагрузками будет определять номинал резисторов, формирующих напряжение разделитель. Обычно значения сопротивления, выбранные для делителя, разрешать ток, равный десяти процентам от общего тока, потребляемого внешние нагрузки. Этот ток, который не протекает ни через одну из нагрузок устройства называется ток прокачки .

Пример:
На рисунке ниже показан простой делитель напряжения без нагрузки.

Простой делитель напряжения без нагрузки.

Изображенный делитель напряжения состоит из двух резисторов одинакового номинала. Следовательно, падение напряжения на каждом сопротивлении будет одинаковым. Общая ток в цепи будет

Разность потенциалов между точками (А) и (В) равна 50 В. Если резистор помещается между (A) и (B), падение напряжения между ними баллы будут снижены.

Делитель напряжения с одной загруженной секцией.

На рисунке выше показана та же схема делителя с подключенным нагрузочным резистором. Общее сопротивление можно рассчитать

Видно, что общее сопротивление уменьшилось. Это приводит к соответствующее увеличение текущего потока. Суммарный ток определяется следующим образом

Анализ падений напряжения показывает следующее изменение напряжения распределение цепи

Обратите внимание, что хотя значение напряжения между точками (A) и (B) равно уменьшено падение напряжения на R ₁ увеличено. Количество тока, протекающего через нагрузку, можно найти таким образом

Изменение напряжений и токов, обнаруженное в предыдущем примере, равно нежелательно в делителе напряжения. Он должен быть рассчитан на напряжение которые максимально стабильны. Делитель напряжения, состоящий из двух резисторов будет разработан с использованием показанной конфигурации схемы на рисунке ниже. Напряжение питания 200 В. Желательно поставить напряжение 50 В на нагрузке 6 мА.

Пример схемы предлагаемого делителя напряжения.

Предположим, что ток утечки составляет десять процентов от требуемого тока нагрузки.

Общий ток нагрузки ( I _RL ) указан как 6 мА. Кровотечение ток через R ₂ , поэтому должно быть

Ток сброса и ток через резистор R _L объединяются, и оба тока протекают через R ₁ . Этот текущий значение может быть вычислено

Значение сопротивления R _L должно быть следующим

Компьютеры для R ₁ и R ₂

Делители напряжения: операции и функции | Блог Advanced PCB Design

Ключевые выводы

• Изучите основы делителей напряжения, как с резисторами, так и с конденсаторами

• Обсуждение эффекта нагрузки делителей напряжения, который изменяет их функцию

• Типичные области применения делителей напряжения

Делители напряжения представляют собой чрезвычайно полезные электронные подсхемы, состоящие как минимум из двух последовательно соединенных пассивных элементов.

Делители напряжения являются невероятно важным аспектом проектирования схем, поскольку они используются во многих приложениях. Хотя это часто является одним из первых понятий, которые инженер изучает в своем основном классе схем, этот блок схемы также имеет решающее значение для разработки гораздо более сложных конструкций. Глубокое базовое понимание делителей напряжения и их нагрузочных свойств необходимо любому инженеру или проектировщику печатных плат. Давайте углубимся.

Основы делителя напряжения

Делитель напряжения с двумя резисторами может использоваться для различных приложений

Делитель напряжения, также известный как делитель выход, который является долей (действительной или комплексной) его входного напряжения. Учитывая конкретное входное напряжение, это полезно для создания известной точной дроби на выходе, что особенно полезно для создания опорных напряжений.

Однако в тот момент, когда вы начинаете получать ток от делителя напряжения, эквивалентное сопротивление изменяется и напряжение падает, что называется нагрузкой, которую мы будем обсуждать.

Создание делителя напряжения с резисторами

В своей самой простой форме делитель напряжения состоит из двух пассивных элементов, где выход V _OUT берется из узла между ними, как показано на рисунке выше.

При использовании резисторов падение напряжения В _OUT across a given resistor (R _A , for example) is equal to V _OUT = V _IN * R _A / R _TOTAL . Другими словами, для приведенного выше рисунка падение напряжения на R2 равно V _OUT и, следовательно, V _OUT = V _R2 = V _IN * R ₂ / (R ₁ + Р ₂ ).

Как и любой пассивный элемент линейной цепи, делитель напряжения можно упростить до эквивалентного напряжения и сопротивления Thevenin. Это можно использовать как еще один метод визуализации поведения делителя напряжения и дать более четкое представление о влиянии нагрузки.

Нелинейные делители напряжения

Делители напряжения могут состоять из комбинации резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. На этом рисунке мы видим делитель напряжения, состоящий из резистора и конденсатора, образующих RC-фильтр.

При добавлении конденсаторов или катушек индуктивности в делитель напряжения его эффекты становятся более сложными. Емкостные элементы могут быть добавлены к делителям напряжения для компенсации емкости нагрузки и достижения желаемой частотной характеристики.

Емкостные делители напряжения также часто используются для измерения высоких напряжений. Емкостные делители напряжения определяют падение напряжения на основе реактивного сопротивления сети конденсаторов и поэтому не работают как делители постоянного напряжения. В конце концов, конденсаторы блокируют постоянный ток и в результате ток не течет. Емкостные делители напряжения имеют множество применений — от сенсорных экранов до генераторов Колпитца.

На выходе из источника напряжения последовательное размещение резистора, а затем конденсатора создает RC-фильтр нижних частот первого порядка (в отличие от конденсатора и резистора, создающих фильтр верхних частот). Поскольку конденсатор имеет комплексное сопротивление, отношение V _OUT — V _IN теперь будут комплексными, что приведет к частотно-зависимому выходному сигналу.

Катушки индуктивности также имеют комплексный импеданс и, таким образом, также создают частотно-зависимый выходной сигнал при размещении в качестве компонентов в делителях напряжения.

Делители напряжения и эффект нагрузки 

При подключении электронного устройства к цепи эта цепь становится нагруженной. Это может коренным образом изменить поведение делителей напряжения, если их не учитывать.

Знание эффекта нагрузки имеет решающее значение для правильного понимания делителей напряжения. Когда подключена относительно низкоимпедансная нагрузка, делители напряжения потребляют значительный ток, что нарушает коэффициент резистивного делителя.

Это происходит потому, что соотношение резисторов, о котором говорилось ранее, больше не В _А = В _IN * R _А / R _ВСЕГО , а вместо В _{А1 = В} 0012 * (R _A || R _{НАГРУЗКА} ) / R _ИТОГО ‘, где измененное значение R _{ИТОГО’} теперь включает R _A и R _{НАГРУЗКА} параллельно, в дополнение к любой другой серии резисторы вверх по течению.

Таким образом, чтобы использовать делители напряжения в качестве источников опорного напряжения и добиться стабильного выходного напряжения, ток должен быть либо стабильным, либо ток нагрузки должен составлять небольшой процент от общего тока, проходящего через делитель. Использование нагрузки с высоким импедансом (которая, следовательно, потребляет меньше тока) может улучшить чувствительность нагрузки. Еще одним альтернативным решением является уменьшение импеданса обеих половин делителя, но это также увеличивает пассивный ток покоя, что приводит к более высокому энергопотреблению и большему производству тепловой энергии.

Если вы предполагаете, что ваша нагрузка требует высоких или даже флуктуирующих токов, лучше использовать регулятор напряжения, а не делитель напряжения.

Применение и использование делителя напряжения

Делитель напряжения используется более сложно в мосте Уитстона, где два делителя напряжения расположены параллельно. Через «G» будет протекать нулевой ток, когда обе ветви моста Уитстона, состоящего из этих двух делителей напряжения, имеют одинаковое напряжение (точки b и d).

Делители напряжения имеют множество применений, от регулировки уровня сигнала до смещения активных устройств, таких как BJT и FET. При подключении к операционному усилителю (содержащему высокое входное сопротивление) или другим нагрузкам с высоким сопротивлением делители напряжения особенно удобны, поскольку они предлагают очень простой способ установки желаемого напряжения.

И мосты Уитстона, и мультиметры имеют встроенные делители напряжения. Базы биполярных транзисторов и затворы на полевых транзисторах имеют относительно высокий входной импеданс и по этой причине не потребляют слишком много тока. Использование делителя напряжения для фиксации базы/затвора при заданном напряжении может обеспечить смещение транзистора.

Измерения датчиков

С помощью делителя напряжения микроконтроллеры могут измерять сопротивления датчиков. Неизвестный резистор датчика включен последовательно с известным сопротивлением, образуя делитель напряжения. Затем микроконтроллер может подать известное напряжение на делитель, а АЦП микроконтроллера подключается к центральному узлу между датчиком и резистором. Этот метод часто используется для измерения температуры с помощью чувствительных к температуре резисторов, таких как термисторы и термометры сопротивления (RTD).

Потенциометры с тремя входами также можно использовать в качестве делителей напряжения. Они полезны для радиоприемников и других устройств с аналоговыми ручками. Когда вал потенциометра вращается, грязесъемник с центральным отводом перемещается вдоль резистора и вызывает либо увеличение, либо уменьшение сопротивления в соответствии с углом вала. Если к одному концу потенциометра приложить стабильное напряжение, к земле — другой, а к АЦП — движок, угол поворота ручки можно рассчитать.

Измерение высокого напряжения

Делитель напряжения можно использовать для уменьшения особенно высокого напряжения до дробей, а затем измерять его вольтметром. Высокое напряжение используется для питания V _IN делителя, при этом выходное напряжение уменьшается, чтобы соответствовать диапазону измерительного прибора. Существуют высоковольтные резисторные делители-пробники, предназначенные для измерения некоторых напряжений до сотен киловольт.

Однако в этих конструкциях используются специальные высоковольтные резисторы, поскольку для получения точных результатов они должны выдерживать высокие напряжения и токи с согласованными температурными коэффициентами. Пробники с емкостным делителем также используются для напряжений в сотни милливольт, поскольку тепло, выделяемое резисторами, иногда может быть слишком большим.

Сдвиг уровня сигнала

Делители напряжения могут использоваться для регулировки уровня сигнала, особенно цифрового. Например, изменение уровня обычного цифрового сигнала 5V HIGH на цифровой сигнал 3,3 В. С помощью делителя напряжения можно создать грубый переключатель уровня, позволяющий логическим схемам, работающим при напряжении 5 В, взаимодействовать с теми, которые работают при напряжении 3,3 В. Без этого сдвига уровня подача на логический микроконтроллер 3,3 В HIGH 5 В может привести к необратимому повреждению схемы. Используя такую ​​конфигурацию резисторов, что V _OUT / V _IN = 3,3 / 5 = R _A / R _ИТОГО может позволить 5-вольтовой логической схеме взаимодействовать с 3,3-вольтовой. Однако, чтобы это было возможно, импеданс источника сигнала 5 В должен быть низким, а входной импеданс 3,3 В должен быть высоким. Кроме того, если входной импеданс имеет емкостные элементы, использование полностью резистивного делителя непреднамеренно создаст RC-фильтр, который может ограничить скорость передачи данных. Добавление конденсатора последовательно с верхним резистором (сделав обе ножки делителя емкостными и резистивными) может помочь преодолеть это.

Делители напряжения в интегральных схемах

Выборка (в идеале) фиксированного напряжения:

Принципиальная схема таймера 555, изготовленного из биполярных транзисторов. Делитель напряжения выделен зеленым цветом.

Во многих распространенных интегральных схемах используются делители напряжения. Возможно, одна из самых популярных когда-либо созданных интегральных схем, таймер 555, имеет делитель напряжения. На картинке выше показана внутренняя схема версии таймера 555 BJT. Зеленым цветом выделен делитель напряжения с тремя одинаковыми резисторами (5 кОм для биполярных таймеров, 100 кОм и выше для КМОП), создающих опорное напряжение для компараторов. Когда контакт CONTROL не задействован, делитель создает два опорных значения, ⅓ и ⅔ VCC. При управлении CONTROL верхняя ссылка вместо V _CONTROL и нижний номер V _CONTROL /2.

Делители напряжения используются на выходе регулятора напряжения LM7805 и в других регуляторах с обратной связью. С помощью делителя напряжения часть выходного напряжения «выбирается» из последовательного проходного элемента и затем подается на усилитель ошибки. Затем это выборочное дробное напряжение сравнивается с опорным напряжением, после чего усилитель ошибки связывается с проходным элементом, чтобы соответствующим образом повысить или понизить выходное напряжение, создавая замкнутую петлю обратной связи. Аналогичная концепция используется в других регуляторах напряжения, таких как LM317 и LM2576.

Понимание делителей напряжения и их использование в ваших проектах является ценным навыком. Инструменты проектирования и компоновки печатных плат от Cadence могут быть полезны при разработке схемы и размещении проекта на печатной плате.

Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.