Калькулятор алгоритма деления в столбик. Делитель напряжения на резисторах

Делитель напряжения на резисторах — это схема, позволяющая получить из высокого напряжения пониженное напряжение. Используя всего два резистора, мы можем создать любое выходное напряжение, составляющее меньшую часть от входного напряжения. Делитель напряжения является фундаментальной схемой в электронике и робототехнике. Для начала рассмотрим электрическую схему и формулу для расчета.

Как работает делитель напряжения на резисторах

Для того, чтобы разобраться в принципе работы резисторного делителя напряжения и понять, как рассчитать делитель напряжения на резисторах, следует ознакомиться с его принципиальной схемой (см. картинку ниже — несколько вариантов изображения делителя). Схема включает в себя входное напряжение и два резистора.

Резистор, находящийся ближе к плюсу входного напряжения Vвх , обозначен R1 , резистор находящийся ближе к минусу обозначен R2 . Падение напряжения

Vвых — это пониженное выходное напряжение, полученное в результате резисторного делителя напряжения. Для расчета выходного напряжения необходимо знать три величины из приведенной схемы — входное напряжение и сопротивление обоих резисторов.

Расчет делителя напряжения на резисторах основан на законе Ома .

V вых = R2 х V вых / R1 + R2

Эта формула показывает, что выходное напряжение резисторного делителя прямо пропорционально входному напряжению и обратно пропорционально отношению сопротивлений R1 и R2. На этом принципе работают потенциометры (переменные резисторы) и многие резистивные датчики, например, датчик освещенности на фоторезисторе . Смотрите калькулятор делителя напряжения на резисторах онлайн.

Для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть используется делитель напряжения (voltage divider). Это схема, строящаяся на основе пары резисторов .

В примере, на вход подаются стандартные 9 В. Но какое напряжение получится на выходе V out ? Или эквивалентный вопрос: какое напряжение покажет вольтметр?

Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков пока к выходу V out ничего не подключено. А суммарное сопротивление пары резисторов при последовательном соединении:

Таким образом, сила тока протекающая через резисторы

Теперь, когда нам известен ток в R2 , расчитаем напряжение вокруг него:

Или если отавить формулу в общем виде:

Так с помощью пары резисторов мы изменили значение входного напряжения с 9 до 5 В. Это простой способ получить несколько различных напряжений в одной схеме, оставив при этом только один источник питания.

Применение делителя для считывания показаний датчика

Другое применение делителя напряжения — это снятие показаний с датчиков. Существует множество компонентов, которые меняют своё сопротивление в зависимости от внешних условий. Так термисторы меняют сопротивление от нуля до определённого значения в зависимости от температуры, фоторезисторы меняют сопротивление в зависимости от интенсивности попадающего на них света и т.д.

Если в приведённой выше схеме заменить R1 или R2 на один из таких компонентов,

V out будет меняться в зависимости от внешних условий, влияющих на датчик. Подключив это выходное напряжение к аналоговому входу Ардуино, можно получать информацию о температуре, уровне освещённости и других параметрах среды.

Значение выходного напряжения при определённых параметрах среды можно расчитать, сопоставив документацию на переменный компонент и общую формулу расчёта V out .

Подключение нагрузки

С делителем напряжения не всё так просто, когда к выходному подключения подключается какой-либо потребитель тока, который ещё называют нагрузкой (load):

В этом случае V out уже не может быть расчитано лишь на основе значений V in , R1

и R2 : сама нагрузка провоцирует дополнительное падение напряжения (voltage drop). Пусть нагрузкой является нечто, что потребляет ток в 10 мА при предоставленных 5 В. Тогда её сопротивление

В случае с подключеной нагрузкой следует рассматривать нижнюю часть делителя, как два резистора соединённых параллельно:

Подставив значение в общую формулу расчёта V out , получим:

Как видно, мы потеряли более полутора вольт напряжения из-за подключения нагрузки. И тем ощутимее будут потери, чем больше номинал R2 по отношению к сопротивлению L . Чтобы нивелировать этот эффект мы могли бы использовать в качестве R1 и R2 резисторы, например, в 10 раз меньших номиналов.

Пропорция сохраняется, V out не меняется:

А потери уменьшатся:

Однако, у снижения сопротивления делящих резисторов есть обратная сторона медали. Большое количество энергии от источника питания будет уходить в землю. В том числе при отсоединённой нагрузке. Это небольшая проблема, если устройство питается от сети, но — нерациональное расточительство в случае питания от батарейки.

Кроме того, нужно помнить, что резисторы расчитаны на определённую предельную мощьность. В нашем случае нагрузка на R1 равна:

А это в 4-8 раз выше максимальной мощности самых распространённых резисторов! Попытка воспользоваться описанной схемой со сниженными номиналами и стандартными 0.25 или 0.5 Вт резисторами ничем хорошим не закончится. Очень вероятно, что результатом будет возгарание.

Применимость

Делитель напряжения подходит для получения необходимого заниженного напряжения в случаях, когда подключенная нагрузка потребляет небольшой ток (доли или единицы миллиампер). Примером подходящего использования является считывание напряжения аналоговым входом микроконтроллера, управление базой/затвором транзистора .

Делитель не подходит для подачи напряжения на мощных потребителей вроде моторов или светодиодных лент.

Чем меньшие номиналы выбраны для делящих резисторов, тем больше энергии расходуется впустую и тем выше нагрузка на сами резисторы. Чем номиналы больше, тем больше и дополнительное (нежелательное) падение напряжения, провоцируемое самой нагрузкой.

Если потребление тока нагрузкой неравномерно во времени, V out также будет неравномерным.

Как сделать делитель напряжения на резисторах? Часто в практике электронщика возникает необходимость снизить величину входного напряжения либо напряжение на отдельном участке цепи в строго определенной количество раз. Например, величина входного напряжения 50 В , а выходное напряжение нужно получить в 10 раз меньше, т. е. 5 В (рис. 1 ). Для этого используются делители напряжения.

Рис. 1 — Структурная схема делителя напряжения

Они бывают разных типов и выполняются на безе , катушек индуктивности (рис. 2 ). Однако мы рассмотрим только наиболее применяемые на практике делители напряжения.

Рис. 2 — Элементы, применяемые в качестве делителей напряжения

Наиболее простым делителем напряжения являются два последовательно соединенных резистора R1 и R2 , которые подключены к источнику напряжения U (рис. 3 ). Если сопротивление резисторов одинаковы R1 = R2 , то напряжение источника питания разделится поровну на них U1 = U2 = U/2 .

Рис. 3 — Общая схема делителя напряжения на резисторах

Расчет делителя напряжения на резисторах

Давайте разберемся как происходит деление напряжения. Для этого нам понадобится знание только закона Ома, который, если говорить очень обобщенно, звучит так: ток I , протекающий в цепи (или на ее участке), прямопропорционален приложенному напряжению U и обратнопропорционален сопротивлению цепи (или ее участка) R , т. е.

откуда

Также следует знать, что в последовательной цепи, т. е. в цепи, в которой все резисторы соединены последовательно, ток I протекает одной и той же величины через все резисторы, а общее сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений всех резисторов

Rобщ = R1+R2 .

Теперь, на основании выше сказанного, давайте определим напряжения на резисторах в зависимости от величины их сопротивлений и напряжения источника питания.

Ток I , протекающий в цепи, равен отношению напряжения U к сумме сопротивлений R1+R2 , т. е.

Падение напряжения на первом резисторе равно

По аналогии находим падение напряжения на втором резисторе

Теперь в выражение (2) и (3) подставим значение тока из выражения (1), в результате получим

Делитель напряжения на резисторах. Различные номиналы резисторов

С помощью полученных формул можно определить падение напряжения на резисторе, зная только величину входного напряжения и сопротивления самих резисторов. Однако такие формулы часто применимы лишь в теоретических расчётах. На практике же гораздо проще пользоваться основным свойством любого делителя напряжения, которое заключается в том, что при соответствующем подборе сопротивлений резисторов R1 и R2 выходное напряжение составляет часто входного (рис. 4 ).

Рис. 4 — Схемы делителей напряжения на резисторах

Следует обратить внимание на то, что величина выходного напряжения зависит от относительного

значения сопротивлений резисторов R1 и R2 , а не от абсолютного.

Рис. 5 — Схемы делителей напряжения с одинаковым коэффициентом деления при разных номиналах резисторов

Здесь возникает вопрос: какие же номиналы резисторов R1 и R2 применять, 3 кОм и 1 кОм или 30 кОм и 10 кОм ? Все зависит от конкретного случая. Однако есть рекомендация, которая исходит из закона Ома, чем меньше значение сопротивления R1 и R2 , тем больший ток будет протекать в цепи и тем большую мощность можно получить с выхода делителя напряжения, но нужно помнить, что эта мощность ограничивается мощностью источник питания и не может ее превысить.

Также делитель напряжения можно выполнять из нескольких последовательно соединенных резисторов (рис. 6 ).

Рис. 6 — Схема делителя напряжения с несколькими резисторами

И так, мы рассмотрели резисторный делитель напряжения с фиксированным значением выходного напряжения. Однако часто возникает необходимость в плавном изменении выходного напряжения. Например, при регулировании громкости звука мы плавно изменяем напряжение на усилителе.

Для плавного регулирования величины выходного напряжения применяются переменные и подстроечные резисторы (рис. 7 ).

Рис. 7 — Переменные и подстроечные резисторы

Переменный резистор еще называют потенциометром. Конструктивно он состоит из корпуса, имеющего три вывода, и рукоятки. При вращении ручки осуществляется скользящих контакт подвижной металлической пластины, которая замыкает две токопроводящие графитные дорожки, имеющие разную проводимость в зависимости от длины. Благодаря этому изменяется сопротивление межу двумя, рядом расположенными, выводами. А сопротивление между двумя крайними выводами остается всегда неизменным.

Схема подключения переменного резистора или же потенциометра приведена ниже (рис. 8 ). Два крайних вывода подключаются к источнику питания, а между средним и одним из крайних выводов снимается выходное напряжение, величину которого можно изменять от нуля до значения входного напряжения Uвых = 0…Uвх .

Рис. 8 — Схема включения переменного резистора для деления напряжения

Если, проворачивая ручку резистора, мы введем все сопротивление (как показано на схеме (рис. 9 )), то выходное напряжение будет равно входному Uвых = Uвх , так как подводимое напряжение будет полностью падать на сопротивлении резистора.

Если же вывести все сопротивление, то выходное напряжение будет равно нулю Uвых = 0 .

Рис. 9 — Схема плавного изменения напряжения

Некоторые виды переменных резисторов

В зависимости от степени относительного изменения сопротивления при вращении рукоятки переменного резистора их разделяют на три типа (рис. 10 ):

1) с линейной зависимостью;

2) с логарифмической зависимостью;

3) с экспоненциальной зависимостью.

Рис. 10 — Зависимости переменных резисторов

Переменные резисторы с логарифмической зависимостью часто используются для регулировки уровня звука, поскольку ухо человека воспринимает звук именно по такой зависимости.

Кроме того переменные резисторы бывают как одинарные, так и сдвоенные. Последние находят широкое применение в звуковой технике.

Делители напряжения на резисторах одинаково работают и рассчитываются как для постоянного, так и для переменного напряжения. Однако, в качестве делителей переменного напряжения также часто используются конденсаторы и реже – катушки индуктивности.

Делитель напряжения применяется, если нужно получить заданное напряжение при условии стабилизированного питания. Сейчас мы поговорим о постоянном токе и резисторных делителях. О делителях с использованием конденсаторов, диодов, стабилитронов, индуктивностей и других элементов будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы ее не пропустить. В конце для примера расскажу, как сделать делитель напряжения для осциллографа, чтобы снимать осциллограммы высокого напряжения.

Резисторные делители также могут применяться для уменьшения в заданное количество раз сигналов сложной формы. На делителях напряжения с регулируемым коэффициентом ослабления строятся, например, регуляторы громкости.

Вашему вниманию подборка материалов: Схема традиционного резисторного делителя напряжения Для применения делителя напряжения нам надо уметь рассчитывать три величины: напряжение на выходе делителя, его эквивалентное выходное сопротивление, его входное сопротивление. С напряжением все понятно. Эквивалентное выходное сопротивление скажет нам, насколько изменится напряжение на выходе с изменением тока нагрузки делителя. Если эквивалентное выходное сопротивление равно 100 Ом, то изменение тока нагрузки на 10 мА приведет к изменению напряжения на выходе на 1 В. Входное сопротивление показывает, насколько делитель нагружает источник сигнала или источник питания. Дополнительно посчитаем коэффициент ослабления сигнала. Он может пригодиться при работе с сигналами сложной формы. Расчет резистивного делителя напряжения [Напряжение на выходе, В ] = [Напряжение питания, В ] * / ( + [Сопротивление резистора R2, Ом ]) Из этой формулы, в частности, видно, что резисторные (резистивные) делители выдают стабильное выходное напряжение, если напряжение питания фиксировано. = [Сопротивление резистора R1, Ом ] + [Сопротивление резистора R2, Ом ] Эта формула верна для ненагруженного делителя. Если делитель работает на нагрузку, то [Входное сопротивление делителя, Ом ] = [Сопротивление резистора R1, Ом ] + 1 / (1 / [Сопротивление резистора R2, Ом ] + 1 / [Сопротивление нагрузки, Ом ]) [Эквивалентное выходное сопротивление делителя, Ом ] = 1 / (1 / [Сопротивление резистора R1, Ом ] + 1 / [Сопротивление резистора R2, Ом ]) = [Сопротивление резистора R2, Ом ] / ([Сопротивление резистора R1, Ом ] + [Сопротивление резистора R2, Ом ]) [Действующее / мгновенное / амплитудное напряжение на выходе делителя, В ] = [Коэффициент ослабления сигнала ] * [Действующее / мгновенное / амплитудное напряжение на входе делителя, В ] Эта формула верна, если ток нагрузки делителя равен нулю. Пример — делитель для осциллографа Если мы хотим получить осциллограмму высокого напряжения, то сразу приходит в голову делитель напряжения. Изготавливаем делитель, подключаем его вход к источнику высоковольтного сигнала, а выход к входу осциллографа. Должны получить на входе осциллографа уменьшенную копию входного сигнала. Если наш сигнал имеет достаточно большую частоту или просто резкие фронты (например, меандр), то ничего не получится. Осциллограмма не будет похожа на изначальный сигнал. Причина в том, что осциллограф имеет некоторую входную емкость, которая образует с эквивалентным выходным сопротивлением делителя фильтр нижних частот. Все высшие гармоники сигнала подавляются. Кроме того этот фильтр формирует фазовый сдвиг. Это бывает существенным для многолучевых осциллографов, когда мы анализируем соотношения сигналов. Чтобы этого избежать, резистор R1 нужно зашунтировать конденсатором. Качество усилителей звуковой частоты. Обзор, схемы…. Как не спутать плюс и минус? Защита от переполярности. Описание… Схема защиты от неправильной полярности подключения (переполюсовки) зарядных уст… Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида… Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при… Применение тиристоров (динисторов, тринисторов, симисторов). Схемы. Ис… Тиристоры в электронных схемах. Тонкости и особенности использования. Виды тирис… Соединение светодиодов. Последовательное, параллельное включение оптоэ… Как правильно включить светодиод, соединять их и входные цепи приборов на их осн… Параллельное, последовательное соединение резисторов. Расчет сопротивл… Вычисление сопротивления и мощности при параллельном и последовательном соединен…

Делитель напряжения не работает

Потому что ток течет в базу транзистора, вызывая «спад» делителя напряжения. По сути, делитель напряжения ведет себя так, как вы ожидаете, когда ток не поступает и не поступает из среднего узла. При увеличении тока напряжение в середине делителя напряжения смещается дальше от «того, что вы ожидаете».

Ваш базовый ток Ib должен прийти откуда-то, и это расстраивает ваш делитель напряжения.

Кроме того, если вы измените свою схему в соответствии с соглашением, ее будет намного легче понять и сослаться на нее. Некоторые указатели:

• Переверните аккумулятор правой стороной вверх: положительное напряжение сверху.
• Используйте символы земли вместо того, чтобы связывать все вместе.
• Постарайтесь сохранить «более позитивную» сторону компонента над «менее позитивной».
• Исключите счетчики, они просто запутывают вещи, и обычно мы ссылаемся на ток через компоненты и напряжения на компонентах или на землю.
• Обычно NPN-транзисторы рисуются с коллектором сверху и эмиттером снизу.

Учитывая эти изменения, вот как может выглядеть ваша схема:

^{смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab}

Теперь вместо того, чтобы ссылаться на такие вещи, как В 1 В 1 , что трудно понять, где это, можно просто сказать В R 2 В р 2 , которое является напряжением на R2, а следовательно, и напряжением делителя напряжения. Учтите, что если ток протекает через R3, этот ток также должен протекать через R1 (или R2), что изменяет напряжение на R1 и R2. Когда R3 увеличивается, через R3 протекает меньше тока. Рассмотрим крайность: если бы R3 был бесконечным, ток не протекал бы, и В R 2 В р 2 будет 4,5 В.

Также, как указал @ Sparky256, вы устанавливаете светодиод на эмиттере Q1, что усложняет эту схему. Как правило, чтобы управлять светодиодом с NPN-транзистором, вы должны поместить светодиод на коллектор транзистора.

Делитель напряжения

Идеальный делитель напряжения

является простой схемой , которая превращает большое напряжение в меньшую одного. Используя всего два последовательных резистора и входное напряжение, мы можем создать выходное напряжение, составляющее часть входного. Делители напряжения – одна из самых фундаментальных схем в электронике. Если бы изучение закона Ома было похоже на знакомство с азбукой, изучение делителей напряжения было бы похоже на обучение написанию кошки .

Это примеры потенциометров – переменных резисторов, которые можно использовать для создания регулируемого делителя напряжения. Мы скоро узнаем об этом больше.

Делитель напряжения состоит из двух важных частей: схемы и уравнения.

Схема

Делитель напряжения включает в себя приложение источника напряжения к серии из двух резисторов. Вы можете увидеть, как он нарисован несколькими разными способами, но они всегда должны быть по сути одной и той же схемой.

Примеры схем делителя напряжения. Сокращенно, от руки, резисторы под одинаковыми / разными углами и т. Д.

 

Мы назовем резистор, ближайший к входному напряжению (V _in ), R ₁ , а резистор, ближайший к земле, R ₂ . Падение напряжения на резисторе R ₂ называется V _out , это разделенное напряжение, которое наша цепь создает.

Вот и все, что касается схемы! V _out – это наше разделенное напряжение. Это то, что в конечном итоге будет частью входного напряжения.

Уравнение

Уравнение делителя напряжения предполагает, что вам известны три значения приведенной выше схемы: входное напряжение (В _на дюйм ) и оба значения резистора (R ₁ и R ₂ ). Учитывая эти значения, мы можем использовать это уравнение, чтобы найти выходное напряжение (V _out ):

Запомните это уравнение!

Это уравнение состояния , что выходное напряжение прямо пропорционально к входному напряжению и отношение R ₁ и R ₂ . Если вы хотите узнать, откуда это взялось, ознакомьтесь с этим разделом, в котором получено уравнение. А пока просто запишите и запомните!

Калькулятор

По экспериментируйте с входами и выходами в уравнении делителя напряжения! Ниже, вы можете подключить номера для V _в и обоих резисторов и посмотреть , какие выходного напряжения они производят.

Запомните это уравнение!

Или, если вы отрегулируете V _out , вы увидите, какое значение сопротивления на R ₂ требуется (учитывая V _in и R ₁ ).

Упрощения

Есть несколько обобщений, о которых следует помнить при использовании делителей напряжения. Это упрощения, которые немного упрощают оценку схемы деления напряжения.

Во-первых, если R2 и R1 равны, выходное напряжение вдвое меньше входного. Это верно независимо от номиналов резисторов.

Если R ₂ является гораздо больше ( по крайней мере , на порядок величины) , чем R ₁ , то выходное напряжение будет очень близко к входу. На R ₁ будет очень небольшое напряжение .

И наоборот, если R ₂ намного меньше, чем R ₁ , выходное напряжение будет крошечным по сравнению с входным. Большая часть входного напряжения будет на R _1.

Приложения

Делители напряжения имеют множество применений, они являются одними из самых распространенных схем, используемых инженерами-электриками. Вот лишь некоторые из множества мест, где вы найдете делители напряжения.

Потенциометры

Потенциометр – это переменный резистор, который можно использовать для создания регулируемого делителя напряжения.

Небольшое количество потенциометров. Сверху слева, по часовой стрелке: стандартный триггер 10k , 2-осевой джойстик , софтпот , слайд-горшок , классический прямоугольный угол и удобный для макета триггер 10k .

Внутри потенциометра находится единственный резистор и стеклоочиститель, который разрезает резистор пополам и перемещается для регулировки соотношения между обеими половинами. Внешне обычно имеется три контакта: два контакта подключаются к каждому концу резистора, а третий подключается к дворнику потенциометра.

Условное обозначение потенциометра. Контакты 1 и 3 – это концы резистора. Контакт 2 подключается к дворнику.

Если внешние контакты подключены к источнику напряжения (один к земле, другой к V _in ), выход (V _out на среднем контакте будет имитировать делитель напряжения. Полностью поверните потенциометр в одном направлении, и напряжение может равняться нулю; повернувшись в другую сторону, выходное напряжение приближается к входному; дворник в среднем положении означает, что выходное напряжение будет половиной входного.

Потенциометры поставляются в различных упаковках и имеют множество собственных применений. Их можно использовать для создания опорного напряжения, настройки радиостанций , измерения положения на джойстике или в множестве других приложений, требующих переменного входного напряжения.

Считывание резистивных датчиков

Многие датчики в реальном мире представляют собой простые резистивные устройства. Фотоэлемент представляет собой переменный резистор, который производит сопротивление , пропорциональное количеству света он воспринимает. Другие устройства, такие как датчики изгиба , чувствительные к силе резисторы и термисторы , также являются переменными резисторами.

Оказывается, микроконтроллерам (с аналого-цифровыми преобразователями , по крайней мере, АЦП ) очень легко измерить напряжение . Сопротивление? Не так много. Но, добавив к резистивным датчикам еще один резистор, мы можем создать делитель напряжения. Как только выходной сигнал делителя напряжения известен, мы можем вернуться и вычислить сопротивление датчика.

Например, сопротивление фотоэлемента варьируется от 1 кОм на свету до примерно 10 кОм в темноте. Если мы объединим это со статическим сопротивлением где-то посередине, скажем 5,6 кОм, мы сможем получить широкий диапазон делителя напряжения, который они создают.

Фотоэлемент составляет половину этого делителя напряжения. Напряжение измеряется, чтобы найти сопротивление светового датчика.

Размах около 2,45 В от светлого к темному. Достаточное разрешение для большинства АЦП!

 

 

Смена уровня

Более сложные датчики могут передавать свои показания через более тяжелые последовательные интерфейсы, такие как UART , SPI или I2C . Многие из этих датчиков работают при относительно низком напряжении для экономии энергии. К сожалению, нередко эти низковольтные датчики в конечном итоге взаимодействуют с микроконтроллером, работающим при более высоком системном напряжении. Это приводит к проблеме смещения уровня , которая имеет ряд решений, включая деление напряжения.

Например, акселерометр ADXL345 допускает максимальное входное напряжение 3,3 В, поэтому, если вы попытаетесь связать его с Arduino (предположим, что он работает при 5 В), необходимо что-то сделать, чтобы понизить этот сигнал 5 В до 3,3 В. Делитель напряжения! Все, что вам нужно, это пара резисторов, соотношение которых делит сигнал 5 В примерно на 3,3 В. Резисторы в диапазоне 1–10 кОм обычно лучше всего подходят для такого применения;

Резисторы 3,3 кОм (оранжевый, оранжевый, красный) – резисторы R ₂ , резисторы 1,8 кОм – резисторы R ₁ . Пример делителей напряжения на макетной плате , сдвигающих уровень сигналов с 5 В до 3,24 В. (Щелкните, чтобы увидеть увеличенное изображение).

Имейте в виду, что это решение работает только в одном направлении. Один только делитель напряжения никогда не сможет повысить напряжение от более низкого до более высокого.

Приложение не

Каким бы заманчивым ни было использование делителя напряжения для понижения, скажем, источника питания с 12 В до 5 В, делители напряжения не должны использоваться для подачи питания на нагрузку .

Любой ток, который требуется нагрузке, также должен проходить через R ₁ . Ток и напряжение на R ₁ создают мощность, которая рассеивается в виде тепла. Если эта мощность превышает номинальную мощность резистора (обычно от W до 1W), высокая температура начинает становиться серьезной проблемой, потенциально расплавляя плохой резистор.

При этом даже не упоминается, насколько неэффективным был бы источник питания с делителем напряжения. По сути, не используйте делитель напряжения в качестве источника напряжения для всего, что требует даже небольшого количества энергии. Если вам нужно понизить напряжение, чтобы использовать его в качестве источника питания, обратите внимание на регуляторы напряжения или импульсные источники питания.

 

Если вы еще не освоили делители напряжения, в этом разделе мы оценим, как применяется закон Ома для получения уравнения делителя напряжения. Это забавное упражнение, но не очень важное для понимания того, что делают делители напряжения. Если вам интересно, приготовьтесь к забавам с законом Ома и алгеброй.

Оценка схемы

Итак, что, если вы хотите измерить напряжение на _выходе V ? Как можно применить закон Ома, чтобы создать формулу для вычисления там напряжения? Предположим, что мы знаем значения V _in , R ₁ и R ₂ , поэтому давайте получим наше уравнение V _out в терминах этих значений.

Начнем с рисования токов в цепи – I ₁ и I ₂ – которые мы назовем токами через соответствующие резисторы.

Наша цель – вычислить V _out , что, если бы мы применили закон Ома к этому напряжению? Достаточно просто, задействован только один резистор и один ток:

Мы знаем значение R ₂ , но как насчет I ₂ ? Это неизвестное значение, но мы кое-что о нем знаем. Мы можем предположить (и это оказалось большим предположением), что I ₁ эквивалентно I ₂ . Хорошо, но это нам помогает? Задержите эту мысль. Наша схема теперь выглядит так, где I равно I ₁ и I ₂ .

Что мы знаем о V _в ? Ну, V _in – это напряжение на обоих резисторах R ₁ и R ₂ . Эти резисторы включены последовательно. Последовательные резисторы в сумме дают одно значение, поэтому мы можем сказать:

И на мгновение мы можем упростить схему, чтобы:

Закон Ома в его основе! V _в = I * R. Что, если мы обратимся , что R обратно в R ₁ + R ₂ , можно также записать в виде:

И поскольку I эквивалентен I ₂ , вставьте это в наше уравнение V _out, чтобы получить:

И это, друзья мои, уравнение делителя напряжения! Выходное напряжение – это часть входного напряжения, и эта доля равна R _2, деленному на сумму R ₁ и R ₂ .

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы поняли суть одной из самых распространенных схем в электронике, есть целый мир новых вещей, которые нужно изучить!

Хотите узнать, как микроконтроллер, например Arduino, может считывать аналоговое напряжение, создаваемое делителем напряжения?

• Аналого-цифровые преобразователи

Благодаря мощности делителя напряжения и АЦП вы можете многого добиться в мире электроники. Ознакомьтесь с этими другими замечательными уроками.

• Некоторые разновидности акселерометров и гироскопов имеют аналоговые выходы, которые необходимо считать АЦП, чтобы получить полезные значения.
• Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) похожа на аналоговый выход, который противоположен аналоговому входу.
• INA169 позволяет ощутить тока с помощью АЦП.
• Используя делитель напряжения и АЦП, вы можете считывать данные с всех видов датчиков и переменных компонентов, таких как подстроечные регуляторы, джойстики, ползунки и резисторы, чувствительные к усилию , и многое другое.
• Arduino карта () функция
• Аналоговые выводы Arduino
• В Руководстве по подключению индикатора батареи Uh-Oh используется делитель напряжения, чтобы сообщить вам, становится ли ваша батарея слишком низкой.

 

 

 

Post Views: 73

Омические делители напряжения с учетом паразитных емкостей на землю

Страница 12 из 39

Распределенные емкости на землю.

При выполнении омических делителей на высокие напряжения большие линейные размеры сопротивления R1 вынуждают учитывать распределенные емкости по отношению к земле. Последние являются причиной асимптотического приближения переходной функции к своему конечному значению. Схема замещения такого делителя напряжения дана на рис. 36. На этой схеме не учтены индуктивности отдельных элементов, которые зависят от их конструкции, физического строения и т. д., что в известной степени допустимо в ограниченном диапазоне частот. Более точная схема замещения делителя напряжения с учетом индуктивностей будет нами подробно рассмотрена позднее.

Рис. 36. Схема замещения омического делителя напряжения с распределенными емкостями, параллельными и по отношению к земле.

Рис. 37. Распределение напряжения вдоль омического делителя напpяжения с распределенной емкостью по отношению к земле в зависимости от отношения Cр/Cз.
В схеме замещения на рис. 36 высоковольтная часть R1 принята состоящей из N последовательно соединенных частичных сопротивлений R’1= R1/N. Каждое из этих частичных сопротивлений имеет собственную параллельную емкость C’р=CрN. Частичные емкости по отношению к земле C’з=Cз/N возникают из-за наличия неизбежного электрического поля между каждым частичным элементом и соседними предметами, имеющими потенциал земли (пол, стены и т. д.).

Погонная емкость по отношению к земле может быть рассчитана по формулам [Л. 86]. Эти формулы дают значения около 15—20 пФ/м. В действительности погонная емкость в верхней части делителя напряжения получается меньше, чем в нижней. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, даже у делителей высотой в несколько метров нужно стремиться к равномерной погонной емкости, чтобы не иметь больших погрешностей [Л. 65].
При падении прямоугольной волны емкости по отношению к земле заряжаются. Необходимый для этого зарядный ток дает источник напряжения. Этот ток больше в верхней части делителя, что является причиной нелинейного, частотно-зависимого распределения напряжения вдоль делителя (рис. 37). Нелинейность распределения этого напряжения тем больше, чем меньше отношение Ср/Сз. По истечении длительного промежутка времени, когда емкости по отношению к земле уже заряжены, устанавливается линейное распределение напряжения соответственно погонному активному сопротивлению. Делитель работает как многозвенный фильтр, который сильно демпфирует высокочастотные составляющие входного напряжения, что приводит к сглаживанию фронта волны выходного напряжения. Чтобы уменьшить вредное влияние емкости на землю при воспроизведении быстро изменяющихся напряжений, нужно, чтобы распределение электрических полей в емкостных и активных частях делителя было идентичным. Это можно достичь в емкостно-омических или регулируемых омических делителях напряжения.    

Емкостно-омические делители напряжения.

Как было показано в предыдущем параграфе, вследствие малых зарядных токов, протекающих по частичным емкостям по отношению к земле в нижней части делителя, распределение напряжения получается нелинейным и частотнозависимым. Неравномерность распределения напряжения может быть ликвидирована увеличением параллельных емкостей Ср [Л. 88]. Это осуществляется подключением конденсаторов параллельно омическим элементам делителя. Нетрудно понять, что идеальная характеристика передачи получается, когда отношение Ср/Сз бесконечно велико, однако использование такого делителя напряжения невозможно из-за его большого влияния на измеряемый объект. Практически достаточно иметь соотношение Ср/Сз>3 [Л. 88]. Это означает, что у делителя напряжения из десяти ступеней при частичной емкости по отношению к земле С’з 10 пФ необходима общая параллельная емкость 300 пФ и, следовательно, частичная параллельная емкость С’р должна быть 3.000 пФ на ступень. Недостаток емкостно-омического делителя напряжения состоит в том, что область его применения сильно ограничена из-за большой общей параллельной емкости и вследствие этого значительного влияния на испытательную цепь. Кроме того, высоковольтные конденсаторы емкостью 3 000 пФ имеют индуктивность, которой нельзя пренебречь.

Рис. 38. Емкостно-омический делитель напряжения на 2 МВ.

Разумеется, у емкостно-омических делителей напряжения постоянные времени у высоковольтной и низковольтной частей должны быть одинаковы, что делает необходимым параллельное подключение к низковольтной части емкостей порядка нескольких микрофарад [Л. 89].
При достаточных дополнительных емкостях С’р емкостями по отношению к земле можно пренебречь, и тогда справедлива схема замещения двухступенчатого делителя напряжения на рис. 33. Общий вид смешанного делителя напряжения на 2 МВ фирмы Хэфели показан на рис. 38. Добавочные частичные емкости C’р расположены коаксиально вокруг активного сопротивления. Это обеспечивает очень хорошую экранировку емкостями цепи сопротивлений. Кроме двух точек соединения в верхней и нижней частях делителя не имеется никаких дополнительных параллельных соединений между обеими ветвями.

Рис. 39. Схема замещения омического делителя напряжения с распределенной емкостью по отношению к земле.

Существенное уменьшение влияния на контур высокого напряжения достигается путем ступенчатого уравнивания емкостей по отношению к земле (Л. 91]. Емкости С’э на рис. 36 образуются из многих частичных емкостей. Корректировку их производят так, чтобы ступени частичных емкостей соответствовали ступеням сопротивлений (рис. 39). Между точками 1 и 2 нужно подключить параллельно емкость C1-2=C’3, между точками 2 и 3—С2-3=3C’3, между точками 3 и 4 — C3-4=6C’3 и т. д. и в общем виде

Рис. 40. Емкостно-омический делитель напряжения с равномерным (а) и ступенчатым (б) уравниванием емкостей по отношению к земле.

Для наглядного сравнения обоих описанных методов на рис. 40 приведены схемы двух емкостно-омических делителей напряжений с равномерно распределенной и ступенчатой компенсирующей емкостью. Смешанный делитель напряжения с расположенной ступенями параллельной емкостью оказывает значительно меньшее влияние на цепь высокого напряжения, чем делитель с равномерно распределенной погонной параллельной емкостью.

Недостаток его — большая чувствительность к колебаниям емкости по отношению к земле в зависимости от места установки и степени связи со стороной высокого напряжения. Во всех случаях рекомендуется градуировку делителя напряжения производить способом прямоугольного импульса в условиях, близких к действительным. Практические сведения об изготовлении делителей напряжения со ступенчатым расположением параллельной емкости, которые применяются для исследований в импульсных схемах, приведены в [Л. 65].

Омический делитель напряжения с регулируемым полем.

Распределение электрического поля по емкостям можно сделать примерно таким же, как по активному сопротивлению, если в верхней части делителя предусмотреть регулируемый электрод, благодаря которому вокруг сопротивления, выполненного в виде колонны, создается равномерное электрическое поле, что равнозначно исчезновению полей частичных емкостей по отношению к земле. Практически достаточно однородное электрическое поле может быть получено только посредством электрода очень больших размеров. Поэтому Хагенгутом [Л. 92] было предложено регулируемый электрод изготовлять в виде колокола, создающего частичные емкости высоковольтного конца на элементы делителя и компенсирующего зарядные токи через частичные емкости на землю.
Для выравнивания распределения электрического поля в активной и емкостной частях может быть использовано сопротивление, элементы которого выполнены с изменяющимся погонным сопротивлением [Л. 93]. Главное преимущество нелинейного погонного сопротивления состоит в том, что у делителя получаются очень малые параллельные емкости и соответственно он незначительно влияет на цепь высокого напряжения. Чтобы уменьшить электрическую нагрузку на материал сопротивления вблизи верхней части делителя, компенсацию регулированием сопротивления выполняют неполной и применяют регулируемый электрод, который, правда, имеет сравнительно небольшие размеры. У этого электрода, кроме того, есть еще и другое назначение — сделать электрическое поле в верхней части делителя мало зависящим от места установки последнего.

Однако получающаяся от регулируемого электрода продольная емкость в верхней части делителя вместе с индуктивностью подводящих проводов (Lz) являются причиной возникновения колебаний на кривой переходной функции. Для устранения или ослабления этого явления в подводящий провод к делителю (или лучше — между его верхней частью и регулирующим поле электродом) включают активное демпфирующее сопротивление Rд [Л. 42, 70] (рис. 41). В последнем случае демпфирующее сопротивление не влияет на номинальное передаточное отношение делителя.

Рис. 41. Регулируемый омический делитель напряжения с демпфирующим сопротивлением.
Рис. 42. Упрощенная схема замещения регулируемого омического делителя напряжения.

Если предположить, что намотка сопротивления выполнена так, что потенциал равномерно распределен по емкостям, а индуктивностью сопротивления можно пренебречь, то для предварительных исследований характеристик передачи регулируемого омического делителя напряжения можно с достаточной степенью точности воспользоваться упрощенной схемой замещения, приведенной на рис. 42. Эта схема состоит из сосредоточенных элементов и имеет такую же переходную функцию, как идеально компенсированный емкостно-омический делитель напряжения. Возможные колебания, которые накладываются на переходную функцию, возникают из-за резонансного контура, состоящего из индуктивности подводящих проводов и параллельной емкости делителя напряжения.

В качестве примера на рис. 43 показана конструкция современного омического делителя напряжения с регулированием поля фирмы Хэфели. Этот делитель пригоден для напряжений до 2 МВ и имеет время нарастания переходной функции 30 нс при выбросе 10%. Ветвь с активным сопротивлением состоит из сопротивления величиной 20 кОм. Параллельно ему подключена емкостная ветвь без электрических параллельных соединений. Регулирующие поле электроды также не имеют никаких электрических соединений непосредственно к частям сопротивления делителя. Конструкция гарантирует отсутствие коронирования вплоть до номинального напряжения.
Характеристики передачи регулируемого делителя напряжения зависят главным образом от формы и размеров регулирующего поле электрода, а также от распределения нелинейного сопротивления. Поэтому заключение о применимости данного делителя напряжения для тех или иных измерительных целей следует делать не только на основании значения времени ответа, но и с учетом самой переходной функции и определяющих параметров измерительной схемы: рода и длины подводящих проводов и т. д. Другие подробности, касающиеся конструкций практически выполненных делителей напряжения и вида переходной функции можно найти в [Л. 50, 73, 74].

Всё о делителях напряжения — Блог Ильи Житенёва

В продолжение темы об изучении схемотехники и микроконтроллера Arduino рассмотрим определение делителя напряжения и его принцип работы. Научимся рассчитывать делитель, и разберём возможные области применения делителей напряжения. В статье имеется минимально необходимое количество математических выкладок.

Здравствуйте, мы продолжаем изучать Arduino! Напомню, что в прошлый раз мы сделали простейший светофор на Arduino, а в этот раз я расскажу о делителях напряжения — о том, как они работают, как их рассчитывать и как их можно использоваться для создания измерительного прибора или какого-либо датчика.

Название говорит само за себя — делитель напряжения позволяет имея одно напряжение на входе цепи — разделить его на части. Как он работает? Очень просто! Чтобы собрать делитель напряжения нам понадобиться:

• 2 Резистора на 10 [кОм]
• Ручка
• Листок бумаги

Делитель напряжения

Взгляните на схему. Допустим, между точками А и С приложено напряжение Up. Согласно второму закону Кирхгофа, вытекающего из закона сохранения энергии и «баланса мощностей» в данной цепи возникнет ток. Второй закон Кирхгофа говорит, что сумма падений напряжения на каждом элементе цепи равно сумме ЭДС в этой цепи.

Выразим отсюда ток, протекающий в нашей цепи.

Идём дальше! Зная ток, протекающий через резисторы, мы в два счёта находим  падения напряжения на этих элементах. Напишу формулу для расчёта падения напряжения на резисторе R1:

Аналогично напишите сами для резистора R2 (полезно для понимания). Подсказка: ответ будет тот же, но решение иным. Как мы видим, на первом резисторе падает половина напряжения и вторая половина на втором резисторе.  Отсюда следует, что в точке В мы имеем половину напряжения Up, что можно выразить также двумя способами. Первый способ — взять потенциал в точке C (Uc) и прибавить к нему падение напряжения UR2 на резисторе R2. Тут мы полагаем, что потенциал точки С нулевой, а точки А соответствует нашей ЭДС цепи.

Второй способ: взять потенциал в точке А и вычесть из него падение напряжения UR1 на резисторе R1

Поскольку резисторы у нас одинаковые, то и результат мы получаем одинаковый — половина ЭДС. Но что будет, если взять резистор R2 = 2R1 = R? Расписываем по аналогии  с самого начала и получаем

R в правой части сократятся и мы получим потенциал в точке В равный 2/3 от ЭДС.

Делители напряжения часто используют для создания измеряющих приборов на основе резисторов, изменяющих своё сопротивление при изменении какого-то одного внешнего параметра. Например, температуры (термистор) или света (фото резистор — в турникетах в метро).

Также, можно просто понизить напряжение, например, если вам надо измерить напряжение в цепи +12 В с помощью АЦП микроконтроллера, который может измерять лишь в диапазоне от 0 до +5В. Собираете делитель, так чтобы при максимально возможном напряжении в цепи, в его средней точке напряжение не превышало максимально возможного для АЦП.

Однако, стоит помнить, о низкой эффективности такого преобразователя напряжений! Использовать делитель для понижения напряжения в целях питания какого-либо устройства не стОит! Делители применяются там, где нужны очень маленькие токи — например для цифровых входов, работающих на напряжении, а не на токе.

Ну вот и всё! В этом посте мы научились собирать и рассчитывать делитель напряжения, а также немного узнали об их применении. В следующем посте мы перейдём от теории к практике и соберём измеритель температуры. Если у вас есть какие-либо вопросы, что-то осталось непонятным или хотите узнать по подробнее, то пишите в комментариях к данному посту. Удачи!

Делитель напряжения

Бюджетным вариантом преобразования основных параметров электрического тока являются делители напряжения. Такое устройство легко изготовить самостоятельно, но чтобы сделать это, нужно знать назначение, случаи применения, принцип работы и примеры расчетов.

Блок: 1/4 | Кол-во символов: 255
Источник: https://odinelectric.ru/equipment/chto-takoe-delitel-napryazheniya

Назначение и применение

Для преобразования переменного напряжения применяется трансформатор, благодаря которому можно сохранить достаточно высокое значение тока. Если необходимо в электрическую цепь подключить нагрузку, потребляющую небольшой ток (до сотен мА), то использование трансформаторного преобразователя напряжения (U) не является целесообразным.

В этих случаях можно использовать простейший делитель напряжения (ДН), стоимость которого существенно ниже. После получения необходимой величины U выпрямляется и происходит подача питания на потребитель. При необходимости для увеличения силы тока (I) нужно использовать выходной каскад увеличения мощности. Кроме того, существуют делители и постоянного U, но эти модели применяются реже остальных.

ДН часто применяются для зарядок различных устройств, в которых нужно получить из 220 В более низкие значения U и токов для разного типа аккумуляторов. Кроме того, целесообразно использовать устройства для деления U для создания электроизмерительных приборов, компьютерной техники, а также лабораторных импульсных и обыкновенных блоков питания.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1095
Источник: https://odinelectric.ru/equipment/chto-takoe-delitel-napryazheniya

Делитель напряжения из двух последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

Если делитель напряжения состоит из двух одинаковых резисторов, то приложенное напряжение делится на них пополам.

Uвых = Uвх/2

Блок: 2/3 | Кол-во символов: 222
Источник: http://www.sxemotehnika.ru/delitel-napryazheniya.html

Резистивный делитель напряжения

Схема простейшего резистивного делителя напряжения

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора и , подключённых к источнику напряжения . Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с первым правилом Кирхгофа. Падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению (ток, как было установлено ранее, одинаков):

.

Для каждого резистора имеем:
Сложив выражения, получаем:

Далее:

Из этого следует:

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно , можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму:

1. Определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока, потребляемого нагрузкой (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения .

2. Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления .

3. Выбрать конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда, отношение величин которых близко́ требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетному сопротивлению .

При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления, допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов — она должна превышать выделяемую на них мощность.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 1835
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Делитель напряжения (теория)

Для того, чтобы поделить напряжение, нам потребуется два и более резисторов.  Для начала рассмотрим вот такой рисунок:

Наш схемка состоит из двух резисторов, подключенных последовательно. На эти резисторы подается напряжение. Оно может быть как переменное, так и постоянное. Назовем его U. Пропуская ток через эти резисторы, у нас сразу же в дело вступит Закон Ома.  Мы знаем, что если резисторы соединены последовательно, то их общее  сопротивление  будет равняться сумме их номиналов. То есть получается, что

Rобщее=R1+R2

I=U/Rобщее

то есть можно написать

I=U/(R1+R2)

При последовательном соединении резисторов, сила тока – I, проходящая через каждый резистор одинакова – это есть закон последовательного соединения резисторов. Так, разобрались. У нас каждый резистор обладает каким-то своим сопротивлением. Отсюда напрашивается вывод из Закона Ома, что на каждом сопротивлении у нас будет какое-то свое напряжение, которое зависит от сопротивления резистора.

На сопротивлении R1  у нас будет напряжение U1, а на сопротивлении R2  у нас будет напряжение U2

I=U2/R2=U1/R1=U/(R1+R2)

Давайте найдем значения U1 и U2. Вы все учились в школе и сможете без проблем решить эту уравнение. Умножаем, сокращаем и в конце концов получаем, что

U1=UxR1/(R1+R2)

U2=UxR2/(R1+R2)

А вы знаете, что если сложить правые части уравнения, получим U ? Не верите? Проверьте! Отсюда получаем, что U=U1+U2.

Короче говоря простым языком чайника: если резисторы включены в цепь последовательно, то на каждом резисторе падает напряжение (падает, значит на концах резистора имеется это напряжение) и сумма падений напряжений на всех резисторах будет равняться напряжению источника (батарейки, блока питания или какого-нибудь источника ЭДС). Мы разделили напряжение источника U на два  разных напряжения U1 и U2.

Для лучшего понимания давайте рассмотрим еще одну цепь, состоящую из n резисторов

На схеме выше мы видим резисторы, которые соединены последовательно. Чему будет равняться Uобщ ? Так как резисторы соединены последовательно, следовательно, на каждом резисторе падает какое-то напряжение. Сумма падений напряжения на всех резисторах будет равняться Uобщ . В нашем случае формула запишется как

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 2219
Источник: https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/

Делитель напряжения (практика)

Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультиметр:

Замеряем сопротивление маленького резистора, R1=109,7 Ом.

Замеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.

Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт. Замеряем напряжение с помощью мультиметра (не смотрите на показания блока питания, он обладает бОльшей погрешностью, чем мультиметр).

Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно. Напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. Силу тока мы будем замерять с помощью мультиметра.

Замеряем напряжение на большом резисторе. На нем падает 3,21 Вольт.

Замеряем напряжение на маленьком резисторе. На нем падает 6,77 Вольт

Ну что, с математикой думаю у всех в порядке. Складываем эти два значения напряжения 3,21+6,77 = 9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Спишем на погрешность щупов и средств измерений. Вот наглядный пример того, что мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1040
Источник: https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/

Сила тока при последовательном соединении сопротивлений

Давайте же  убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова. 0,04 А или 40 мА.

Убедились? 🙂

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 188
Источник: https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/

Переменный резистор в роли делителя напряжения

Для того, чтобы плавно делить напряжение, у нас есть переменный резистор в роли делителя напряжения. Его еще также называют потенциометром.

Его обозначение на схеме выглядит вот так:

Принцип такой: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление. Сопротивление относительно среднего контакта по отношению к крайним может меняться  в зависимости от того, куда мы будем крутить крутилку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на мощность 1Вт и имеет полное сопротивление 330 Ом. Давайте посмотрим, как он будет делить напряжение.

Так как мощность небольшая , всего 1 Вт, то не будем нагружать его большим напряжением. Формула мощности P=IU.  Ток потребления из закона Ома I=U/R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого  резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.

Для этого выставляем на блоке напряжение в 1 Вольт и цепляемся к нашему резистору по двум крайним контактам.

Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактом:

0,34 Вольта

Замеряем напряжение между средним и правым контактом

0,64 Вольта

Суммируем напряжение  и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то затерялись, скорее всего на щупах, так как они тоже обладают сопротивлением.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 1463
Источник: https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/

Заключение

В настоящее время делители напряжения создаются с помощью абсолютно других законов электроники. Это может быть полупроводниковые схемы или даже схемы с использованием микроконтроллеров. Но, если требуется быстро получить делитель напряжения и изменять малую мощность напряжения или сигнала в электронике, то делитель напряжения  на резисторах вам пригодится как нельзя кстати.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 387
Источник: https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/

Кол-во блоков: 14 | Общее кол-во символов: 9342
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

1. https://odinelectric.ru/equipment/chto-takoe-delitel-napryazheniya: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 1350 (14%)
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F: использовано 1 блоков из 8, кол-во символов 1835 (20%)
3. https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/: использовано 5 блоков из 6, кол-во символов 5297 (57%)
4. http://www.sxemotehnika.ru/delitel-napryazheniya.html: использовано 2 блоков из 3, кол-во символов 860 (9%)

Почему последовательная цепь сопротивлений называется делителем напряжений и как он работает.

Чтобы понять, почему именно последовательную цепь, состоящую из электрических сопротивлений, называют делителем  напряжений давайте с Вами разберемся в основах электрофизики. Хотя, если вдуматься в само название этого вопроса, можно и самому догадаться, что если имеется последовательная цепь из резисторов, то на каждом из них по идее должно оседать какая-то определённая часть электрического напряжения. Следовательно, мы как бы делим одно общее напряжение на некоторые его части, величина которых нам нужна для каких-то своих нужд.

Итак, электрическое напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя различными точками. Если взять обычный резистор (имеющее некоторое сопротивление, пусть 10 Ом), и к нему приложить напряжение, к примеру величиной в 12 вольт, то через резистор потечет электрический ток величиной в 1,2 ампера (по закону ома мы напряжение делим на сопротивление). При этом если щупами вольтметра прикоснутся к выходу источника питания, а потом непосредственно к нашему резистору, то убедимся, что напряжение будут совпадать (возможно с очень малой разницей по причине оседания напряжения на самих проводах, если они достаточно длинны).

Теперь вместо одного резистора на 10 Ом мы поставим два последовательно соединенных резистора, каждый из которых по 5 Ом (при последовательном соединении сопротивлений их номиналы слаживаются). Подсоединив всё тот же блок питания на 12 вольт и измерив напряжение на каждом из резисторов мы увидим что напряжение поделилось поровну. На каждом резисторе осело ровно по 6 вольт. Это потому что сопротивления одинаковой величины. Если мы поставили три одинаковых резистора то и напряжение разделилось бы поровну на три части (по 4 вольта). Ну думаю смысл деления понятен.

А что если резисторы будут разной величины (соединение их также последовательное) ? Тогда электрическое напряжение поделится прямо пропорционально их сопротивлению. Узнать на каком какое осядет напряжения можно либо просто измерив его вольтметром, либо же путём применения формулы закона Ома, но для этого мы должны знать силу тока, что будет протекать по этой последовательной цепи. И чтобы узнать напряжение на резисторе нужно силу тока (в Амперах) умножить на его сопротивление (в Омах). Ну, и так для каждого резистора, где нужно узнать напряжение.

На примере последовательно соединённых резисторов мы увидели сам принцип деления напряжения. Более распространенным вариантом делителя напряжения является использование переменного (подстроечного) резистора, имеющего три вывода (два основных, имеющие общее сопротивление данного резистора и один вывод, идущий от ползунка, смещающегося между этими двумя основными). В схемах делителя напряжения его подключают так: один вывод (из основных) является общим, второй из основных является местом, куда прилаживается общее напряжение, ну, а с вывода, идущего от ползунка, относительно общего провода, снимается более низкое напряжение, величину которого можно выставить ручкой этого переменного резистора. Данный вариант делителя напряжения повсеместно используется в регуляторах громкости, тембра и т.д.

Итак, мы выяснили, что приложенное электрическое напряжение на цепочку последовательно соединенных резисторов будет делится пропорционально сопротивлению, которым обладает каждый из них. Может возникнуть вопрос (если коснуться практического применения делителя напряжения в конкретных схемах), а что при этом сопротивления могут быть совсем разные? Для получения нужной величины именно напряжения, то да, лишь бы соблюдался принцип пропорциональности. Но вот если в схеме имеет значение сила тока, текущего через этот самый делитель напряжения, то тут уж величина сопротивлений имеет значение.

Допустим нам нужно использовать делитель напряжения для регулируемого блока питания. В обычной схеме такого блока питания имеется параметрический стабилизатор в виде опорного стабилитрона. Стабилитроны не рассчитаны на большие токи (через них в рабочем состоянии протекают десятки миллиампер). Следовательно параллельно подключенный к стабилитрону делитель напряжения (в виде обычного переменного резистора) также не будет пропускать через себя большие токи. Посему номинал переменного резистора для делителя напряжения берется обычно в пределах 1-10 килоОм.

В электрических схемах делители напряжения встречаются на каждом шагу. Именно эти делители позволяют получать нужное значения электрического напряжения в тех или иных узлах схемы. В более простом варианте роль данного делителя выполняют обычные постоянные и переменные резисторы. Хотя при усложнении схемы уже могут использоваться цифровые варианты и аналоги, что дает свои преимущества.

P.S. Понимая общий принцип работы и само назначение делителя напряжения вы уже легко сможете распознавать эту функциональную часть в различных электрических и электронных схемах. При некоторой практике сами начнете широко их использовать в тех или иных схемах (обычно начинают с самодельных регулируемых блоков питания).

Правило делителя напряжения

. Как работает делитель напряжения?

Делитель напряжения представляет собой схему, которая позволяет нам получать выходное напряжение, меньшее или равное входному напряжению. Выходное напряжение обычно получается на земле и подключенном к ней резисторе, но может быть и на любом другом резисторе.

Как работает делитель напряжения?

Когда два или более резистора соединены последовательно, ток, протекающий через них, одинаков. Эквивалентный резистор, включенный последовательно, получается суммированием всех номиналов резисторов.Ток в цепи получается с помощью закона Ома: I = V / Rs, где Rs = R1 + R2 + R3

См. Изображение ниже с исходной схемой и эквивалентной схемой из трех последовательно соединенных резисторов.

Чтобы узнать, какое напряжение на любом из резисторов цепи, мы используем формулу делителя напряжения. Мы знаем, что в цепи последовательного резистора ток одинаков для всех резисторов, поэтому, используя закон Ома для каждого резистора, мы находим следующие формулы:

• I = Vin / Rs
• I = V1 / R1
• I = V2 / R2
• I = V3 / R3

Эти токи одинаковы, поэтому Vin / Rs = V1 / R1 = V2 / R2 = V3 / R3

Предполагая, что напряжение, которое мы хотим узнать, равно V1. , мы очищаем это значение.V1 = (Vin) (R1) / Rs. Мы можем найти V2 и V3 таким же образом, используя соответствующее сопротивление резистора.

Правило делителя напряжения

Vout = (Rout / Rt) x Vin, где:

• Rout = Сопротивление на выходе
• Rt = Общее сопротивление цепи

Vout = (Сопротивление на выходе / Общее сопротивление схемы) x Вин.

Примеры делителя напряжения

Использование следующих значений: R1 = 1K, R2 = 2K, R3 = 3K и Vin = 12 вольт.

1. Если мы хотим узнать напряжение на резисторе R3.

• Vout = Vin x R3 / (R1 + R2 + R3)
• Vout = 12V x 3K / (1K + 2K + 3K)
• Vout = 12 В x 3K / 6K = 12 В / 2 = 6 В

2 Если мы хотим узнать напряжение кросс-резистора R1.

• Vout = Vin x R1 / (R1 + R2 + R3)
• Vout = 12V x 1K / (1K + 2K + 3K)
• Vout = 12V x 1K / 6K = 12V / 6 = 2V

Электроника Схема: делители напряжения — новейшая открытая технология от Seeed

Делители напряжения и тока

представляют собой простые, фундаментальные, но важные схемы.Вы когда-нибудь задумывались, что они на самом деле делают? Мы здесь, чтобы ответить на этот вопрос сегодня!

Однако, прежде чем мы сможем начать объяснять, что такое делители напряжения и делители тока, вот несколько ключевых понятий, на которые следует обратить внимание:

• Напряжение : Разница в электрическом потенциале между двумя точками.
• Резистор : Пассивный двухконтактный электрический компонент, реализующий электрическое сопротивление как элемент схемы.
• Закон Ома : Напряжение (В) = ток (I) / сопротивление (R)

Помимо этих 3 концепций, есть еще 2 ключевые концепции, которые вы должны знать о делителях напряжения и тока:

Закон Кирхгофа о напряжении

Закон Кирхгофа о напряжении гласит, что алгебраическая сумма всех напряжений в контуре должна равняться нулю.

Например, если V1 — батарея 10 В, R1 — 2 Ом, а R2 — 3 Ом соответственно, ток будет: 10 В / (2 Ом + 3 Ом) = 2 А

Чтобы найти R1, это будет 2 Ом x 2 А = 4 В

Чтобы найти R2, это будет 3 Ом x 2 А = 6 В

Действующий закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа о течениях гласит, что алгебраическая сумма всех токов, входящих и выходящих из узла, должна быть равна нулю.

Таким образом, формула выглядит так:

Если вы не уверены или хотите получить дополнительную информацию о концепции напряжения и резистора, обязательно посетите мои другие блоги:

С учетом сказанного, давайте перейдем к нашей теме сегодня.Что будет покрыто:

• Что такое делители напряжения и делители тока
• Схема делителя напряжения и делителя тока
• Делитель напряжения и делитель тока Правило + расчеты
• Применение делителей напряжения и делителей тока

---

Что такое делители напряжения?

Делитель напряжения определяется как линейная схема, которая вырабатывает выходное напряжение ( В, , _из ) , которое является частью входного напряжения ( В, _, ).

Проще говоря, делители напряжения также известны как схема делителя потенциала, они используются в последовательной цепи для создания разных уровней напряжения от общего источника напряжения, но ток одинаков для всех компонентов. Примером делителя напряжения являются два последовательно соединенных резистора, как показано ниже.

Что такое делители тока?

Делители тока — это параллельные цепи, в которых ток источника или питания делится на несколько параллельных цепей.

Таким образом, делители тока представляют собой параллельные цепи, которые делят ток. Обычная установка делителя тока — это источник питания с двумя параллельными резисторами. Пример настройки показан ниже:

---

Схема делителя напряжения

Схема выше является примером того, как выглядит базовая схема делителя напряжения: делитель напряжения с двумя резисторами. Где В _в относится к входному напряжению, В _{на выходе} относится к выходному напряжению.R1 и R2 относятся к первому и второму резистору соответственно.

Заинтересованы в изготовлении делителя напряжения своими руками? Проверь это!

Цепь делителя тока

Схема, приведенная выше, является примером того, как будет выглядеть типичный делитель тока: 2 или более резисторных делителя тока. Где Is относится к источнику тока, R1, R2 и R3 относятся к первому, второму и третьему резистору по отдельности.

---

Правило делителя напряжения + расчеты

Правило делителя напряжения определяется как напряжение, разделенное между двумя резисторами, которые соединены последовательно, прямо пропорционально их сопротивлению.

Таким образом, это указывает на то, что в цепи может быть более двух резисторов. После того, как мы поняли правило делителя напряжения, мы можем приступить к рассмотрению схемы и уравнения.

Используя нашу схему делителя напряжения в качестве примера, формула:

Легенда:

• В _выход = Выходное напряжение или уменьшенное напряжение
• В _дюйм = Входное напряжение
• R1 и R2 = номинал резистора.

Давайте посмотрим на примере, чтобы определить падение напряжения на каждом резисторе:

Используя то, что указано в схеме, мы можем расположить их в таблице следующим образом:

Затем мы можем сложить общее сопротивление, учитывая, что резисторы включены в последовательную цепь:

Используя закон Ома, где I = E / R, I = 45 / 22,5. Затем мы можем найти полный ток, зная, что ток постоянен на всех резисторах:

Теперь, когда мы знаем, что ток равен 2 мА, мы снова можем использовать закон Ома: E = IR.Затем мы можем узнать напряжение в каждом резисторе:

В то время как формула правила делителя напряжения:

Используя ту же схему, что и в предыдущем примере, давайте воспользуемся более быстрым способом вычисления того же ответа:

Помните, как мы упоминали, как вам нужно понимать закон Ома и закон напряжения Кирхгофа? Вот где он используется:

Согласно закону Ома V = IR . Таким образом, из уравнения мы можем получить это уравнение:

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Отсюда мы можем применить закон Кирхгофа о напряжении:

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)

Таким образом,
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
И, следовательно,
i (t) = v (t) / R1 + R2 ………… ….(III)

Подставив уравнение III в I и II, вы получите:

V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t ) (R2 / R1 + R2)

Упрощения

Как видно из предыдущего примера, это может быть немного сложно для понимания. Таким образом, эти упрощенные уравнения вам в помощь!

Правило текущего делителя + вычисления

Правило делителя тока определяется как отношение полного сопротивления к отдельному сопротивлению, такое же, как отношение отдельного тока (ветви) к общему току.

Следовательно, как только мы узнаем полный ток в цепи, мы сможем узнать количество тока в каждой отдельной ветви. Теперь, когда мы знаем текущее правило делителя, мы можем перейти к формулам и расчетам.

Формула текущего делителя:

Легенда:

• I Ветвь = ток, протекающий через определенную ветвь.
• Is = источник тока (мощности).
• RTotal = общее эквивалентное значение сопротивления резисторов, включенных параллельно цепи делителя тока.
• RBranch = значение сопротивления ветви для тока, в котором вы решаете.

Давайте посмотрим на примере, чтобы определить токи ответвления через отдельные резисторы:

Используя то, что нам дано, мы можем расположить их в таблице следующим образом:

Затем, применяя закон Ома, где I = E / V, мы можем найти ток в каждой ветви:

Затем мы можем сложить сумму тока в каждой ветви:

Используя снова закон Ома, где R = E / I, R = 6/11, мы можем найти сопротивление:

Давайте использовать ту же схему, что и в нашем предыдущем примере, мы можем дважды проверить правильность нашего ответа, используя формулу:

---

Применение делителей напряжения

Делители напряжения обычно используются в аналоговых и цифровых схемах.Теперь, когда мы знаем, как работают делители напряжения, мы можем перейти к практическому использованию делителей напряжения!

Компания Seeed также предлагает делитель напряжения, так что вы можете приобрести его и попробовать сами!

Датчики резистивные

Обычно используются два резистивных датчика: LDR (светозависимый резистор) и термистор. Однако они резистивного типа. В результате микроконтроллеры, такие как Arduino, смогут только считывать напряжение.

Чтобы решить эту проблему, добавьте в схему еще один резистор, чтобы сформировать делитель напряжения на датчике.Это позволит резистивным датчикам измерять как напряжение, так и сопротивление.

Чтобы получить себе один из этих резистивных датчиков, вы можете проверить те, которые мы предлагаем здесь! У нас также есть термистор, если вы хотите использовать его в своих проектах!

Уровнемеры

Они также известны как переключатели логического уровня или преобразователи уровня напряжения. В игру вступят делители напряжения, которые будут действовать как переключатели уровня для интерфейсных датчиков и микроконтроллеров, которые имеют другое рабочее напряжение.

Его основная цель — снизить уровень напряжения в микроконтроллерах, чтобы датчики не вышли из строя.

Обратите внимание, что делитель напряжения может работать только в одном направлении: понижать напряжение.

Потенциометры

Они также известны как горшок или горшок. Потенциометры представляют собой 3-контактные переменные резисторы, в которых сопротивление регулируется вручную для управления прохождением электрического тока. Их также можно использовать как регулируемый делитель напряжения!

В основном потенциометры бывают двух типов:

• Линейный потенциометр
• Поворотный потенциометр

Линейные и поворотные потенциометры

Линейные потенциометры обычно приводятся в действие прямолинейным движением рычага или ползунковой кнопки.Но есть и такие, у которых есть винт для точной регулировки.

Они используют сопротивление между выводом стеклоочистителя и выводами, подключенными к одному концу резистора, для определения сигнала. Линейные горшки также часто встречаются в осветительных приборах и деках.

Обычно они выглядят так:

Мы также предлагаем Grove — Slide Potentiometer здесь, в Seeed, не стесняйтесь проверить его, если вам интересно!

Поворотные потенциометры — это потенциометры поворотного типа с вращающейся ручкой, которая регулирует точку контакта между дворником и почти круглым резистором.

Используются в основном для получения регулируемого напряжения питания части электронных схем и электрических цепей. Его вращение ограничено только одним оборотом.

Обычно они выглядят так:

Если вы хотите приобрести такой для себя, мы предлагаем Grove — Датчик угла поворота.

Преимущества и недостатки линейных и поворотных потенциометров

Линейный	Поворотный
Уровень легко определить, не нужно тратить много времени на определение его уровня.	Подходит для небольших приложений, не занимает много места.
Уязвим к загрязнению, труднее чистить из-за небольшого пространства.	Сложнее читать показания, так как визуальная индикация крошечная.

Применение делителей тока

Хотя делители тока не так широко используются, как делители напряжения, они используются для упрощения схем, которые упростят прогнозирование выбора резистора.

Цепь электрического счетчика

В электросчетчике используются цепи электросчетчика.Он используется как в бытовых, так и в промышленных цепях переменного тока для измерения потребляемой мощности.

Вот пример счетчика энергии:

Назначение делителя тока — пропорциональное соотношение силы тока, протекающего по цепи, что предотвратит короткое замыкание или повреждение любых чувствительных устройств.

---

Проекты электронных схем

Теперь, когда мы понимаем теорию делителей напряжения и тока, давайте посмотрим на некоторые проекты, которые вы можете с ними сделать!

Схемы делителя тока с формулами и практическим оборудованием

Ссылка: Circuit Digest

Что нужно узнать, как построить свою собственную схему делителя тока, но не знаете, с чего начать? Этот проект научит вас фундаментальным знаниям, которые вам нужно знать о текущем делителе с нуля!

Что вам понадобится:

• Макетная плата и провода
• Резисторы
• Блок питания

Разработка схемы источника тока с регулируемым напряжением с использованием операционного усилителя

Ссылка: Обзор схем

Хотите узнать больше о напряжении, но хотите построить что-то простое? Эта схема источника тока с регулируемым напряжением проста, отлично подходит для новичков и требует очень небольшого количества компонентов!

Что вам понадобится:

• Операционный усилитель (LM358)
• МОП-транзистор (IRF540N)
• Шунтирующий резистор (1 Ом)
• Резистор 1 кОм
• резистор 10 кОм
• Источник питания (12 В)
• Блок питания
• Печатная плата и дополнительные соединительные провода

---

Сводка

Это все о делителях напряжения и тока! Мы поговорили о функциях и о том, как рассчитать делители напряжения и тока, рассмотрели, как его можно использовать в сочетании с другими приложениями, чтобы помочь им работать!

Если вам потребуется дополнительная информация по этой теме, воспользуйтесь ссылками ниже!

Ссылки по теме

Следите за нами и ставьте лайки:

Продолжить чтение

Делители напряжения с частотной компенсацией [Analog Devices Wiki]

Цель:

Цель этой лабораторной работы — изучить проблемы емкостной нагрузки резистивных делителей напряжения и ее влияние на частотную характеристику.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока –V добавляется, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Делитель или аттенюатор напряжения с частотной компенсацией представляет собой простую двухпортовую RC-цепь, обеспечивающую фиксированный коэффициент деления напряжения или затухание в широком диапазоне частот, а не только при постоянном токе. Такие сети используются там, где часть схемы, нагружающая выход делителя напряжения, является емкостной.Это особенно важно, когда сигнал имеет широкую полосу пропускания, то есть не является синусоидальным. Простейший аттенюатор напряжения представляет собой чисто резистивный делитель напряжения с передаточной функцией: H (jω) = В ₂ / В _S = R ₂ / (R ₁ + R ₂ ), где на входе В _S = В ₁ + В ₂ , а на выходе В ₂ , как на рисунке 1. Передаточная функция резистивного делителя напряжения независима. частоты, только если резисторы идеальны и любые паразитные емкости, связанные с цепью, пренебрежимо малы.

Рисунок 1, простой резисторный делитель напряжения

Проблема, наблюдаемая на высоких частотах, заключается в том, что паразитная емкость влияет на общий отклик резистивного делителя напряжения. Самый простой способ исправить эту проблему — установить конденсаторы параллельно резисторам. Рассмотрим схему делителя на рисунке 2. Конденсатор C ₂ , который находится на выходе, В ₂ , можно рассматривать как любую паразитную паразитную емкость на выходе делителя, которая может быть частью системы.Мы видим, что эта схема, известная как делитель с частотной компенсацией, работает как резистивный делитель напряжения на постоянном токе или низких частотах и ​​как емкостной делитель напряжения на высоких частотах. Делители напряжения могут быть построены из реактивных компонентов так же, как они могут быть построены из резисторов. Также, как и в случае резисторных делителей, на коэффициент делителя емкостного делителя напряжения не влияют изменения частоты сигнала, даже если реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты.

Передаточное число делителя V ₂ / V _S = X _C2 / (X _C1 + X _C2 ).Емкостное реактивное сопротивление X _C пропорционально 1 / C, поэтому V ₂ / V _S = C ₁ / (C ₁ + C ₂ ) аналогично формуле для резисторный делитель. Для простого случая, когда R ₁ = R ₂ , мы имеем коэффициент делителя 1/2 для резисторов. Чтобы иметь такое же отношение делителя 1/2 для конденсаторов C ₁ = C ₂ .

Рисунок 2, Делитель с частотной компенсацией

Компенсированный делитель использует подавление полюсов-нулей для подавления нежелательной частотной зависимости, вызванной любой паразитной емкостью на выходной стороне сети.Если номиналы резистора и конденсатора отрегулированы так, что полюс и ноль H (s) накладываются друг на друга, | H (jω) | становится независимым от частоты.

Поучительный способ узнать об условиях компенсации полюс-нуль состоит в том, чтобы записать предельные, низкочастотные и высокочастотные выражения для | H (jω) | а затем установить их равными друг другу. В результате получается простая взаимосвязь между R ₁ , R ₂ , C ₁ и C ₂ .

Рис. 3. Показывает (а) правильную настройку, (б) при компенсации, © чрезмерную компенсацию на краях прямоугольной волны.

Эксперимент по компенсации входной емкости ALM1000

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
1 — Резистор 1 МОм
1 — Конденсатор, значение подлежит определению

Направления:

Возвращаясь к рисунку 2, мы можем считать, что R ₂ представляет входное сопротивление 1 МОм каналов ALM1000 в режиме Hi-Z. Аналогично, C ₂ можно рассматривать как представление паразитной паразитной емкости входов.Резистор и конденсатор внутри зеленого прямоугольника показаны на рисунке 4. Используйте еще 1 МОм в качестве R ₁ , чтобы получить коэффициент делителя 1/2. Начните без включения C ₁ , чтобы измерить влияние на частотную характеристику из-за C ₂ .

Рисунок 4, Настройка делителя напряжения.

Процедура:

Установите AWG A в режим SVMI с минимальным значением 1,0 и максимальным значением 4,0. Установите Shape на Square и Frequency на 500 Гц. Установите AWG B в режим Hi-Z.В разделе «Кривые» выберите для отображения CA- V и CB- V . Нажмите «Выполнить» и настройте горизонтальную шкалу времени так, чтобы было видно около 3 циклов. Вы должны увидеть резкую прямоугольную волну на канале A, а форма волны на каналах B должна выглядеть как красная кривая (b) на рисунке 3. Это потому, что C ₁ еще не включен. Оцените постоянную времени RC и значение C ₂ по форме сигнала канала B.

Откройте окно Bode Plotting. Вы можете отключить временную диаграмму, если хотите, при построении кривых частотной характеристики.Установите минимальное значение AWG A на 1,082 и максимальное значение на 3,92 (1 VRMS или 0 дБВ). Убедитесь, что форма была изменена на синусоидальную. Установите начальную частоту на 100 и конечную частоту на 20000. Выберите CH-A в качестве источника развертки. Под кривыми выберите кривые CA-dBV, CB-dBV и CA- дБ — CB- дБ для отображения. В окне БПФ лучше всего работает окно с плоским верхом. Установите количество точек развертки на 300 и одиночную развертку. Нажмите кнопку «Выполнить».

Теперь у вас должно быть соотношение усиления (затухания) к частотной характеристике для некомпенсированного делителя.Из точки -3 дБ графика усиления оцените постоянную времени RC и значение C ₂ . Как эти значения соотносятся с тем, что вы рассчитали с помощью отклика во временной области? Основываясь на ваших наилучших оценках значения C ₂ , вычислите значение для C ₁ , которое точно компенсирует C ₂ . Полученное вами значение, вероятно, не будет близко к стандартному значению конденсатора. Найдите параллельную комбинацию (или последовательную комбинацию) двух или более конденсаторов, которая в сумме дает необходимое значение для C ₁ .

Добавьте свою новую комбинацию C ₁ через R ₁ на макетной плате.

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой новой цепи. Будет ли теперь реакция выхода делителя во временной области больше походить на синюю форму волны (a) на рисунке 3? Если нет, то почему? Сравните частотную характеристику схемы до и после добавления C ₁ . Какая сейчас частота -3 дБ ?

Характеристики цепи конденсаторного делителя:

Давайте теперь посмотрим только на путь конденсаторного делителя.Отсоедините R ₁ от конца C ₁ и подключите его к фиксированному источнику питания 2,5 В , как показано на рисунке 5. Путь только через C ₁ блокирует путь постоянного тока от канала A. Подключение R ₁ на фиксированное питание 2,5 В восстанавливает уровень постоянного напряжения на входе канала B.

Рис. 5. Путь только через конденсаторный делитель.

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой версии схемы.Сравните характеристики схемы во временной и частотной области с тем, что вы получили только с R ₁ и с R ₁ и C ₁ , подключенными параллельно (рисунок 4). Какая сейчас частота -3 дБ ? Частотная характеристика ровная, низкочастотная или высокочастотная? Объяснить, почему.

С помощью делителя измерить напряжение батареи 9 В:

Теперь мы будем использовать делитель напряжения для измерения напряжений, превышающих значения от 0 до +5 В , разрешенные оборудованием ALM1000.Но сначала нам нужно откалибровать смещение и усиление делителя.

Отсоедините конец R ₁ , C ₁ от канала A, рис. 4, и подключите их к земле. На данный момент установите значение усиления канала B равным 2,0, что является приблизительным коэффициентом делителя. Контролируя среднее значение постоянного тока канала B, отрегулируйте значение, введенное в окне ввода смещения канала B.

Теперь снова подключите R ₁ / C ₁ к выходу канала A. Сигналы каналов A и B теперь должны более точно совпадать друг с другом.При необходимости слегка увеличьте или уменьшите значение усиления, чтобы плоские части верхней и нижней части прямоугольных волн располагались прямо друг над другом. Возможно, вам придется немного подправить смещение, чтобы получить идеальное выравнивание. Теперь программное обеспечение откалибровано по делителю напряжения.

Отсоедините R ₁ / C ₁ от канала A. Подключите отрицательную (-) клемму батареи 9 V к земле и подключите положительную клемму (+) к R ₁ / C ₁ .Среднее значение постоянного тока, считываемое каналом B, теперь должно соответствовать напряжению постоянного тока батареи 9 В . Вам нужно будет изменить вертикальный диапазон канала B на 1 V / Div и положение на 5.0, чтобы увидеть 9 вольт на сетке осциллографа.

Пробники осциллографов:

Пассивный пробник осциллографа 10X использует последовательный резистор (9 МОм) для обеспечения ослабления 10: 1, когда он используется с входным сопротивлением 1 МОм самого осциллографа. Импеданс 1 МОм является стандартным для большинства входов осциллографов. Это позволяет заменять пробники осциллографа между осциллографами разных производителей.На рисунке представлена ​​схема типичного датчика 10X. Пробники осциллографа 10X также допускают некоторую частотную компенсацию, чтобы учесть изменения входной емкости канала осциллографа. Как показано на рисунке, в пробник встроена схема конденсаторного делителя. Затем регулируемый конденсатор, подключенный к земле, можно использовать для выравнивания частотной характеристики пробника.

Вы можете найти дополнительную информацию о том, как подключить разъем BNC пробника осциллографа к вашей макетной плате или входам ALM1000: Подключите кабели BNC к модулям активного обучения

Рисунок 6, Типовая схема пробника осциллографа

Входные каналы ALM1000 имеют входное сопротивление 1 МОм, но входная емкость намного больше, чем диапазон регулировки примерно 10 пФ от до 50 пФ большинства пробников 10X.Конденсатор, подключенный параллельно резистору 9 МОм, обычно составляет 10 пФ , а параллельная комбинация входной емкости осциллографа и регулируемого компенсационного конденсатора в пробнике должна быть близка к 90 пФ . Это означает, что если стандартный пробник был подключен непосредственно ко входу ALM1000, то компенсация частотной характеристики невозможна.

Буферный усилитель с единичным усилением (AD8541 или AD8542) можно вставить между схемой пробника и входом ALM1000, как показано на рисунке 7.R ₁ и C ₁ замыкают цепь резистора / конденсаторного делителя 10-кратного пробника.

Рисунок 7. Вставьте буфер единичного усиления для уменьшения входной емкости.

Если резистор R ₁ подключен к земле, можно измерять только положительное напряжение. Если R ₁ подключен к 2,5 В , середине диапазона входного сигнала 0–5 В усилителя, вводится смещение, и можно измерять как положительное, так и отрицательное напряжение.

Для дальнейшего чтения:

Емкостной делитель напряжения
Пробники осциллографа
Создание собственных пробников осциллографа
Новая функция в ALICE добавляет компенсацию частоты входного делителя

Вернуться к лабораторной работе Содержание

Делитель напряжения

Для одиночного резистора с напряжением на нем закон Ома — весьма впечатляющий инструмент. Однако соедините несколько резисторов последовательно, и все станет еще интереснее! Общее сопротивление последовательно включенных резисторов — это просто сумма их индивидуальных сопротивлений.Объединив эту концепцию с законом Ома, мы можем разработать одну из наиболее часто используемых схем в гитарном усилителе: делитель напряжения.

Проблема

Рассмотрим источник питания усилителя Mesa Boogie Bass 400. В нем используются два последовательно подключенных резистора 150 кОм для выравнивания напряжения на конденсаторах фильтра и в качестве резисторов отвода, которые медленно разряжают конденсаторы при выключении усилителя. (Если бы все усилители были спроектированы таким образом — мир был бы намного безопаснее!) Общее напряжение на обоих резисторах составляет 534 В.Какое напряжение на каждом отдельном резисторе?

Решение

Суммарное сопротивление на обоих резисторах составляет

150 кОм + 150 кОм = 300 кОм

По закону Ома ток, проходящий через резисторы, равен

534 В / 300 кОм = 1,78 мА

Таким образом, 1,78 мА проходит через каждый из резисторов в отдельности. Применяя еще раз закон Ома, мы получаем напряжение на одном резисторе:

(1.78 мА) (150 кОм) = 267 В

Хорошо, я признаю, что это была легкая проблема. Просто глядя на два одинаковых резистора, вы можете предположить, что на каждом из них должна быть половина напряжения. Но каковы будут напряжения на двух неравных резисторах?

---

---

Делитель напряжения

Делитель напряжения часто используется для ослабления сигнала на заданную величину. Мы часто видим их во входных цепях гитарного усилителя, например, где они ослабляют сигнал, чтобы дать гитаристу входное гнездо с низким коэффициентом усиления.Они также используются во второй ступени парафазного инвертора для выравнивания амплитуд двух выходных фаз. Другие гитарные схемы на первый взгляд могут не показаться делителями напряжения, но мы часто обнаруживаем, что на определенных частотах компоненты эффективно их создают. Таким образом, делитель напряжения представляет собой важный инструмент в конструкции гитарного усилителя.

Проблема

Рассмотрим парафазный инвертор второй ступени усилителя Gibson GA-20T. Входной сигнал подается через 220 кОм и 4.Последовательные резисторы 7кОм. Выходное напряжение — это напряжение на резисторе 4,7 кОм. Учитывая, что входной сигнал составляет 1 В, какое выходное напряжение?

Решение

Суммарное сопротивление обоих последовательно включенных резисторов составляет 224,7 кОм. Это означает, что согласно закону Ома ток равен

1 В / 224,7 кОм = 0,00445 мА

Этот ток проходит через резистор 4,7 кОм, поэтому, согласно закону Ома, напряжение на нем равно

(0.00445 мА) (4,7 кОм) = 21 мВ

Таким образом, на входе 1 В, а на выходе 21 мВ. Таким образом, выход составляет всего 2,1% от входа. Это довольно небольшое затухание, а не случайное значение, выбранное инженерами Каламазу. Значения резистора были выбраны таким образом, чтобы снизить входное напряжение именно на эту величину.

---

---

Обратите внимание, что мы вычислили выходное напряжение в два отдельных этапа. Сначала мы вычислили ток, который проходит через оба резистора. Затем мы использовали этот ток для определения выходного напряжения.Нас действительно не интересовало течение. Нам это просто понадобилось как промежуточный шаг. Давайте объединим два шага в одно уравнение, чтобы упростить расчет. Глядя на наши процедуры в обратном направлении, выходное напряжение

(0,00445 мА) (4,7 кОм) = 21 мВ

и ток

0,00445 мА = 1 В / 224,7 кОм

Мы объединяем их в одно уравнение:

(1 В / 224,7 кОм) (4,7 кОм) = 1 В (4,7 кОм / 224,7 кОм) = 21 мВ

Таким образом, выходное напряжение равно входному напряжению. умноженное на сопротивление на выходе, деленное на общее сопротивление последовательно.Это работает для любой комбинации двух резисторов R ₁ и R ₂ , как показано на этой схеме:

Выходное напряжение равно входному напряжению, умноженному на выходной резистор R ₂ , деленному на общее сопротивление R ₁ + R ₂ . Это основной принцип делителя напряжения.

---

---

Проблема

Входной басовый разъем Valco 6550TR подключен к сетке лампы предусилителя через делитель напряжения, где R ₁ = 100 кОм и R ₂ = 470 кОм.На какой процент ослабляется входное напряжение?

СЛЕДУЩАЯ СТРАНИЦА

Регулируемый делитель напряжения потенциометра

Введение

Введение

Потенциометр — это трехполюсный резистор со скользящим или вращающимся контактом. Это регулируемый делитель напряжения с двумя статическими контактами и одним подвижным контактом. Подвижный вывод представляет собой стеклоочиститель, который перемещается через элемент сопротивления, обычно по дуге, управляемой поворотной ручкой.Вращение ручки дает логометрическое деление потенциала на резистивном элементе. Потенциометр обычно используется в динамиках и ресиверах для регулировки громкости. Кроме того, он не может напрямую управлять двигателем, потому что его мощность слишком мала.

1 Проводка потенциометра

Потенциометр может использоваться как трехконтактный или двухконтактный компонент. Последний можно рассматривать как реостат. Для обычного потенциометра (три контакта) ползунок рядом с центром представляет собой провод сопротивления.Два контакта на обоих концах провода сопротивления подключены к входу и заземлению (некоторые не подключены) соответственно. То есть один вывод подключен к входному сигналу, а другой вывод заземлен. В это время провод сопротивления имеет общее значение сопротивления на двух участках. Вы перемещаете скользящую деталь, чтобы пройти через этот провод сопротивления, чтобы получить переменное сопротивление. Если входные и выходные сигналы меняются местами, направление скольжения ползуна противоположно изменению сопротивления.

Рис. 1. Структура потенциометра

1) Для потенциометра (или подстроечных резисторов) с традиционными выводами (три контакта) сопротивление на обоих концах является фиксированным, а сопротивление среднего вывода является переменным. То есть клеммы с обеих сторон потенциометра — это полное сопротивление, а середина меняется. Например, источник питания подключается от любого одного контакта на сторонах резистора и выводится от среднего контакта, а напряжение изменяется при вращении среднего контакта.

2) Хотя сопротивление может изменяться в зависимости от ползунка, общее значение сопротивления контактов является фиксированным. В это время потенциометр приравнивается к регулятору тока, и выбранные выходные клеммы тока должны быть скользящей клеммой.

Рис. 2. Потенциометр как делитель напряжения

3) Если потенциометр используется в качестве переменного делителя напряжения, один контакт подключается к входному напряжению, средний контакт подключается к выходному напряжению, а другой контакт может быть заземлен.Когда вращающаяся ручка или скользящая ручка потенциометра срабатывают, подвижный контакт скользит по резистору. В это время выходное напряжение имеет определенную взаимосвязь с внешним напряжением, углом стеклоочистителя и ходом хода.

4) Если потенциометр используется в качестве переменного резистора, один конец подключается к входному напряжению, средний конец подключается к выходу, а другой конец может быть подвешен или подключен к среднему концу для получения плавного и непрерывного изменения значение сопротивления.

Рисунок 3. Цепь потенциометра

2 Основы потенциометра делителя напряжения

1. Резистор потенциометра в основном изготовлен из поликарбонатной синтетической смолы. Следует избегать следующих элементов: аммиак, другие амины, водные растворы щелочей, ароматические углеводороды, кетоны, липидные углеводороды, сильнодействующие химические вещества (чрезмерный pH) и т. Д., В противном случае это повлияет на работу потенциометра.

2. При пайке клемм потенциометра избегайте использования емкостного флюса, который может вызвать окисление металла и привести к образованию плесени.При использовании флюса плохого качества плохая пайка может вызвать проблемы при пайке, что приведет к плохому контакту или обрыву цепи.

3. Если температура пайки клеммы слишком высока или время пайки слишком велико, это может привести к повреждению потенциометра. Температурный диапазон съемного потенциометра составляет 235 ℃ ± 5 ℃; Тип соединения проводов составляет 350 ℃ ± 10 ℃, а точка пайки должна находиться на расстоянии более 1,5 мм от корпуса потенциометра. Кроме того, избегайте сильного давления на клеммы, в противном случае это может привести к плохому контакту.

4. Во время пайки высоту флюса, попадающего на плату печатной машины, следует отрегулировать должным образом, и следует избегать его воздействия на потенциометр. Потому что это вызовет плохой контакт между щеткой и резистором или приведет к шуму.

5. Потенциометр лучше в структуре регулировки напряжения.

6. Избегайте попадания конденсата или капель воды на поверхность потенциометра и избегайте использования потенциометра во влажном месте, чтобы предотвратить повреждение изоляции или короткое замыкание.

7. При фиксации винтов поворотного потенциометра усилие не должно быть слишком большим, чтобы избежать плохого вращения. Для потенциометра прямого скольжения избегайте использования длинных винтов, в противном случае это может затруднить движение скользящей ручки и даже повредить сам потенциометр.

8. В процессе установки потенциометра на ручку толкающее усилие не должно быть слишком большим (не превышать показатель параметра номинального толкающего и тянущего усилия), в противном случае это может привести к повреждению потенциометра.

9. Сила вращения потенциометра будет уменьшаться при повышении температуры и уменьшаться при понижении температуры. Если потенциометр используется в низкотемпературной среде, ему необходима специальная низкотемпературная смазка.

10. Если вал или скользящая рукоятка потенциометра слишком длинная, их легко трясти, что приведет к нестабильности сигнала цепи.

11. Углеродная пленка потенциометра выдерживает температуру окружающей среды 70 ℃, и ее функция может быть потеряна при температуре выше 70 ℃.

12. Для регулируемого потенциометра, когда постоянный ток проходит через подвижный контакт, может возникнуть проблема анодного окисления. В этом случае лучше всего соединить компонент с отрицательным концом, а подвижный контакт — с положительным концом.

13. Ток нагрузки регулируемого потенциометра не может быть увеличен. Для фактического измерения тока включите амперметр последовательно с потенциометром в активной цепи.

14. Не превышайте номинальную мощность при использовании регулируемого потенциометра.Например, когда рассеиваемая мощность превышает номинальное значение, это приведет к перегреву потенциометра.

15. Потенциометр чувствителен, он способен измерять очень малую разность потенциалов и показывает значительное изменение длины балансировки при небольшом изменении измеряемой разности потенциалов.

16. Потенциометр постоянного тока создается путем падения напряжения на комплекте последовательно соединенных резисторов. Разные резисторы будут давать разные значения. В потенциометре переменного тока можно использовать резисторы или даже катушки индуктивности или конденсаторы в качестве импедансов, которые будут снижать напряжение и обеспечивать напряжение, меньшее, чем приложенное напряжение.

17. Если расположить стеклоочиститель потенциометра в центре резистивного элемента, то напряжение на стеклоочистителе составляет 50%; если стеклоочиститель расположен на 1/4 расстояния от отрицательного узла, тогда напряжение стеклоочистителя составляет 1/4 всего напряжения.

18. Номенклатура потенциометров: Обычно используется метод прямой маркировки. Буквы и числа нанесены на корпус потенциометра, чтобы указать их модель, номинальную мощность, сопротивление и соотношение между сопротивлением и углом поворота.

3 Измерения потенциометра

Основные требования к проверке потенциометра:

1. Значение сопротивления соответствует требованиям схемы.
2. Соединение между центральным скользящим концом и резистором хорошее, вращение плавное. Для потенциометра с переключателями действие переключателя должно быть точным, надежным и гибким.

Следовательно, перед использованием необходимо проверить работоспособность потенциометра.

1) Измерение сопротивления: сначала выберите соответствующую передачу мультиметра в соответствии с сопротивлением измеренного потенциометра. Соответствует ли сопротивление между двумя концами переменного тока номинальному сопротивлению. Поверните скользящий контакт, и его значение должно быть зафиксировано. Если сопротивление показывает бесконечность, потенциометр поврежден.

2) Затем измерьте контакт между центральным концом и резистором, то есть сопротивление между двумя концами BC.Метод состоит в том, чтобы установить диапазон сопротивления мультиметра в соответствующем диапазоне. Во время измерения медленно вращайте вал и наблюдайте за показаниями мультиметра. Обычно показания постоянно меняются в одном направлении. Если есть скачок, падение или блокировка, значит, подвижный контакт неисправен.

3) Когда центральный конец скользит к головке или концу, значение сопротивления центрального конца и совпадающего конца равно 0 для идеального состояния. При фактическом измерении будет определенное значение (обычно определяемое номинальным значением, обычно менее 5 Ом), что является нормальным.

Получите дополнительную информацию по Потенциометр — трехконтактный резистор .

Конденсаторный делитель напряжения | Компоненты квеста

Конденсаторный делитель напряжения

Делители напряжения являются одними из основных в понимании электроники и схем. В электронике существует несколько различных типов делителей напряжения, но основная концепция, лежащая в основе всех них, заключается в том, что все они представляют собой пассивные линейные цепи, которые производят выходное напряжение, которое меньше входного.Короче говоря, они делают именно то, что подразумевает их название, беря большее количество напряжения и разделяя его на меньшую мощность. Делитель напряжения распределяет входное напряжение, уменьшая таким образом выходное. Существуют резистивные делители, RC-фильтры нижних частот и индуктивные делители, но сегодня мы поговорим подробнее о четвертом типе делителя напряжения: емкостном делителе напряжения.

Что такое емкостной делитель напряжения?

Емкостные делители напряжения используют конденсаторы как средство деления напряжения.В частности, это достигается последовательным соединением конденсаторов; входное напряжение подается на каждый из конденсаторов. Напряжение, которое получает каждый отдельный конденсатор в сети, может быть одинаковым или неравным, в зависимости от значений емкости. Подобно резистивным цепям, конденсаторы, включенные последовательно в качестве делителя напряжения, не подвержены изменениям частоты питания; на каждый конденсатор в сети в равной степени влияет любое изменение частоты.

Конденсаторный делитель — это сеть из последовательно соединенных конденсаторов.На каждом из последовательно включенных конденсаторов падает напряжение переменного тока. Емкостные делители напряжения используют значение емкостного реактивного сопротивления отдельных конденсаторов для определения падения напряжения, что означает, что этот тип делителя напряжения работает только с частотно-управляемыми источниками питания. Вот почему нельзя использовать емкостной делитель напряжения для деления постоянного напряжения; конденсаторы блокируют постоянный ток, поэтому ток не может течь.

Отношение напряжений на каждом конденсаторе обратно пропорционально отношению значений емкости каждого отдельного конденсатора в серии.Когда значения конденсаторов различаются, конденсатор большей емкости заряжается до более низкого напряжения, чем конденсатор меньшей емкости. Емкостные делители ограничены по току емкостью используемых элементов, что является противоположным эффектом резистивного деления и индуктивного деления.

Приложения для емкостных делителей напряжения

Емкостные делители напряжения находят множество применений как в бытовой электронике, так и в специализированных устройствах. К ним относятся:

• Генераторы Колпитца
• Для замены сетевых трансформаторов
• Емкостные сенсорные экраны, изменяющие выходное напряжение при прикосновении пальцем
• Аудиотехника

Если вам нужны сетевые конденсаторы для использования в качестве емкостного делителя напряжения, Quest Components предлагает широкий выбор вариантов на выбор.Наша команда может помочь вам выбрать лучшее решение для вашего приложения.

Подробнее о Quest Components Конденсаторы

Сетевые конденсаторы

Quest Components можно использовать в качестве емкостных делителей напряжения. Если у вас есть вопросы по конденсаторам, наши опытные электрики всегда готовы помочь. Позвоните сегодня по телефону (623) 333-5858, чтобы узнать о продукте, разместить заказ или найти и заказать конденсаторы здесь. С нетерпением ждем сотрудничества с вами.

Большой приклад. Быстрый ответ.Умные люди.

Моделирование делителя напряжения

Это задание было выбрано для обучения вычислениям в естественных науках с использованием MATLAB Exemplary Teaching Collection

ресурсов в этой коллекции a) должны иметь оценку «Образцовый» или «Очень хорошо» во всех пяти категориях обзора, а также должны иметь оценку «Образцовый» как минимум в трех из пяти категорий. Пять категорий, включенных в процесс экспертной оценки:

• Вычислительная, количественная и научная точность
• Согласование учебных целей, мероприятий и оценок
• Педагогическая эффективность
• Надежность (удобство использования и надежность всех компонентов)
• Полнота веб-страницы ActivitySheet

Дополнительную информацию о самом процессе рецензирования см. На https: // serc.carleton.edu/teaching_computation/materials/activity_review.html.

Эта страница впервые обнародована: 7 октября 2016 г.

Резюме

Это домашнее задание по курсу электроники для студентов-второкурсников физики по теме делителей напряжения. В начале семестра студенты получают комплект электронных компонентов, включая мини-макет, резисторы и батарею. Учащиеся выбирают 5 комплектов по 2 резистора, чтобы создать делители напряжения, построить каждую из схем и измерить выходное напряжение.Они рассчитывают выходное напряжение в точке между резисторами. Затем студенты создают функцию MATLAB и модель Simulink, чтобы проверить свои результаты. В процессе студенты учатся создавать и использовать функции в MATLAB, изменять параметры в своих функциях и строить модели схем в Simulink. Наконец, ученики наносят на график свои измеренные значения выходного напряжения, выстраивают линию, определяют наклон, сравнивают с рассчитанными значениями и вычисляют погрешность в процентах.

Использовали это занятие? Поделитесь своим опытом и модификациями

Learning Goals

Студенты научатся (а) выбирать пары резисторов для создания делителей напряжения с выходным напряжением от 20% до 80% входного напряжения при токе менее 20 мА, (б) создавать схемы и измерять выходные напряжения. , (c) вычислить выходное напряжение в точке между резисторами, (d) создать и использовать функцию MATLAB для проверки вычислений выходного напряжения для различных входных напряжений и резисторов, (e) создать сценарий, который вызывает их функцию MATLAB и вычисляет значения для каждой схемы, (f) создать модель Simulink для проверки вычислений выходного напряжения на (a), и (f) построить график и соответствовать их измеренным выходным значениям и вычислить ошибку в процентах.

Контекст использования

Это одно из первых домашних заданий для вводного курса электроники для студентов-физиков. Студенты получают комплект деталей, которые можно взять домой, и, как ожидается, они построят схемы с резисторами и батареей на миниатюрной макетной плате и измерят выходное напряжение для 5 комплектов пар резисторов. Затем ученики вручную рассчитывают выходное напряжение. Студенты используют MATLAB и Simulink для создания функций, сценариев и моделей для проверки своих расчетов.На данный момент в семестре студенты не знакомы с MATLAB и Simulink, и предоставляется видео-плейлист с учебными материалами инструктора, который проходит через создание и использование аналогичной функции MATLAB и модели Simulink. В список воспроизведения видео включены другие дополнительные материалы для построения схем и выполнения расчетов.

Описание и учебные материалы

В начале семестра студентам выдается комплект деталей, включающий примерно 20 резисторов.В этом назначении они выбирают 5 пар резисторов для создания делителей напряжения так, чтобы выходное напряжение составляло от 20% до 80% входного напряжения. Учащиеся строят схемы, измеряют и рассчитывают выходное напряжение для каждой. Они создают функцию MATLAB и используют ее в сценарии для проверки каждого из своих вычислений. Они также создают модель делителя напряжения Simulink и изменяют входные параметры для моделирования каждой из 5 пар резисторов. Студентам предоставляется ссылка на список воспроизведения видео, который включает инструкции для каждой из задач в задании, включая инструкции о том, как построить схемы, выполнить вычисления, а также создать и использовать функцию MATLAB, а также модель Simulink.

Шаблонный сценарий и полный сценарий включены для совместного использования со студентами и для использования преподавателем соответственно.

Назначение делителя напряжения (Acrobat (PDF) 54 КБ, 5 января 19)

Проект делителя напряжения в Word (Microsoft Word 2007 (.docx) 20 КБ, 5 января 19)

Функция MATLAB (файл Matlab, 99 байт, 4 января 19)

Делитель напряжения MATLAB Live Script (MATLAB Live Script 24kB, 5 января 19)

Шаблон делителя напряжения MATLAB Live Script (MATLAB Live Script 5kB 5 января 19)

Simulink модель делителя напряжения (23kB Jan5 19)

Щелкните здесь, чтобы просмотреть список воспроизведения видео: список воспроизведения видео

Учебные заметки и советы

Видео предоставлены вместе с учебными материалами, чтобы помочь и проинструктировать студентов по построению схем, вычислению выходных напряжений, созданию и использованию функции MATLAB и построению модели Simulink.В частности, видео, объясняющие, как создать аналогичную функцию MATLAB и модель Simulink, включены в ссылку на список воспроизведения. Это подходит для студентов, плохо знакомых с MATLAB и Simulink. Студенты очень хорошо разбираются в построении графиков и подгонке из предыдущих лабораторных курсов по общей физике, и руководство по построению и подгонке не включено. Однако вы можете изменить шаблон для своих учеников. Видео могут быть опущены для более опытных студентов. По опыту автора, студенты могут выполнять это задание полностью самостоятельно, если им знакомы видео.

Оценка

Студенты оцениваются примерно одинаково по выбору резисторов, построению схем и выполнению измерений, расчетам, Matlab Live Script с функцией, модели Simulink, а также построению, подгонке и вычислению процентной ошибки.

1. Выбор резисторов (16 баллов)
1. 5 пар резисторов, которые покрывают диапазон выходного напряжения от 20% до 80% входного напряжения и дают ток менее 20 мА.

Примечание: каждый резистор можно использовать только один раз.

2. Строительные схемы и снятие обмеров (17 баллов)
1. Постройте 5 цепей и измерьте выходное напряжение в точке между резисторами
3. Расчеты (16 баллов)

• Рассчитайте выходное напряжение для каждой из 5 пар резисторов

Функция Matlab и Live Script (17 точек)

• полная функция
• полный шаблон Live Script
• точность выходных напряжений
• сравнение выходных напряжений с расчетами

Модель Simulink (17 очков)

• создание схемы в Simulink
• входных значений резисторов для каждой цепи
• значения выходного напряжения отображаются на осциллографе или дисплее
• сравнение значений выходного напряжения Simulink с расчетами

Построение графика, подгонка и% ошибки (17 точек)

• График измеренных значений
• подгонка строки к данным с помощью polyfit
• создайте линию наилучшего соответствия, используя polyval
• построить линию наилучшего соответствия
• вычислить процентную погрешность наклона линии наилучшего соответствия и входного напряжения

.