Делитель напряжения в цепи обратной связи

Добавлено 22 ноября 2018 в 23:36

Сохранить или поделиться

Если мы добавим делитель напряжения в схему отрицательной обратной связи так, чтобы на инвертирующий вход подавалась только часть выходного напряжения, а не полная его величина, выходное напряжение будет кратно входному напряжению (помните, схема подключения питания к операционному усилителю снова пропущена для простоты):

Эффект отрицательной обратной связи с делителем напряжения

Если R₁ и R₂ равны, а V_вх равно 6 вольт, операционный усилитель будет выдавать любое напряжение, необходимое для падения 6 вольт на резисторе R₁ (чтобы сделать напряжение на инвертирующем входе равным 6 вольтам, а также сохранить разность напряжений между входами равной нулю). С делителем напряжения 1:2 из резисторов R₁ и R₂ для выполнения этого условия потребуется напряжение 12 вольт на выходе усилителя.

Другой способ анализа этой схемы – начать с вычисления величины и направления тока через R₁, зная напряжение на обеих сторонах (и, следовательно, при помощи вычитания напряжение на R₁) и сопротивление R₁. Так как левая сторона R₁ связана с землей (0 вольт), а правая сторона имеет потенциал 6 вольт (из-за отрицательной обратной связи, поддерживающей эту точку, равной V_вх), мы видим, что имеем на R₁ напряжение 6 вольт. Это дает нам ток 6 мА через R₁ слева направо. Поскольку мы знаем, что оба входа операционного усилителя имеют чрезвычайно высокий импеданс, мы можем с уверенностью предположить, что они не будут добавлять или вычитать какой-либо ток через делитель. Другими словами, мы можем рассматривать R

1 и R₂ как включенные последовательно друг с другом: все электроны, протекающие через R₁, должны проходить и через R₂. Зная ток через R₂ и сопротивление R₂, мы можем рассчитать напряжение на R₂ (6 вольт) и его полярность. Подсчитывая напряжения от земли (0 вольт) до правой стороны R₂, мы получаем на выходе 12 вольт.

Исследуя последнюю иллюстрацию, можно задаться вопросом: «Где проходит этот ток 6 мА?». Последняя иллюстрация не показывает весь путь прохождения тока, но на самом деле он начинается с положительного вывода источника питания постоянного напряжения, через выходной транзистор(ы) операционного усилителя, через выходной вывод операционного усилителя, через R

2, через R₁, через землю, а затем к отрицательному выводу источника питания постоянного напряжения.

Отрицательная обратная связь с делителем напряжения на примере модели операционного усилителя

6-вольтовый источник питания не должен обеспечивать схему каким-либо током: он просто управляет операционным усилителем для баланса напряжения между инвертирующим (-) и неинвертирующим (+) входными выводами и при этом создает выходное напряжение, которое в два раза больше входного сигнала из-за деления на двух резисторах по 1 кОм.

Мы можем изменить коэффициент усиления по напряжению в этой схеме, просто регулируя значения R

1 и R₂ (изменяя часть выходного напряжения, которая подается обратно на инвертирующий вход). Коэффициент усиления можно рассчитать по следующей формуле:

\[A_V = {R_2 \over R_1} + 1\]

Обратите внимание, что коэффициент усиления по напряжению для этой схемы усилителя никогда не может быть меньше 1. Если бы мы должны были понизить значение R₂ до нуля ом, наша схема была бы идентична повторителю напряжения, при этом выход напрямую подключался бы к инвертирующему входу. Поскольку повторитель напряжения имеет коэффициент усиления 1, это устанавливает нижний предел коэффициента усиления этого неинвертирующего усилителя. Однако коэффициент усиления может быть увеличен далеко выше 1 с помощью увеличения R

2 относительно R₁.

Также обратите внимание, что полярность выходного сигнала совпадает с полярностью входного сигнала, как и в повторителе напряжения. Положительное входное напряжение приводит к положительному выходному напряжению и наоборот (относительно земли). По этой причине эта схема называется неинвертирующим усилителем.

Как и с повторителем напряжения, мы видим, что дифференциальный коэффициент усиления ОУ не имеет значения, если он очень велик. Напряжения и токи в этой схеме вряд ли изменились бы вообще, если бы коэффициент усиления ОУ составлял бы 250000 вместо 200000. Это резко контрастирует со схемами усилителей на отдельных транзисторах, где бета отдельных транзисторов сильно влияла на общий коэффициент усиления усилителя. С отрицательной обратной связью у нас есть система самокорректирования, которая усиливает напряжение в соответствии с соотношением, установленным резисторами обратной связи, а не коэффициентами усиления, внутренними для операционного усилителя.

Давайте посмотрим, что произойдет, если мы сохраним отрицательную обратную связь через делитель напряжения, но подадим входное напряжение в другое место:

Схема усилителя с отрицательной обратной связью с делителем напряжения и подачей входного сигнала на инвертирующий вход

При соединении неинвертирующего входа с землей отрицательная обратная связь также удерживает напряжение на инвертирующем входе на нуле вольт. По этой причине инвертирующий вход упоминается в этой схеме как

виртуальная земля, которая удерживается обратной связью на потенциале земли (0 вольт), но напрямую не соединена (электрически) с землей. Входное напряжение на этот раз снова подается на левый конец делителя напряжения (снова R₁ = R₂ = 1 кОм), поэтому выходное напряжение должно раскачиваться до -6 вольт, чтобы уравновешивать среднюю точку с потенциалом земли (0 вольт). Используя те же методы, что и для неинвертирующего усилителя, мы можем проанализировать работу этой схемы, определив величины и направления токов, начиная с R ₁, и продолжая определением выходного напряжения.

Мы можем изменить общий коэффициент усиления по напряжению этой схемы, просто регулируя значения R₁ и R₂ (изменяя часть выходного напряжения, которая подается обратно на инвертирующий вход). Коэффициент усиления можно рассчитать по следующей формуле:

\[A_V = -{R_2 \over R_1}\]

Обратите внимание, что коэффициент усиления этой схемы может быть меньше 1, в зависимости от отношения R₂ к R₁. Также обратите внимание, что выходное напряжение всегда имеет полярность, противоположную полярности входного напряжения. Положительное входное напряжение приводит к отрицательному выходному напряжению и наоборот (относительно земли). По этой причине данная схема называется

инвертирующим усилителем. Иногда эта формула коэффициента усиления содержит знак минуса (перед дробью R₂/R₁), чтобы отразить изменение полярности.

Эти две схемы усилителей, которые мы только что исследовали, служат для умножения или деления величины напряжения входного сигнала. Именно так математические операции умножения и деления обычно обрабатываются в аналоговой компьютерной схемотехнике.

Резюме

• Подключая инвертирующий (-) вход операционного усилителя напрямую к выходу, мы получаем отрицательную обратную связь, которая дает нам схему повторителя напряжения. Подключая эту отрицательную обратную связь через резисторный делитель напряжения (подавая часть выходного напряжения на инвертирующий вход), выходное напряжение становится кратным входному напряжению.
• Схема операционного усилителя с отрицательной обратной связью и подачей входного сигнала на неинвертирущий (+) вход называется неинвертирующим усилителем. Выходное напряжение будет такой же полярности, как и входное. Коэффициент усиления по напряжению определяется следующей формулой: A_V = (R₂/R₁) + 1.
• Схема операционного усилителя с отрицательной обратной связью и подачей входного сигнала на «нижнюю часть» резисторного делителя напряжения, с неинвертирующим (+) входом, соединенным с землей, называется инвертирующим усилителем. Его выходное напряжение будет противоположной полярности, чем входное напряжение. Коэффициент усиления по напряжению определяется следующей формулой: A_V = -R₂/R₁.

Оригинал статьи:

Теги

Делитель напряженияИнвертирующий усилительНеинвертирующий усилительОбучениеОтрицательная обратная связьОУ (операционный усилитель)Повторитель напряженияЭлектроника

Сохранить или поделиться

ДНВ-80А — делитель напряжения высоковольтный: описание

Описание:

Назначение высоковольтного делителя напряжения ДНВ-80А:

Делитель напряжений высоковольтный импульсный ДНВ-80А предназначен для преобразования уровня амплитуды напряжения постоянного (до 80 кВ) тока и переменного (до 60 кВ) тока до уровня, безопасного для последующей обработки, хранения, передачи или дальнейших преобразований измерительного сигнала.

ДНВ-80А может использоваться для контроля и регулировки высоковольтных цепей энергоустановок, радиотехнических устройств, электрофизических и рентгеновских установок и т.д.

Описание высоковольтного делителя напряжения ДНВ-80А:

Конструктивно делители напряжений состоят из высоковольтного и низковольтного плеч. Высоковольтное плечо делителей напряжений собрано из секций последовательно соединенных резисторов, шунтированных электрическими цепями из последовательно соединенных конденсаторов и резисторов, и заполнено кремниевым наполнителем в электроизоляционном корпусе. Низковольтное плечо выполнено в виде основания делителя в металлическом корпусе из стали.

Для подключения к источнику высокого напряжения в делителях напряжения предусмотрен высоковольтный электрод. Для подключения к средствам измерений (осциллографу, вольтметру и другим) в делителях напряжений предусмотрен кабель соединительный, состоящий из коаксиального кабеля RG-59 (для ДНВ-80И) и коаксиального кабеля RG-214 и фильтра низких частот (для ДНВ-80А).

Делители имеют модификации: ДНВ-80А и ДНВ-80И, отличающиеся диапазоном рабочих частот и конструкцией соединительного кабеля. Принцип действия делителей напряжений заключается в масштабировании входного напряжения.

Технические характеристики высоковольтного делителя напряжения ДНВ-80А:

Параметр	Значение
Диапазон изменения входного напряжения постоянного тока, кВ	от 10 до 80
Диапазон изменения входного напряжения переменного (50 Гц) тока, кВ	от 10 до 60
Номинальный коэффициент деления	5000
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерений напряжений постоянного тока, %	± 1,0
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерений среднеквадратических значений напряжений переменного тока частотой 50 Гц, %	± 1,0
Диапазон рабочих частот, МГц	от 0 до 1
Входное активное сопротивление, МОм, не менее	270
Входная емкость, пФ, не более	75
Габаритные размеры: диаметр Ø, мм, не более	260
высота, мм, не более	690
Вес, кг, не более	5
Длина кабеля, м, не более	2

Комплект поставки ДНВ-80А

№	Наименование	Количество
1	Делитель напряжений высоковольтный ДНВ-80А	1
2	Кабель соединительный	1
3	Руководство по эксплуатации	1
4	Ящик	1

 

ДНВ-80А — делитель напряжения высоковольтный — один из обязательных компонентов для проведения полноценных испытаний электроприборов. Модель работает по простой схеме и позволяет из высокого напряжения получить пониженное, чтобы гарантировать максимальную точность измерений. В конструкции нет сложных узлов, но именно это является залогом впечатляющей надежности и неприхотливости в эксплуатации. Оборудование рассчитано на использование в широком диапазоне температур и показателей влажности, поэтому по умолчанию применяются материалы повышенной прочности, невосприимчивые к агрессии среды.

Компенсированные делители напряжения без учета индуктивностей и емкостей

Страница 11 из 39

7. ОМИЧЕСКИЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
а) Компенсированные делители напряжения без учета индуктивностей и распределенных емкостей на землю

Рис. 32. Омический делитель напряжения без учета распределенных емкостей на землю.
Омический делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений R1 и R2 (рис. 32), при этом R1>R2. Передаточным отношением делителя называют отношения напряжения, подлежащего делению, к измеряемому сигналу

u2(t), снимаемому с низковольтной части делителя R2. Номинальное передаточное отношение определяется по формуле

Параллельно низковольтной  части делителя R2 подключается входное полное сопротивление измерительного устройства, вследствие чего величина передаточного отношения отклоняется от номинального. Для измерения импульсов напряжения с большой крутизной измеряемый сигнал от делителя напряжения подводится к электроннолучевому осциллографу коаксиальным кабелем, к концу которого подключено волновое сопротивление. Входное полное сопротивление электроннолучевых осциллографов, ламповых вольтметров и т. д. представляет собою обычно параллельное соединение активного сопротивления порядка мегом и емкости величиной 10—50 пФ. К значению последней нужно еще добавить емкость измерительного кабеля, равную 30—100 пФ/м. Активным сопротивлением низковольтной части делителя напряжения почти всегда можно пренебречь, в то время как емкостное сопротивление при высоких частотах оказывает заметное влияние и делает передаточное отношение зависимым от частоты. Поэтому для синусоидальных напряжений высокой частоты передаточное отношение вычисляется по формуле

При несинусоидальных процессах обратное передаточное отношение может быть вычислено при помощи математических методов теории систем

Чтобы сделать передаточное отношение независимым от частоты, параллельно высоковольтной части делителя подключают емкость С1 (рис. 33). Величину этой емкости подбирают так, чтобы при высоких частотах выполнялось соотношение R1C1= R2Cm.
Если вычислить выходное напряжение u2(t) компенсированного делителя для постоянного напряжения на входе и0, то получим следующую ненормированную переходную функцию:

Для времени t≤0 конденсаторы разряжены и в первый момент приложения напряжения эквивалентны короткому замыканию. Напряжение на выходе изменяется скачкообразно до значения и2(0), которое может быть определено при помощи емкостного передаточного отношения

После достижения этого значения напряжения дальнейшее изменение выходного напряжения происходит по экспоненте до заданного конечного значения согласно активному передаточному отношению

Постоянная времени упомянутого экспоненциального изменения равна:
·

Рис. 33. Компенсированный омический делитель напряжения.

На рис. 34 показано изменение выходного напряжения компенсированного делителя, когда на его вход приложено прямоугольное напряжение. В случае, показанном на рис. 34,а, величина емкости C1 выбрана слишком большой — делитель перекомпенсирован, в случае на рис. 34,в эта емкость слишком мала — делитель  недокомпенсирован.
Идеальные передаточные свойства получают тогда, когда
т. е. емкостное и активное передаточные отношения одинаковы.

Рис. 34. Воспроизведение прямоугольного напряжения при помощи компенсированного омического делителя напряжения в зависимости от степени компенсации.
Рис. 35. Схема замещения делителя напряжения, конструктивно выполненного в виде пробника.

При     амплитуде экспоненциального члена становится равной нулю, и, таким образом, выходное напряжение в любой момент времени пропорционально изменению входного напряжения.
По описанному принципу выполнены так называемые пробники, которые часто применяют для соединения измеряемой цепи с электроннолучевыми осциллографами. Назначение этих пробников— чаще всего не деление
напряжения, а повышение полного сопротивления на входе электроннолучевого осциллографа. У обычных делителей напряжения низковольтное сопротивление R2 выбирают с учетом волнового сопротивления соединительного кабеля от делителя к электроннолучевому осциллографу, равного обычно 50—150 Ом.

Отличительной особенностью пробников является то, что при выборе сопротивления R2 нет необходимости учитывать согласование соединительного кабеля. Сопротивлением R2 является сопротивление утечки сетки входной лампы; лампа нагружена емкостями ламп и схемы (С2). Эта емкостная нагрузка компенсируется регулируемой емкостью C1, находящейся внутри пробника (рис. 35). В действительности эти соотношения немного сложнее, так как между входными гнездами и сеткой первой лампы дополнительно включен еще переключаемый аттенюатор.
Соединительный кабель между высоковольтной частью и низковольтной частью R2 представляет собой, при оптимальных условиях, линию передачи с критическим затуханием. Это достигается выполнением внутренней жилы кабеля из материала с высоким удельным сопротивлением. Обычно погонное сопротивление жилы кабеля составляет 10—100 Ом/м.
Значения емкостей С1 и С2 при настройке делителя несколько отличаются от расчетных, так как к одной из них добавляются собственные емкости конструктивных элементов.
Электрические характеристики пробников могут быть показаны на примере высоковольтного пробника «Тектроникс»: при напряжении 40 кВ пробник имеет время нарастания 4 нс, полное сопротивление на входе состоит из активного сопротивления 100 МОм и включенного параллельно ему конденсатора емкостью 2,7 пФ.

Ограничитель и множитель напряжения — CoderLessons.com

Наряду со схемами формирования волны, такими как ограничители и фиксаторы, диоды используются для построения других схем, таких как ограничители и умножители напряжения, которые мы обсудим в этой главе. У диодов также есть другое важное применение, известное как выпрямители, которые будут обсуждены позже.

Ограничители

Другое имя, с которым мы часто сталкиваемся при прохождении через эти машинки для стрижки и зажимы, — это схема ограничителя. Под схемой ограничителя можно понимать схему, которая ограничивает выходное напряжение от превышения предварительно определенного значения.

Это более или менее схема ограничения, которая не позволяет превышать указанное значение сигнала. На самом деле отсечение можно назвать крайней степенью ограничения. Следовательно, ограничение можно понимать как плавное ограничение.

На следующем рисунке показаны некоторые примеры схем ограничителей —

Работу схемы ограничителя можно понять из ее кривой передаточной характеристики. Пример для такой кривой следующий.

Нижний и верхний пределы указаны на графике, который указывает характеристики ограничителя. Выходное напряжение для такого графика можно понимать как

V0=L−,KVi,L+

куда

L−=Vi leq fracL−k

KVi= fracL−k<Vi< fracL+k

L+=Vi geq fracL+K

Типы Ограничителей

Есть несколько типов ограничителей, таких как

• Униполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал одним способом.

• Биполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал двумя способами.

• Мягкий ограничитель — Выход может измениться в этой цепи даже для небольшого изменения входа.

• Жесткий лимитер — Выход не будет легко меняться при изменении входного сигнала.

• Единственный ограничитель — эта схема использует один диод для ограничения.

• Двойной ограничитель — эта схема использует два диода для ограничения.

Униполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал одним способом.

Биполярный ограничитель — эта схема ограничивает сигнал двумя способами.

Мягкий ограничитель — Выход может измениться в этой цепи даже для небольшого изменения входа.

Жесткий лимитер — Выход не будет легко меняться при изменении входного сигнала.

Единственный ограничитель — эта схема использует один диод для ограничения.

Двойной ограничитель — эта схема использует два диода для ограничения.

Множители напряжения

Существуют приложения, в которых напряжение необходимо умножить в некоторых случаях. Это можно легко сделать с помощью простой схемы с использованием диодов и конденсаторов. Напряжение, если оно удвоено, такая схема называется удвоителем напряжения. Это может быть расширено для создания тройника напряжения или четверки напряжения и т. Д. Для получения высокого напряжения постоянного тока.

Чтобы лучше понять, давайте рассмотрим схему, которая умножает напряжение в 2 раза. Эту схему можно назвать удвоителем напряжения . На следующем рисунке показана схема удвоителя напряжения.

В качестве входного напряжения будет использоваться сигнал переменного тока в форме синусоиды, как показано на рисунке ниже.

За работой

Схему умножителя напряжения можно понять, анализируя каждый полупериод входного сигнала. Каждый цикл заставляет диоды и конденсаторы работать по-разному. Давайте попробуем понять это.

Во время первого положительного полупериода — при подаче входного сигнала конденсатор C1 заряжается, а диод D1 смещен в прямом направлении. Хотя диод D2 имеет обратное смещение, а конденсатор C2 не заряжается. Это делает вывод V0 равным Vm

Это можно понять из следующего рисунка.

Следовательно, в течение от 0 до  pi, выходное напряжение будет составлять Vmax. Конденсатор C1 заряжается через смещенный диод D1, чтобы дать выход, в то время как C2 не заряжается. Это напряжение появляется на выходе.

Во время отрицательного полупериода — после этого, когда наступает отрицательный полупериод, диод D1 смещается в обратном направлении, а диод D2 смещается в прямом направлении. Диод D2 получает заряд через конденсатор C2, который заряжается во время этого процесса. Затем ток течет через конденсатор C1, который разряжается. Это можно понять из следующего рисунка.

Следовательно, в течение  pi до 2 pi напряжение на конденсаторе C2 будет равно Vmax. В то время как конденсатор C1, который полностью заряжен, имеет тенденцию разряжаться. Теперь напряжения на обоих конденсаторах вместе появляются на выходе, который составляет 2Vmax. Таким образом, выходное напряжение V0 в течение этого цикла составляет 2Vmax.

В течение следующего положительного полупериода — конденсатор C1 заряжается от источника питания, а диод D1 смещается вперед. Конденсатор C2 удерживает заряд, так как не может найти способ разрядки, а диод D2 получает обратное смещение. Теперь, выходное напряжение V0 этого цикла получает напряжения от обоих конденсаторов, которые вместе появляются на выходе, что составляет 2Vmax.

Во время следующего отрицательного полупериода — следующий отрицательный полупериод заставляет конденсатор C1 снова разряжаться от своего полного заряда, а диод D1 — для обратного смещения, в то время как D2 — вперед и конденсатор C2 для дальнейшей зарядки для поддержания напряжения. Теперь, выходное напряжение V0 этого цикла получает напряжения от обоих конденсаторов, которые вместе появляются на выходе, что составляет 2Vmax.

Следовательно, выходное напряжение V0 поддерживается равным 2Vmax на протяжении всей его работы, что делает схему удвоителем напряжения.

Множители напряжения в основном используются там, где требуются высокие напряжения постоянного тока. Например, электронно-лучевые трубки и дисплей компьютера.

Делитель напряжения

В то время как диоды используются для умножения напряжения, набор последовательных резисторов может быть преобразован в небольшую сеть для деления напряжения. Такие сети называются сетями делителей напряжения .

Делитель напряжения — это цепь, которая превращает большее напряжение в меньшее. Это делается с помощью последовательно подключенных резисторов. Вывод будет частью ввода. Выходное напряжение зависит от сопротивления нагрузки, которую он управляет.

Давайте попробуем узнать, как работает схема делителя напряжения. На рисунке ниже приведен пример простой сети делителя напряжения.

Если мы попытаемся нарисовать выражение для выходного напряжения,

Vi=i left(R1+R2 right)

i= fracV−i left(R1+R2 right)

V0=iR2 rightarrowi= fracV0R2

Сравнивая оба,

 fracV0R2= fracVi left(R1+R2 right)

V0= fracVi left(R1+R2 right)R2

Это выражение для получения значения выходного напряжения. Следовательно, выходное напряжение делится в зависимости от значений сопротивления резисторов в сети. Добавлены дополнительные резисторы, чтобы иметь разные доли разных выходных напряжений.

Давайте рассмотрим примерную проблему, чтобы понять больше о делителях напряжения.

пример

Рассчитать выходное напряжение сети с входным напряжением 10 В с двумя последовательными резисторами 2 кОм и 5 кОм.

Выходное напряжение V0 определяется как

V0= fracVi left(R1+R2 right)R2

= frac10 left(2+5 right)k Omega5k Omega

= frac107 times5= frac507

=7.142v

Выходное напряжение V0 для вышеуказанной проблемы составляет 7,14 В

Делитель напряжения

При последовательном подключении нескольких резисторов, на каждом из них происходит падение напряжения. Таким образом, подключенные последовательно компоненты, как бы делят напряжение между собой. Каким именно образом будет происходить деление напряжения, можно рассчитать, используя закон Ома для участка цепи.

 

 

РАСЧЁТ ПРОПОРЦИИ

 

Сила тока, протекающая через резисторы одинакова, т.к. они соединены последовательно, и по закону Ома может быть рассчитана как:

 

 

По тому же закону Ома можно вычислить напряжение Vout, которое падает на резисторе R₂:

 

 

Из полученной формулы видно, что чем больше R₂ относительно R₁, тем большее напряжение падает на нём.

 

СЧИТЫВАНИЕ РЕЗИСТИВНЫХ СЕНСОРОВ

 

Если вместо R₂ использовать не постоянный резистор, а датчик, который меняет своё сопротивление, V_out будет зависеть от измеряемого значения.

 

 

Микроконтроллер умеет измерять напряжение. Таким образом, мы можем использовать свойства делителя напряжения для получения показаний от сенсора. Датчики же, в свою очередь, способны менять своё сопротивление в зависимости от внешних условий. Для одного датчика это — поворот ручки, для другого — изменение освещённости. Ниже приведены примеры резистивных датчиков, которые без особых проблем можно «подружить» с Arduino.

 

ТЕРМИСТОР

 

 

Термистор изменяет своё сопротивление в зависимости от собственной температуры.

 

ФОТОРЕЗИСТОР

 

 

Фоторезистор (англ. Light Dependent Resistor или сокращённо LDR) изменяет своё сопротивление в зависимости от силы света, попадающего на его керамическую «змейку».

 

ПОТЕНЦИОМЕТР

 

 

Потенциометр ещё называют переменным резистором, триммером. Это делитель из двух резисторов в одном корпусе. Поэтому у него 3 ноги: питание, выход, земля.

Соотношение R₁ и R₂ меняется поворотом ручки. От 100% в пользу R₁ до 100% в пользу R₂.

 

С оригиналом статьи вы можете ознакомиться на сайте Amperka.ru

Как спроектировать резисторный делитель напряжения [Пошаговая инструкция]

Привет, ищете дизайн делителя напряжения? Практический дизайн, а не теория. Тогда добро пожаловать, в этом посте я расскажу, как создать делитель напряжения.

Конструкция делителя напряжения

Делитель напряжения — это очень простая схема, когда дело касается схемотехники. Он играет ключевую роль, когда в одной цепи требуются разные уровни напряжения. Как следует из названия, делитель напряжения, схема, которая делит входное напряжение на требуемые уровни.

Делитель напряжения — это общий термин, для деления напряжения можно использовать потенциометр, но мы ограничимся в этом посте делением напряжения на основе резисторов.

Давайте взглянем на этого парня.

Посмотрите на этого парня, он чертовски уродлив и сбивает с толку. Знаю, но это самый простой во всей схемотехнике. И, кстати, для этой схемы я использовал программу моделирования Multisim.

Вышеупомянутая схема представляет собой простую форму делителя напряжения.Давайте посмотрим, как этот парень может запутать нас в разных формах.

Выходное напряжение может быть между узлом и опорной землей, или это может быть разница между двумя узлами (см. Последнюю диаграмму). Независимо от того, сколько резисторов используется, помните, что если они в конце создают соединение последовательного типа, скорее всего, это может быть делитель напряжения.

Существует множество способов его использования в соответствии с вашим приложением, но чаще всего он используется в качестве опорного напряжения.Проще говоря, его лучше всего использовать для создания опорного уровня напряжения.

Точность выходного напряжения просто потрясающая, если поиграться с выбором нагрузки или номиналов резистора. Выбор нагрузки — это то, что мы в основном не можем контролировать, но мы контролируем расчет значений сопротивления делителя.

Хорошо!

Давайте перейдем к реальному дизайну.

Но прежде давайте сначала выведем расчетное уравнение. Простите за плохой почерк ниже.

Приведенная выше формула является основой процедуры проектирования.Попробуйте сами вывести это однажды и постарайтесь понять это. Надеюсь, вам будет весело. Я знаю, некоторые из вас скажут: Яман, это не весело, это чертовски скучная математика.

Хорошо!

Шаг 1: Определите выходное напряжение

Первым шагом при проектировании делителя напряжения является определение выходного напряжения. Мол, для какого уровня напряжения вы хотите спроектировать схему делителя.

В основном, схема делителя используется для задания напряжения. Допустим, нам нужно опорное напряжение 3.3 В для нашего приложения, тогда 3,3 В — это наш требуемый выход для схемы делителя.

Всегда помните, что делитель напряжения не должен использоваться для включения устройств. Он не предназначен для питания устройств большой мощности. Конечно, вы можете использовать его для устройств с низким энергопотреблением, таких как светодиоды.

Причина в том, что он нестабилен. Устройствам большой мощности нужен большой ток, а это значит, что R1 сильно нагревается. Это может привести к сгоранию плохого резистора.

Итак, теперь у вас есть два известных: входное напряжение и выходное напряжение.Все, что у нас осталось, это два неизвестных резистора.

Шаг 2: Расчет номиналов резистора

Это забавное задание. Теоретически вы можете спроектировать любую схему делителя напряжения, но на самом деле вы ограничены.

Вы не можете выбрать случайные значения резисторов, потому что эти значения должны быть доступны на рынке для практической реализации схемы, то есть они должны быть стандартными значениями.

Например, вы выбираете случайные значения, идете в магазин и обнаруживаете, что таких значений не существует.Поздравляю, вы только что разработали очень плохую схему делителя. Некоторые из вас могут сказать: «Яман, мы можем использовать ряды и параллели, чтобы получить ценность нашего желания». Мой ответ, правда, очень верный. Но это сделает вашу конструкцию уродливой, полной резисторов и большого количества потерь энергии.

Нельзя использовать резисторы с малыми номиналами. Причина в том, что мы не хотим потери мощности в цепи делителя. Он нужен нам как источник постоянного напряжения.

Итак, две вышеупомянутые вещи очень важны. Держите их в уме.

Сначала выберите значение R2, затем рассчитайте значение R1.

Выберите значения в килограммах. Не выбирайте резисторы с низким сопротивлением, это приведет к потере мощности в цепи.

Думаю, пора привести несколько примеров, чтобы прояснить ситуацию.

Пример: Разработайте схему делителя напряжения для требуемого выходного напряжения 5 В, входного напряжения 10 В.

Первым делом обратите внимание на входное и выходное напряжения, выходное напряжение составляет половину входного.Итак, имея в виду уравнение делителя напряжения, это возможно, только если.

Во-вторых, попробуйте выбрать стандартные значения в диапазоне килоОм. Итак, оптимальные значения для этого случая — 10 кОм.

Есть много других возможных значений, вы тоже можете согласиться с этим. Но помните, что мы еще не подключили это к нагрузке, и нагрузка — это еще один фактор, который следует учитывать при выборе значений для резисторов.

---

Прочие полезные сообщения

Использование закона Ома для создания делителя напряжения

Согласование со структурой учебной программы

Примечание. Планы уроков этой серии соответствуют одному или нескольким из следующих наборов стандартов: • U.S. Стандарты естественнонаучного образования (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962) • Стандарты науки нового поколения США (http://www.nextgenscience.org/) • Стандарты Международной ассоциации технологического образования Грамотность (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)

• Принципы и стандарты школьной математики Национального совета учителей математики США (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Общие основные государственные стандарты США по математике (http: // www.corestandards.org/Math) • Ассоциация учителей информатики K-12 Стандарты информатики (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Национальные стандарты естественнонаучного образования, классы 5-8 (возраст 10-14) СТАНДАРТ СОДЕРЖАНИЯ A: Наука как исследование

В результате занятий все студенты должны развить

• Способности, необходимые для проведения научных исследований
• Размышления о научных исследованиях

СОДЕРЖАНИЕ СТАНДАРТ B: Физические науки

В результате своей деятельности все учащиеся должны развить понимание ✦ Передача энергии

Национальные стандарты естественнонаучного образования, классы 9–12 (возраст 15–18 лет) СТАНДАРТ СОДЕРЖАНИЯ A: Наука как исследование

В результате занятий все студенты должны развить

• Необходимые способности для проведения научных исследований
• Размышления о научных исследованиях

СОДЕРЖАНИЕ СТАНДАРТ B: Физические науки

В результате своей деятельности все учащиеся должны развить понимание ✦ Взаимодействия энергии и материи.

Научные стандарты нового поколения, классы 3-5 (возраст 8-11) Энергия

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

✦ 4-ПС3-4.Примените научные идеи для разработки, тестирования и усовершенствования устройства, преобразующего энергию из одной формы в другую.

Научные стандарты нового поколения 6–8 классы (11–14 лет) Движение и стабильность: силы и взаимодействия

✦ MS-PS2-3. Задайте вопросы о данных, чтобы определить факторы, влияющие на силу электрических и магнитных сил.

Научные стандарты нового поколения 9–12 классы (14–18 лет) Энергетика

✦ HS-PS3-1. Создайте вычислительную модель для расчета изменения энергии одного компонента в системе, когда известно изменение энергии другого компонента (-ов) и потоки энергии в систему и из нее.

✦ HS-PS3-3. Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. *

Принципы и стандарты школьной математики (возраст 10-14) Стандарты измерений

• Примените соответствующие методы, инструменты и формулы для определения размеров. ✦ использовать общие критерии для выбора подходящих методов оценки измерений.

Принципы и стандарты школьной математики (возраст от 14 до 18 лет) Стандарты измерений

• Понимание измеримых атрибутов объектов и единиц, систем и процессов измерения
• принимает решения относительно единиц и шкал, которые подходят для проблемных ситуаций, связанных с измерением.
• Примените соответствующие методы, инструменты и формулы для определения размеров.
• анализирует точность, точность и приблизительную погрешность в ситуациях измерения.
• использует единичный анализ для проверки расчетов измерений.

Общие основные государственные стандарты для школьной математики 3–8 классы (возраст 8–14 лет) Измерения и данные

• Преобразование одинаковых единиц измерения в данной системе измерения. ✦ CCSS.Math.Content.5.MD.A.1 Преобразование стандартных единиц измерения разного размера в рамках данной системы измерения (например,g., преобразовать 5 см в 0,05 м) и использовать эти преобразования для решения многоступенчатых реальных задач.

Геометрия

• Графические точки на координатной плоскости для решения реальных и математических задач.

✦ CCSS.Math.Content.5.G.A.2 Представление реальных и математических задач путем нанесения точек в первом квадранте координатной плоскости и интерпретации значений координат точек в контексте ситуации.

Соотношения и пропорциональные отношения

• Понимать концепции соотношений и использовать рассуждения о соотношении для решения проблем.

✦ CCSS.Math.Content.6.RP.A.3 Используйте рассуждения о соотношении и скорости для решения реальных и математических задач, например, используя таблицы эквивалентных соотношений, ленточные диаграммы, линейные диаграммы с двойными числами или уравнения .

✦ CCSS.Math.Content.7.RP.A.2c Представьте пропорциональные отношения уравнениями. Например, если общая стоимость t пропорциональна количеству n товаров, купленных по постоянной цене p, связь между общей стоимостью и количеством товаров может быть выражена как t = pn.

Общие основные государственные стандарты для школьной математики 3-8 классов (8-14 лет)

Выражения и уравнения

• Примените и расширите предыдущее понимание арифметики на алгебраические выражения.

✦ CCSS.Math.Content.6.EE.A.2 Записывать, читать и оценивать выражения, в которых буквы обозначают числа.

• Обсудите и решите уравнения и неравенства с одной переменной.

✦ CCSS.Math.Content.6.EE.B.6 Использование переменных для представления чисел и написания выражений при решении реальных или математических задач; понимать, что переменная может представлять неизвестное число или, в зависимости от цели, любое число в указанном наборе.

✦ CCSS.Math.Content.6.EE.B.7 Решайте реальные и математические задачи, записывая и решая уравнения вида x + p = q и px = q для случаев, когда p, q и x равны неотрицательные рациональные числа.

Функции

• Определение, оценка и сравнение функций.

✦ CCSS.Math.Content.8.F.A.1 Поймите, что функция — это правило, которое назначает каждому входу ровно один выход. График функции — это набор упорядоченных пар, состоящих из входа и соответствующего выхода.

Общие основные государственные стандарты для школьной математики 9–12 классов (возраст 14–18 лет)

Алгебра

• Создание уравнений, описывающих числа или отношения

✦ CCSS.Math.Content.HSA-CED.A.4 Измените порядок формул, чтобы выделить интересующее количество, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.Например, измените закон Ома V = IR, чтобы выделить сопротивление R.

• Решите уравнения и неравенства с одной переменной.

✦ CCSS.Math.Content.HSA-REI.B.3 Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.

Стандарты технологической грамотности — для всех возрастов

Дизайн

✦ Стандарт 10: Студенты разовьют понимание роли поиска и устранения неисправностей, исследований и разработок, изобретений и инноваций, а также экспериментирования в решении проблем.

Созданный мир

✦ Стандарт 16. Учащиеся разовьют понимание и смогут выбирать и использовать энергетические и энергетические технологии.

Что такое делитель напряжения или делитель потенциала, формула и практическое применение?

(Последнее обновление: 9 ноября 2019 г.)

Описание:

Делитель напряжения или делитель потенциала. Делитель напряжения или делитель потенциала — это в основном пассивная линейная цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов, которые создают выходное напряжение (Vout), составляющее часть входного напряжения (Vin).Приложенное напряжение Vin распределяется между компонентами схемы делителя.

Я использовал схемы делителей напряжения в разных проектах. В этой статье вы узнаете, как на практике использовать делитель напряжения или схему делителя потенциала. Вы также узнаете, зачем нам нужен делитель потенциала и как использовать схему делителя потенциала. Но прежде чем вы сможете использовать схему делителя напряжения в каком-либо проекте, сначала вам нужно понять основы, такие как

.

Что такое делитель напряжения?

Как сделать схему делителя напряжения?

Как и когда использовать схему делителя напряжения?

Когда не использовать делитель напряжения?

Что такое формула и как ее использовать при проектировании схем?

Можно ли использовать схему делителя напряжения в качестве постоянного источника питания для любой нагрузки?

Вы получите ответы на все эти вопросы.

Сначала давайте поговорим об основах, а затем я покажу вам, как практически использовать потенциальный делитель. Давайте начнем.

Ссылки на покупку некоторых наиболее часто используемых электронных компонентов и инструментов на Amazon:

* Обратите внимание: это партнерские ссылки. Я могу получить комиссию, если вы купите компоненты по этим ссылкам. Буду признателен за вашу поддержку!

Что такое делитель напряжения или делитель потенциала?

Делитель напряжения или делитель потенциала. Делитель напряжения или делитель потенциала — это в основном пассивная линейная цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов, которые создают выходное напряжение (Vout), составляющее часть входного напряжения (Vin).Приложенное напряжение Vin распределяется между компонентами схемы делителя. Делители напряжения — одна из самых фундаментальных схем в электронике. Для одного и того же входного напряжения мы можем получить разные выходные напряжения, изменяя номиналы резисторов, соединенных последовательно.

Примечание: Для резисторов одинакового номинала напряжение делится поровну.

Чтобы лучше объяснить схему делителя напряжения или схему делителя потенциала, я сделал три схемы делителя потенциала в программе моделирования Proteus.Каждая схема делителя потенциала имеет два последовательно включенных резистора. Приложенное напряжение остается прежним. Резисторы R1, R3 и R5 представляют собой резисторы номиналом 10 кОм, а резистор R2 = 1 кОм, R4 = 2 кОм и R6 = 10 кОм.

В схеме делителя потенциала №1 резисторы R1 и R2 включены последовательно.

Vin = 12 вольт

R1 = 10 К

R2 = 1 К

Используя следующую формулу делителя напряжения или делителя потенциала, мы можем найти выходное напряжение Vout.

Формула делителя потенциала или Формула делителя напряжения:

Vout = (1000/11000) x 12

Выход = (1/11) x 12

Vout = 1,09 В

Аналогично для цепи № 2 можно найти выходное напряжение Vout.

В схеме делителя напряжения номер 3 можно увидеть резисторы такого же номинала, благодаря которым напряжение делится поровну. Когда используются резисторы одинакового номинала, напряжение делится поровну, и нет необходимости использовать формулу.

Во всех вышеперечисленных схемах используются резисторы фиксированного номинала, благодаря которым вырабатывается фиксированное выходное напряжение. Чтобы получить переменное напряжение, вы можете заменить любой из резисторов потенциометром. Схема делителя напряжения, в которой используется переменный резистор или потенциометр, лучше всего подходит для установки опорного напряжения, что я подробно объясню.

Один из наиболее часто задаваемых вопросов о схеме делителя напряжения:

Как сделать схему делителя напряжения?

Когда два или более резистора соединены последовательно, образуется цепь делителя напряжения.Таким образом вы можете получить разные напряжения, как показано на рисунке ниже.

Применение делителя напряжения на практике:

Из приведенного выше обсуждения вы знаете, что делитель напряжения или делитель потенциала предназначен для уменьшения напряжения. Делитель напряжения или делители потенциала также используются для преобразования напряжения. Допустим, у вас есть схема, которая требует 3,3 вольт, и она должна быть сопряжена с цифровыми выводами Arduino, которые выдают 5 вольт при включении.В такой ситуации вам понадобится какой-то преобразователь, который может преобразовать 5 вольт в 3,3 вольта. Этот преобразователь может быть простой схемой делителя потенциала, я объясню это практически через минуту.

Нелинейные резисторы, такие как термистор, LDR, варистор, гибкий резистор и т. Д., Соединены последовательно с другими резисторами для создания схемы делителя напряжения. Начнем с наиболее часто используемых электронных компонентов LDR «светозависимый резистор», который представляет собой нелинейный резистор.

1. Применение делителя напряжения / использование в проекте солнечного трекера:

В системе слежения за солнечными лучами первая схема, с которой мы начинаем, — это светочувствительная схема, состоящая из LDR.Как вы знаете, LDR означает светозависимый резистор, что означает, что сопротивление изменяется при изменении интенсивности света.

Когда LDR подключен последовательно с резистором фиксированного значения, он образует цепь делителя напряжения. Таким образом, мы можем получать разные напряжения при изменении интенсивности света. Чтобы сделать его совместимым с Arduino, вы можете заменить 12 вольт на +5 вольт. Затем вы можете подключить Vout к аналоговому входу Arduino и прочитать напряжения.

Давайте немного усложним, давайте управлять реле на 12 В с помощью этого LDR.Схема, которую я собираюсь объяснить, может использоваться в солнечных трекерах, системах ночного и дневного обнаружения и лазерных системах безопасности.

Напряжение Vout, которое поступает от делителя потенциала, образованного LDR1 и резистором 10 кОм, сравнивается с опорным напряжением, поступающим от потенциометра RVI с использованием lm741, который используется в качестве компаратора напряжения в этой схеме. Опорное напряжение устанавливается с помощью потенциометра, который также работает как делитель напряжения, вращая потенциометр, мы можем устанавливать различные напряжения.

Итак, после сравнения напряжения, поступающего от схемы делителя напряжения, с опорным напряжением, lm741 IC дает выходной сигнал, который приблизительно равен входному напряжению 12 В. Выходное напряжение может составлять от 10 до 11 В. До сих пор все нормально.

Теперь мы хотим управлять реле с выходным напряжением, но проблема в том, что мы не можем напрямую подключить реле к lm741, так как оно не обеспечивает достаточный ток для возбуждения катушки реле. Если вы посмотрите техническое описание микросхемы операционного усилителя lm741, вы узнаете, что lm741 может обеспечить ток 25 мА, которого недостаточно для возбуждения катушки реле.

Если мы измеряем сопротивление катушки реле, которое составляет 0,426 кОм, оно равно 426 Ом, так как это реле на 12 В, поэтому напряжение составляет 12 В.

Затем по закону Ома

v = I R

Мы можем найти текущий

I = v / R.

I = 12/426

I = 0,028 ампер

, что равно

I = 28 мА

Итак, для подачи питания на катушку реле необходимо 28 мА миллиампер. Как видите, ток, необходимый для катушки реле, больше, чем ток, который может подавать lm741.

, но, слава богу, у нас есть транзистор, который можно использовать в качестве переключателя, поскольку мы рассчитали ток катушки реле, который составил 32 мА, теперь давайте выберем транзистор, который может выдерживать такой большой ток, я выбрал транзисторы 2n2222 NPN, поскольку он может выдерживать больший ток чем 28 мА, так что лучше всего для управления этим реле, но подождите… мы также не можем использовать транзистор 2n2222 NPN напрямую с lm741, потому что это повредит транзистор 2n2222 NPN, если мы посмотрим на техническое описание транзистора NPN 2n2222, мы увидим, что напряжение эмиттер-база не должно быть больше 6 В, в то время как выходная мощность lm741 превышает даже 10 вольт.Подключение 10 В к базе 2n2222 приведет к повреждению транзистора.

Теперь пришло время использовать схему делителя потенциала, чтобы уменьшить выходное напряжение lm741 до уровня, достаточного для включения транзистора, но никогда не превышающего 6 В. Теперь нам нужно узнать значение R2, которое дает напряжение больше или равное 1 В и меньше 6 В.

Используйте эту формулу, чтобы найти напряжение.

Выход = R2 (Вин / R1 + R2)

Vout = (11v * 1k) / 11k

Vout = 11/11 = 1v

Теперь схема готова, и мы можем управлять реле, теперь мы можем подключить нагрузку к этому реле или мы можем использовать это реле для сигнализации микроконтроллеру.Эта схема может использоваться как с Arduino, так и без него.

1. Использование делителя напряжения в блоке питания на базе LM317T.

Выходное напряжение регулируемого регулируемого регулятора напряжения LM317t определяется соотношением двух резисторов R1 и R2, которые в основном образуют схему делителя потенциала на выходной клемме регулятора напряжения lm317t.

Напряжение на резисторе обратной связи R1 постоянно 1.Опорное напряжение 25 вольт, Vref, создается между выходом и клеммой настройки регулятора напряжения. На клемме настройки постоянный ток составляет 100 мкА. Поскольку опорное напряжение Vref на резисторе R1 является постоянным, через другой резистор R2 будет протекать постоянный ток I, что приводит к выходному напряжению, которое можно рассчитать по следующей формуле.

Выход = 1,25 (1 + (R2 / R1))

Входное напряжение Vin на LM317t должно быть не менее 2.На 5 вольт больше требуемого выходного напряжения.

Lm317 регулятор напряжения вычислитель:

Если нам известно значение требуемого выходного напряжения, скажем, 9 вольт, а сопротивление резистора обратной связи R1 составляет 214 Ом, то мы можем вычислить значение резистора R2.

R1. ((Vout / 1.25) -1) = 214. ((9 / 1.25) -1) = 1326 Ом

Конечно, на практике резистор R2 обычно заменяют потенциометром для создания переменного напряжения.

Примечание: делители напряжения не должны использоваться для питания нагрузки. Любой ток, необходимый для нагрузки, также должен проходить через R ₁ . Ток и напряжение на R ₁ производят 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. Если вам нужно понизить напряжение, чтобы использовать его в качестве источника питания, обратите внимание на регуляторы напряжения или импульсные источники питания.

1. Делитель напряжения как преобразователь напряжения для Arduino

Как вы знаете, Arduino основан на контроллере 5 В, в то время как модуль приемопередатчика LoRa по технологии Reyax может обрабатывать напряжения от 2.8 до максимум 3,6 вольт. Типичное напряжение составляет 3,3 В, как объяснялось ранее. Из этой информации мы знаем, что этот модуль не может быть напрямую связан с Arduino, для этого нам нужен какой-то преобразователь, который может преобразовывать 5 вольт в 3,3 вольт. Но вместо преобразователя можно использовать простую схему делителя потенциала. Как вы можете видеть, резисторы 4,7 кОм и 10 кОм соединены последовательно, что дает мне 3,4 вольта, что идеально подходит для модуля приемопередатчика Reyax LoRa.

Провод от середины этих резисторов подключен к выводу RXD модуля, другая ножка резистора 10 кОм соединена с землей, а другая ножка 4.Резистор 7 кОм подключен к TX Arduino. Вывод Rx Arduino соединен с выводом TXD модуля LoRa. Земля модуля LoRa связана с землей Arduino.

LED1 составляет 2,5 вольта, чтобы включить этот светодиод с помощью 5 вольт, нам нужно использовать резистор, подключенный последовательно со светодиодом. Это делает схему делителя. Этой схемой пользуюсь довольно давно.

Посмотреть видеоурок:

Нравится:

Нравится Загрузка…

% PDF-1.4 % 767 0 объект > эндобдж xref 767 75 0000000016 00000 н. 0000002538 00000 н. 0000002697 00000 н. 0000003110 00000 н. 0000003739 00000 н. 0000003853 00000 п. 0000003944 00000 н. 0000004488 00000 н. 0000005135 00000 п. 0000006400 00000 н. 0000006512 00000 н. 0000010092 00000 п. 0000014685 00000 п. 0000016960 00000 п. 0000017317 00000 п. 0000017734 00000 п. 0000018134 00000 п. 0000018405 00000 п. 0000018483 00000 п. 0000018608 00000 п. 0000018757 00000 п. 0000018956 00000 п. 0000019059 00000 п. 0000019161 00000 п. 0000019261 00000 п. 0000019364 00000 н. 0000019463 00000 п. 0000019566 00000 п. 0000019682 00000 п. 0000019748 00000 п. 0000019783 00000 п. 0000020117 00000 п. 0000020195 00000 п. 0000027121 00000 п. 0000027144 00000 п. 0000027222 00000 п. 0000027335 00000 п. 0000032846 00000 п. 0000033363 00000 п. 0000033429 00000 п. 0000033545 00000 п. 0000033568 00000 п. 0000033646 00000 п. 0000039493 00000 п. 0000039907 00000 н. 0000039973 00000 п. 0000040089 00000 п. 0000040153 00000 п. 0000042803 00000 п. 0000042840 00000 п. 0000042875 00000 п. 0000042953 00000 п. 0000056039 00000 п. 0000056369 00000 п. 0000056435 00000 п. 0000056551 00000 п. 0000244458 00000 н. 0000245048 00000 н. 0000245112 00000 н. 0000245147 00000 н. 0000245225 00000 н. 0000250382 00000 н. 0000250711 00000 н. 0000250777 00000 н. 0000250895 00000 н. 0000250930 00000 н. 0000251008 00000 н. 0000256562 00000 н. 0000256891 00000 н. 0000256957 00000 н. 0000257075 00000 н. 0000503483 00000 н. 0000503966 00000 н. 0000002341 00000 п. 0000001832 00000 н. трейлер ] / Назад 662253 / XRefStm 2341 >> startxref 0 %% EOF 841 0 объект > поток htP + Ca ~; M, C5QvZ | J & $ Br! IPBR ~} ߯

Что такое делители напряжения? — Новости о хранении энергии, батареях, изменении климата и окружающей среде

Делитель напряжения — одна из основных схем, используемых в электротехнике.Это важная концепция, особенно когда нужно создавать более сложные схемы. Это позволяет инженерам анализировать сопротивление и оптимизировать электронные устройства. Эта схема является одним из важных приложений закона Ома.

Чтобы дать вам небольшую справку, закон Ома гласит, что ток, протекающий по проводнику между двумя точками, пропорционален разности потенциалов в тех же двух точках. Этот закон актуален при построении делителя напряжения.

Две важные части делителя напряжения — это схема и уравнение.

Изображение предоставлено AllAboutCircuits.com

Схема состоит из входного напряжения (Vin) и двух резисторов (резистор R1, ближайший к напряжению, и R2, ближайший к земле). Vout — это падение напряжения (или разделенное напряжение) на R2, которое является предполагаемым напряжением, которое эта схема намеревается создать. Это часть напряжения, которое изначально было в Vin.

Уравнение — это формула, которая позволит вам вычислить Vout. Зная эту формулу, вы можете манипулировать Vin, чтобы получить правильный Vout, который должен быть произведен делителем напряжения.Уравнение выглядит следующим образом:

Изображение предоставлено SparkFun.com

Это уравнение просто утверждает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и соотношению двух резисторов.

Делители напряжения используются в электротехнике по-разному. Одно из самых простых приложений для понимания — это потенциометр. Также называемый потенциометром, это переменный резистор, который используется для создания регулируемого делителя напряжения. Горшок состоит из одного резистора и дворника.Этот дворник делит резистор на две части и может перемещаться, чтобы регулировать соотношение этих двух частей. На внешней стороне горшка есть три булавки. Два из них подключены к каждому концу резистора, а третий подключен к дворнику. Два контакта, подключенные к резистору, обычно подключены к источнику напряжения (один заземлен, а другой — к входному напряжению). Штифт посередине или тот, который подключен к дворнику, действует как делитель напряжения.

Статьи по теме:

Что такое Ом?

Что такое автоматический выключатель?

Что такое резисторы

Что такое регулятор напряжения?

SparkFun Education — Библиотека концепций

---

Идеальный делитель напряжения

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

Схема

Делитель напряжения включает приложение источника напряжения к серии из двух резисторов. Вы можете увидеть, как он нарисован несколькими разными способами, но они всегда должны быть 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 (Vin), R1, а резистор, ближайший к земле, R2.Падение напряжения на R2 называется Vout, то есть разделенное напряжение, которое наша цепь должна создавать.

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

Уравнение

Уравнение делителя напряжения предполагает, что вам известны три значения указанной выше схемы: входное напряжение (Vin) и значения обоих резисторов (R1 и R2). Учитывая эти значения, мы можем использовать это уравнение, чтобы найти выходное напряжение (Vout):

Запомните это уравнение!

Это уравнение утверждает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и соотношению R1 и R2 .Если вы хотите узнать, откуда это взялось, ознакомьтесь с этим разделом, в котором получено уравнение. А пока просто запишите и запомните!

Калькулятор

Поэкспериментируйте с входами и выходами уравнения делителя напряжения! Ниже вы можете подставить числа для Vin и обоих резисторов и посмотреть, какое выходное напряжение они производят.

Или, если вы настроите Vout, вы увидите, какое значение сопротивления на R2 требуется (с учетом Vin и R1).

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 , то выходное напряжение составляет половину входного. Это верно независимо от номиналов резисторов.

Если R2 на намного больше на (по крайней мере, на порядок), чем R1, то выходное напряжение будет очень близко к входному.На R1 будет очень мало напряжения.

И наоборот, если R2 намного меньше, чем R1, выходное напряжение будет крошечным по сравнению с входным. Большая часть входного напряжения будет на R1

.

---

Приложения

Делители напряжения

находят 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. Слева вверху по часовой стрелке: стандартный триггер 10k, 2-осевой джойстик, софтпот, слайд-горшок, классический прямоугольный угол и удобный для макетной платы триггер 10k.

Условное обозначение потенциометра.
Контакты 1 и 3 — это концы резистора.
Штырь 2 подключается к дворнику.

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.

Если внешние контакты подключены к источнику напряжения (один к земле, другой к Vin), выход (Vout на среднем контакте будет имитировать делитель напряжения.Полностью поверните горшок в одном направлении, и напряжение может быть нулевым; 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.

Чтение резистивных датчиков

Многие датчики в реальном мире представляют собой простые резистивные устройства. Фотоэлемент — это переменный резистор, который создает сопротивление, пропорциональное количеству воспринимаемого света. 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.

Уровень освещенности	R2 (Датчик)	R1 (фиксированный)	Соотношение R2 / (R1 + R2)	Vout
Свет	1 кОм	5.6 кОм	0,15	0,76 В
Разм.	7кОм	5,6 кОм	0,56	2,78 В
Темный	10 кОм	5,6 кОм	0,67	3,21 В

Качели около 2.45V от светлого к темному. Достаточное разрешение для большинства АЦП!

Сдвиг 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, нередки случаи, когда 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 нужно, — это пара резисторов, отношение которых делит сигнал 5 В до примерно 3,3 В. Резисторы в диапазоне 1–10 кОм обычно лучше всего подходят для такого применения; давай

Резисторы 3,3 кОм (оранжевый, оранжевый, красный) — это резисторы R2, 1.Резисторы 8 кОм — это резисторы R1. 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.

Application Dont’s

Как ни соблазнительно использовать делитель напряжения для понижения, скажем, источника питания с 12 В до 5 В, делители напряжения не следует использовать для подачи питания на нагрузку .

Любой ток, который требуется нагрузке, также должен проходить через R1. Ток и напряжение на R1 производят 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.

Здесь 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 повеселиться с законом Ома и алгеброй.

Оценка схемы

Итак, что, если вы хотите измерить напряжение на Vout? Как можно применить закон Ома, чтобы создать формулу для вычисления там напряжения? Предположим, что нам известны значения Vin, R1 и R2, поэтому давайте получим уравнение Vout в терминах этих значений.

Давайте начнем с определения токов в цепи — I1 и I2 — которые мы назовем токами через соответствующие резисторы.

Наша цель — вычислить Vout. Что, если бы мы применили закон Ома к этому напряжению? Достаточно просто, задействован только один резистор и один ток:

Sweet! Мы знаем ценность R2, но как насчет I2? Это неизвестное значение, но мы кое-что о нем знаем. Мы можем предположить (и это оказалось большим предположением), что I1 эквивалентен I2 . Хорошо, но это нам помогает? Задержите эту мысль.Наша схема теперь выглядит так, где I равно I1 и I2.

Что мы знаем о Вине? Ну, Vin — это напряжение на обоих резисторах R1 и R2. Эти резисторы включены последовательно. Последовательные резисторы в сумме дают одно значение, поэтому мы можем сказать:

.

И, на мгновение, мы можем упростить схему до:

Закон Ома в своей основе! Vin = I * R.Что, если мы превратим этот R обратно в R1 + R2 , также можно записать как:

И поскольку I эквивалентен I2, подставьте это в наше уравнение Vout, чтобы получить:

И это, друзья мои, уравнение делителя напряжения! Выходное напряжение — это часть входного напряжения, и эта доля равна R2, деленному на сумму R1 и R2.

Теперь, когда вы получили представление об одной из самых распространенных схем в электронике, вам предстоит изучить целый мир новых вещей!

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

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

Что такое делитель напряжения, делитель потенциала »Электроника

Делитель потенциала или делитель напряжения — это схема, которая принимает большее напряжение и делит его на фиксированное соотношение в соответствии с электронными компонентами, чтобы получить меньшее выходное напряжение.

---

Напряжение включает:
Что такое напряжение Электрическое поле Делитель напряжения / потенциала Электродвижущая сила

---

Делитель напряжения или делитель потенциала — одна из самых основных схем, используемых в проектировании электронных схем, и одна из широко используемых, поскольку выполняет очень важную функцию.

Таким образом, делитель напряжения является фундаментальным элементом любой схемы электроники, а также многих электрических схем.

Схема делителя напряжения или делителя напряжения очень проста. Он просто состоит из двух электронных компонентов, которые обычно представляют собой резисторы.

Что такое потенциальный делитель

Делитель потенциала обычно создается с использованием всего двух электронных компонентов, которые обычно являются резисторами.

Схема состоит из двух последовательно соединенных резисторов, обычно подключенных между входным напряжением и нулевым напряжением / землей.В этом случае соединение между двумя резисторами имеет небольшую часть входного напряжения, возникающего на нем.

Делитель потенциала — очень полезный метод снижения напряжения в цепи с минимумом электронных компонентов.

Базовая схема делителя напряжения с использованием двух резисторов

На схеме показаны два основных формата принципиальной схемы делителя напряжения. Обе схемы абсолютно одинаковы с электрической точки зрения, но их можно увидеть в любом формате на различных принципиальных схемах.

Видно, что полное входное напряжение, обозначенное V _в , появляется на обоих последовательно соединенных резисторах. Поскольку через оба резистора проходит одинаковый ток, при условии, что на выходе нет нагрузки, выходное напряжение будет пропорционально входному напряжению.

Выходное напряжение можно рассчитать по формуле, приведенной ниже.

Управляя уравнением, можно увидеть, что отношение выходного напряжения к входному напряжению равно отношению R к общему сопротивлению, т.е.е. R ₁ + R.

Формулу относительно легко изменить, так что, если вам нужно конкретное выходное напряжение при фиксированном входном напряжении, значения резисторов можно легко вычислить.

Например, если входное напряжение составляет 9 В, а требуется выход 6 В, первое решение, которое необходимо принять, — это общий необходимый уровень сопротивления. Это решение, которое обычно принимается в результате других конструктивных ограничений электронной схемы.

Для этого примера давайте упростим задачу и скажем, что общее сопротивление составляет 9 кОм.Используя формулу, мы видим, что R R ₁ составляет 3 кОм, а R — 6 кОм.

Что происходит с выходом, приводит к низкому сопротивлению

Одна из проблем с потенциальным делителем заключается в том, что если на выходе есть сопротивление, то это изменит работу. На самом деле любая цепь, подключенная к выходу делителя потенциала, будет действовать как нагрузка и немного изменит работу. Однако во многих случаях эффект невелик, и его можно игнорировать.

Если сопротивление более сопоставимо со значениями сопротивления в делителе потенциала или делителе напряжения, его влияние необходимо учитывать.Этого легко добиться, взглянув на схему.

Схема делителя потенциала или делителя напряжения с внешним нагрузочным резистором на выходе

Новое общее сопротивление нижнего резистора в делителе напряжения составляет R ₂ параллельно с R ₃ . Если мы назовем этот резистор R _t , то это легко вычислить, исходя из того, что это два параллельных резистора.

Новое значение R _t легко вычислить, используя формулу для двух резисторов, включенных параллельно.

Рассчитав это значение, его можно затем подставить в формулу для делителя напряжения:

Таким образом, легко рассчитать влияние любой нагрузки цепи, следующей за делителем напряжения. Однако конструкцию электронных схем схем часто выбирают так, чтобы сопротивление делителя напряжения было намного ниже, что часто в десять раз является хорошим фактором, и таким образом влияние любой нагрузки сводится к минимуму.

Примеры делителя напряжения в реальных схемах

Существует очень много конструкций электронных схем, в которых используется простой делитель напряжения.Примеров слишком много, чтобы включить их все, но пара примеров приведена ниже:

Регулировка громкости в радиоприемнике

Делитель потенциала с использованием системы переменного резистора является наиболее распространенным способом включения регулятора громкости в радиоприемник или другую аналоговую аудиосистему.

Вместо изменения сопротивления резистора используется элемент с фиксированным сопротивлением, а выходная точка резистора изменяется, как показано на обозначении схемы.

Типичный поворотный потенциометр

Из обозначения схемы можно представить, что есть контакт, скользящий по резистивному элементу.Таким образом, когда ползунок находится близко к верху резистивного элемента, будет видно гораздо более высокое напряжение, но когда он перемещается вниз, видимое напряжение будет уменьшено. Таким образом можно очень легко изменить громкость аудиосигнала.

Электронные компоненты, которые работают таким образом, называются потенциометрами, исходя из описания делителя потенциала.

Типичный поворотный потенциометр

Типичное применение потенциометра — это домашнее радио, где он позволяет регулировать громкость до необходимого уровня.Регулятор громкости обычно размещается сразу после демодуляции сигнала на входе аудиоусилителя.

Схема регулятора громкости потенциометра, используемого во многих бытовых и других радиоприемниках

Видно, что входящий аудиосигнал от демодулятора подключен к верхней части потенциометра, а ползунок установлен на отвод необходимой пропорции входящего напряжения. . Он настроен на обеспечение требуемого потенциального деления для необходимого уровня звука.

Потенциометры

бывают разных форматов. Показанный выше круглый, но также используются и линейные, и их часто можно увидеть как ползунки в консолях аудиомикшеров и т. Д.

Установка уровня смещения постоянного тока в схеме транзистора

Одна конкретная схема предназначена для стандартной схемы транзистора с общим эмиттером (и многих других). Здесь делитель потенциала используется для установки смещения для базы транзистора.

Схема с общим эмиттером, использующая делитель напряжения для установки смещения для базы

В простой схеме для схемы транзистора с общим эмиттером, показанной выше, используется делитель потенциала, состоящий из двух резисторов R ₁ и R ₂ для установки смещения для транзистор.

Путем выбора правильных значений напряжение на базе может быть установлено на значение, необходимое для рассматриваемой цепи.

Если резисторы в цепи делителя напряжения установлены достаточно низкими, но не слишком низкими, чтобы они потребляли слишком большой ток, база не будет чрезмерно загружать цепь, и напряжение будет поддерживаться на нужном уровне.

Делитель напряжения или схема делителя напряжения используются оба термина — это особенно полезная конфигурация схемы, которая используется во многих областях проектирования электронных схем.