Делитель напряжения — Основы электроники

Делитель напряжения это цепь или схема соединения резисторов, применяемая для получения разных напряжений от одного источника питания.

Рассмотрим цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными сопротивлениями (рис. 1).

Рисунок 1. Последовательная цепь есть простейший делитель напряжения.

Согласно закону Ома если приложить к такой цепи напряжение, то падение напряжения на этих резисторах будет тоже разным.

U_R1=I*R1;

U_R2=I*R2.

Схема, изображенная на рисунке 1, и есть простейший делитель напряжения на резисторах. Обычно делитель напряжения изображают, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Классическая схема делителя напряжения.

Для примера разберем простейший делитель напряжения, изображенный на рисунке 2. В нем R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и на­пряжение источника питания, оно же и есть входное напряжения делителя Uвх = 30 вольт. Напряжение в точке

А равно полному напряжению источника, т. е. 30 вольт. Напряжение Uвых, то есть в точке В равно напряжению на R2.Определим напряжение Uвых.

Общий ток в цепи равен:

(1)

Для нашего примера I=30 В/ (1 кОм + 2 кОм) = 0,01 А = 10 мА.

Напряжение на R2 будет равно:

(2)

Для нашего примера UR2 = 0,01 А*1000 Ом = 10 В.

Выходное напряжение можно вычислить вторым способом, подставив в выражение (2) значение тока (1), тогда получим:

(3)

U_R2 = 30 В*1 кОм/(1 кОм + 2 кОм) = 10 В.

Второй способ применим для любого делителя напряжения, состоящего из двух и более резисторов, включенных последовательно. Напряжение в любой точке схемы можно вычислить с помощью калькулятора за один прием, минуя вычисление тока.

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

Делитель напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

На рисунке 3 изображен делитель напряжения, состоящий из трех одинаковых резисторов сопротивлением в 1 кОм каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.

Рисунок 3. Делитель напряжения из трех резисторов.

Общее сопротивление R= R1+R2+R3 = 1 кОм + 1 кОм + 1 кОм = 3 кОм

Напряжение в точке А относительно точки Е будет равно:

Тгда Ua-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*1 кОм = 10 В.

Напряжение в точке В относительно точки Е будет равно:

Тгда Ub-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*(1 кОм + 1 кОм) = 20 В.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Емкостной делитель напряжения ⋆ diodov.net

Простейший емкостной делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов и используется для снижения величины U на отдельных элементах электрической цепи.

Делитель постоянного напряжения на конденсаторах чаще всего применяют многоуровневых инверторов напряжения, широко используемых как на электроподвижном составе, так и в других направлениях силовой электроники.

Главная сложность практического применения такой схемы (и всех подобных схем) заключается в невозможности обеспечения равномерного разряда конденсаторов, вследствие чего напряжения на них будет распределяться не поровну. Чем сильнее разряжен один конденсатор по сравнению с другим (иди с другими), тем большая разница в U будет на них, что наглядно отображает формула:

По этой причине подобные схемы крайне нестабильно работают и обязательно предусматривают узлов подзарядки конденсаторов с целью выравнивания напряжения на последних.

Емкостной делитель напряжения в цепи переменного тока

В радиоэлектронике в большей степени находят применение емкостные делители переменного напряжения.

Конденсатор, как и катушка индуктивности, относится к реактивному элементу, то есть потребляет реактивную мощность от источника переменного тока, в отличие от резистора, который является активным элементов и потребляет исключительно активную мощность.

Реактивный элемент

Здесь следует кратко пояснить разницу между активной и реактивной мощностями. Активная мощность выполняет полезную работу и реализуется только в том случае, когда ток и напряжение направлены в одном направлении и не отстают друг от друга, то есть находятся в одной фазе, что имеет место только на резисторе. На конденсаторе ток отстает от напряжения на угол

φ = 90°. В результате чего ток напряжение находятся в противофазе, поэтому когда ток имеет максимальное значение напряжение равно нулю, а произведение этих двух величин дают мощность, которая в таком случае равна нулю, так как один из множителей равен нулю. Следовательно, мощность не потребляется.

Аналогичные процессы протекают и в цепи с катушкой индуктивности. Разница лишь в том, что на индуктивности i отстает от u на угол φ = 90°.

Реактивная мощность проявляется только в цепях переменного тока. Она составляет часть полной мощности и определяется по формуле:

Реактивная мощность в отличие от активной, не потребляется нагрузкой, а циркулирует между источником питания и нагрузкой. Поэтому конденсатора и катушка индуктивности являются реактивными элементами, не потребляющими активную мощность и по этой причине они практически не нагреваются.

Расчет сопротивления делителя напряжения на конденсаторах заключается в определении необходимых значений сопротивлений.

Сопротивление конденсатора X_C является величиной не постоянной и зависит от частоты переменного тока f и емкости

C:

Как видно из формулы, сопротивление снижается с увеличением частоты и емкости. Для постоянного тока, частота которого равна нулю, сопротивление стремится к бесконечности, поэтому, рассматриваемая далее схема емкостного делителя напряжения не применяется постоянном токе.

Для снижения величины u_вых, например в два раза, емкости C1 и C2 должны быть равны. Универсальные формулами для определения выходных u_вых1 и u_вых2 в зависимости от входного и емкостей C1 и C2 имеют вид, аналогичный для резисторных делителей:

Поскольку частота переменного тока для всех конденсаторов одинакова, то формулу можно упростить:

Индуктивный делитель напряжения

В качестве делителей переменного напряжения также, но гораздо реже, применяют катушки индуктивности, которые относятся к реактивным элементам. Однако, в отличие от конденсаторов, которые являются накопителями электрического поля, катушки индуктивности накапливают магнитное поле.

Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности L и частоты переменного тока f. С ростом этих параметров сопротивление катушки переменному току возрастает.

X_L = 2πfL.

Упрощенный вариант формулы:

 

Как вы наверняка уже заметили, чтобы рассчитать емкостной делитель напряжения достаточно знать емкости конденсаторов, а индуктивный делитель – индуктивности.

Еще статьи по данной теме

как рассчитать формулой на резисторах

В электронике, радиотехнике, робототехнике, системотехнике и ещё ряде практических дисциплин важно добиться оптимальных значений для рабочих компонентов. Именно для этого и используются всевозможные элементы, как-то резисторы, транзисторы, тиристоры, конденсаторы и множество подобных им.

Что это

Делитель напряжения — это устройство, позволяющее получать из большего напряжения (как постоянного, так и переменного) меньшее. При построении схемы используется, как минимум, два элемента сопротивления. Если их величины одинаковые, то на выходе полученное значение составит половину значения на входе. В других случаях конечный результат определяется с помощью формул.

Делитель напряжения

Эти устройства особенно необходимы, если проводятся высоковольтные испытания электрооборудования. Дело в том, что большинство измерительных приборов предназначены для использования, если значение не превышает 1000В. Чтобы выполнить поставленную задачу и используется рассматриваемое устройство. Тогда полученное значение умножается на коэффициент и получается фиксируемое значение.

Разновидности

Разным сопротивлением выдерживается разная нагрузка. Но при этом существуют делители, отличающиеся не только по своим основным, но и по дополнительным параметрам. Несмотря на все эти нюансы и тонкости, главным является один — электрическое сопротивление.

Резисторные

Могут использоваться и для постоянного, и для переменного тока. Резисторы предназначены для низкого напряжения. Их нельзя использовать, если речь заходит о питании мощных машин. Самый простой вариант исполнения предусматривает последовательное соединение двух резисторов.

Резисторные делители напряжения

Как рассчитать делитель напряжения на резисторах? Для этого используется первый закон Кирхгофа и положения Ома. Так, величина тока, протекающая через резисторы, будет одинаковой. И для каждого из них необходимо рассчитывать получаемое значение. Падение при этом прямо пропорциональное величинам тока и сопротивления.

Емкостные

Это устройство предусматривает, что решено подключать конденсаторы для деления. Простейшая схема также состоит из двух элементов, соединённых последовательно. Такое решение популярно, если делается многоуровневый инвертор напряжения. Без них немыслимо ни одно направление силовой электроники. Например, работа электроподвижного состава.

Расчёт значения емкостного делителя

Расчет емкостного делителя напряжения в теории является более лёгким делом, нежели его реализация на практике. Ведь на пути стоит сложность невозможности обеспечения ситуации, когда конденсаторы разряжаются равномерно. Из-за этого, как бы не старались, не получиться добиться, чтобы напряжение распределялось поровну. Так, чем сильнее разряжен один конденсатор, тем ощутимее разница будет на другом. Ведь напряжение в этом случае определяется как результат деления заряда на емкость.

Создаваемые с конденсаторами схемы работают очень нестабильно. При их создании всегда должно предусматриваться создание узлов подзарядки. Они используются для выравнивания напряжения на конденсаторах.

Индуктивные

Широко применяются в измерительных устройствах. Являются масштабными электромагнитными преобразователями. В процессе работы могут возникать погрешности. Их источник — неравенство активных сопротивления и индуктивностей из-за рассеяния разных секций обмоток, переход напряжения на коммутационные и соединительные элементы, шунтирующие взаимовоздействия обмоток, проявление емкости нагрузки и паразитных факторов. Если возникают проблемы с самого начала, вероятнее всего, проблема именно в последнем.

Индуктивные делители

Важно! Дополнительно паразитные емкости являются основной причиной возникновения частотной погрешности, что ограничивается использование индуктивных делителей напряжения на высоких частотах. Самые простейшие варианты имеют довольно много недостатков. Но использование на индуктивных делителях напряжений микропроцессоров позволяет использовать алгоритм уравновешивания.

Формула расчёта делителя напряжения

Самый простой вариант в использовании — схема, построенная на резисторах. Для неё рассчитываются значения по каждому элементу. В таком случае формула расчёта: UR1 = I * R1 и UR2 = I * R2.

UR1 и UR2 показывают, как упадёт напряжение. Их сумма равна параметрам источника питания. Часто необходимо подсчитать ток. Для этого используют формулу: I = Uпит / (R1+R2).

Для лучшего понимания расчета резистивного делителя напряжения подойдёт небольшой пример. Допустим, что создана схема, в которой источник составляет 10 А и используются элементы на 20 000 и 80 000 Ом. В таком случае расчёт будет выглядеть следующим образом: I = 10 / (20 000 + 80 000) = 0,0001 А = 0,1 мА.

Формулы для расчёта значений

Результат этой формулы уже можно подставлять, чтобы узнать требуемые показатели:

• UR1 = 0,0001 * 20 000 = 2 В;
• UR2 = 0,0001 * 80 000 = 8 В.

Если немного изменить расчет делителя напряжения, то можно получить универсальную формулу: UR1 / R1 = Uпит / (R1+R2). За рамки был вынесен ток. Из формулы получается, что UR1 равно: = Uпит * R1 / (R1+R2). Как проверить правдивость этих размышлений? А очень просто — необходимо поставить данные и посмотреть, сходятся ли они с уже полученными значениями:

• UR1 = 10 * 20000 / (20000+80000) = 2 В;
• UR2 = 10 * 80000 / (20000+80000) = 8 В.

Как видно, получаемые значения совпадают. Это говорит о том, что расчеты правильные.

Как работает

На практике использование устройств несколько сложнее, чем просто рассчитать требуемые значения для элементов. Использование схемы замещения для делителей напряжения усложняет реалистичный учет фазовых и амплитудных характеристик. Эта проблема может быть решена исключительно экспериментальным путём. Затруднительно так сделать только если наблюдаются очень высокие частоты.

Графическое изображение работы

В качестве доступной альтернативы используется экспериментальное определение реакции схемы на прямоугольный импульс. Его суть — наблюдение за состоянием, когда на входе происходит скачкообразное изменение напряжения. При единичном воздействии можно наблюдать особенности работы благодаря переходной функции измерительной схемы.

Реакция определяется двумя способами:

• Первый предполагает, что на вход полностью собранной схемы подают периодически импульсы с амплитудой в 100В (50 или 100 раз в секунду). Фронт их нарастания должен составлять меньше 10-9 с. Получение таких импульсов не является делом сложным. Для этого можно воспользоваться механическими коммутаторами с герконом или ртутным реле. На выходе схемы измеряется реакция посредством осциллографа, на котором присутствует широкополосной усилитель, величина пропускания которого составляет до 109 Гц.
• Второй способ используется для схем, у которых напряжение составляет несколько десятков киловольт. В таком случае делают крутой срез посредством малоиндуктивного искрового промежутка, помещенного в условия сжатого газа. На выходе с помощью обычного осциллографа записывается реакция. Также вместо среза часто обращаются к использованию разряда заряженного кабеля и волнового сопротивления через искровой промежуток.

Описывая работу делителей напряжения, нельзя обойти вниманием постоянную времени. Чтобы правильно измерять показатели быстропротекающих процессов, необходимо добиться различия в 5-10 раз. Постоянная времени делителя должна быть меньше характеристического времени процесса. Если не получить разницу в 5-10 раз, то будут фиксироваться различные искажения. Наиболее вероятные — это затягивание фронта вместе с уменьшением амплитуды сигнала на выходе в сравнении с расчетными показателями.

Важно! При выборе делителя в первую очередь внимание обращают на его возможное влияние, оказываемое на источник напряжения, равно как и искажения основного параметра при измерении. Например, в случае использования обычных ГИН допустимыми считаются резисторные, емкостные и смешанные устройства, но только при соблюдении оговоренных условий. К таковым относятся значения емкости плеча высокого напряжения и сопротивление.

Схема

Вот четыре варианта возможного исполнения:

Схема интегрального делителя напряжения

Можно добиться разных значений, изменяя схему подключения и ориентируясь на задачи. Каждый элемент можно использовать как регулятор для напряжения, необходимо только правильно выстроить цепь, чтобы были отображены именно необходимые данные.

Область применения

Делитель очень важен в схемотехнике. Он может использоваться как простейший электрический фильтр или же быть параметрическим стабилизатором напряжения. Они могут выполнять роль электромеханических запоминающих устройств, которые помнят величину угла поворота реостата. Особенность делителей напряжения в том, что они могут хранить информацию неограниченное количество времени, хотя и не используются широко, поскольку присутствуют более совершенные средства. Современное использование заключается в следующем:

Коммерческое изделие

• Создание в усилителях цепей обратной связи. Резистивный делитель напряжения может использоваться для задания коэффициента усиления каскадов.
• Простейшие электрические фильтры.
• Усилители напряжения. Это возможно при условии, что второе сопротивление больше или равно первому, которое отрицательное. Подобное используется в туннельных диодах.
• Параметрический стабилизатор напряжения. Поработать с входным значением можно, если как нижнее плечо делителя используется стабилитрон.

Только перечисленным дело не ограничивается. Возможности применения делителя напряжения придумывает человек, использующий их в рамках доступных физических возможностей.

Делитель напряжения — это простое техническое устройство, что в определённых случаях бывает очень полезным. Выбор и создание конкретного прибора должен отталкиваться от поставленных технических целей.

Как рассчитать необходимое сопротивление для делителя напряжения?

«Учитывая 15 В вход и желаемые выходы 10 В, 5 В и 0 В, как бы я рассчитал необходимое сопротивление для использования?»

Voltage across resistor of interest=(Resistor of Interest)(Resistor of Interest + Resistor Not of Interest)∗VinputVoltage across resistor of interest=(Resistor of Interest)(Resistor of Interest + Resistor Not of Interest)∗Vinput

Когда есть несколько узлов, как в приведенном вами примере, просто упростите его до базового резисторного делителя и найдите первое напряжение. В качестве альтернативы, если нам даны напряжения, мы можем изменить это уравнение, чтобы найти интересующий резистор в терминах резистора, который не представляет интереса.

Resistor of Interest=1(Vinput÷Voltage across resistor of interest)−1∗Resistor Not of InterestResistor of Interest=1(Vinput÷Voltage across resistor of interest)−1∗Resistor Not of Interest

Для упрощения в вашем примере для узла 10 В интересующий резистор представляет собой комбинацию R2 и R3, оставляя резистор не представляющим интерес, как R1. Найдя соотношение между (R2 + R3) и R1, вы можете перейти к поиску соотношения для R2 и R3. В этом случае вы можете просто рассматривать эти два как еще один делитель, а входное напряжение — это напряжение первого узла, которое вы только что использовали в качестве выходного напряжения. Следуя этому методу, вы обнаружите, что R1 составляет одну треть (R2 + R3) и что R2 совпадает с R3. Имеет смысл, что при одинаковом протекании тока, одинаковом падении на каждом средстве резистора и одинаковом сопротивлении в соответствии с законом Ома V = IR.

«Можно ли создать делитель напряжения, у которого нет пропорциональных падений (например, скажем, что из этой же схемы я хочу 14 В, 12 В, 5 В и 0 В)?»

Это будет тот же процесс, что и раньше, но просто подключите разные напряжения. Для первого узла:

(R2+R3)=(1(14V÷12V)−1)∗R1=6∗R1(R2+R3)=(1(14V÷12V)−1)∗R1=6∗R1

Таким образом, комбинация R2 и R3 в шесть раз больше, чем одна R1. Для второго узла:

(R2)=(1(12V÷5V)−1)∗R3=0.71∗R3(R2)=(1(12V÷5V)−1)∗R3=0.71∗R3

Наконец, и это самая трудная часть для большинства студентов, просто выберите значение резистора. Это инженерная часть электротехники, вы должны принять решение. Это не так сложно, по большей части большие сопротивления лучше. Большие сопротивления уменьшают ток, сохраняя при этом необходимое вам напряжение.

Есть несколько других соображений при использовании делителя напряжения на практике. Они отлично подходят для базовых опорных напряжений или пропорционального сбивания напряжения сигнала в одном направлении. Например, сигнал 5 В, подаваемый до 3,3 В для микроконтроллера, работает хорошо, потому что делитель напряжения действует как коэффициент ослабления сигнала, все уменьшается на ту же величину.

Если вы проверяете напряжение на каком-либо устройстве, вы можете иногда моделировать этот ток как сопротивление, предполагая, что оно всегда постоянное (R = V / I). Этот резистор устройства, или нагрузка, обычно представляет собой интересующий резистор или параллельный резистору, представляющему интерес. Однако я не рекомендовал бы это в любое время, так как напряжение узла будет изменяться в зависимости от потребления тока нагрузкой.

«А как работает эта математика?»

Смотрите уравнения выше.

Емкостный делитель — напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Емкостный делитель — напряжение

Cтраница 3

Принцип действия емкостного делителя напряжения ( рис. 6 — 9) заключается в следующем.  [32]

Принцип действия емкостного делителя напряжения ( рис. 6 — 7) заключается в следующем. Если между проводом линии и землей включить несколько последовательно соединенных конденсаторов, то напряжение линии относительно земли ( фазное напряжение) распределится между конденсаторами обратно пропорционально их емкости.  [33]

Применяемые на выключателях емкостные делители напряжения также должны отвечать весьма высоким техническим требованиям. Прежде всего конструктивное исполнение конденсаторов должно быть таково, чтобы они выдерживали не только наибольшие напряжения, которые могут возникнуть на отдельных блоках шунтирующего резистора в процессе отключения выключателя, либо напряжения, адекватные испытательным воздействиям на выключатели данного класса напряжений; помимо этого, они должны выдерживать и наибольшие напряжения, которые могут возникнуть на одном или нескольких дуго-гасительных разрывах, контакты которых при выключении смыкаются последними. Координация изоляции выключателя должна быть такой, чтобы уровень изоляции конденсаторов соответствовал электрической прочности одного дугогасительного разрыва, находящегося в полностью отключенном положении, а эта прочность, в свою очередь, была выше напряжения перекрытия изоляции по наружной поверхности.  [34]

Для чего служат резисторные и емкостные делители напряжения и как их рассчитывают.  [35]

При применении на выключателе емкостного делителя напряжения коэффициент неравномерности распределения напряжения может определяться на промышленной частоте, но когда для этой цели выбраны резисторы, измерения следует осуществлять при заданной частоте восстанавливающегося напряжения, так как сопротивление резисторов не зависит от частоты.  [36]

На более высоких частотах используются емкостные делители напряжения, градуировка которых не должна зависеть от частоты.  [38]

Таким образом, коэффициенты передачи емкостных делителей напряжения и тока являются вещественными величинами не зависящими от частоты.  [40]

Особенностью схемы Колпитца является наличие емкостного делителя напряжения, который определяет коэффициент обратной связи по напряжению.  [42]

Прибор работает в комплекте с емкостным делителем напряжения.  [43]

Конденсаторы С и С2 контура образуют емкостный делитель напряжения, действующего между точками аб. Схема с такой емкостной связью находит применение в диапазоне длинных волн.  [45]

Страницы:      1    2    3    4    5

Делитель напряжения – hifi-audio.ru

Делитель напряжения, что это такое, для чего он нужен – рассмотрим этот вопрос. Но прежде поясню, почему такая странная тема. От вас часто приходят вопросы, которые изначально некорректны из-за не понимая самого процесса работы аудиоустройства. Я не являются специалистом в данной области и если вы видите неточности или неверные интерпретации – пожалуйста смело поправляйте в комментариях.

Многие слышали, что такое в аудио класс А, и насколько это хорошо или не очень, или класс B, что такое искажение типа “ступенька”, зона отсечки, зона насыщения и прочие моменты, но если чуть копнуть глубже для ощущения, что оппонент действительно понимает о чем говорит, тут многие и начинают плавать.

Усилитель Pioneer A-09 в классе А

Я, честно, хотел поговорить о более интересной теме, согласовании входного и выходного напряжений усилителя, что это такое, для чего нужно и как вообще работает. Но это планомерно подводило к тому, что тогда придется рассказать и о том, как вообще работает усилитель. А это в свою очередь привело бы к необходимости, до кучи, еще и объяснить неотъемлемую часть любой такой схемы – делитель напряжения.  Поэтому я решил, что стоит объяснение начать именно с делителя, а потом дойдем и до всего остального.

Если рассмотреть схему любого усилителя, конкретно одного каскада, то вы узнаете, что для работы транзистора типа NPN нужно подать плюсовое напряжение на коллектор (что-то типа слива), а минусовое на эмиттер (дно). И у вас ничего не заработает, потому что пока вы не подадите на базу напряжение не менее 0,6v транзистор будет всегда закрыт. Т.е. база – это краник перекрывающий весь поток. Приложите вы к нему напряжение в 0,6 вольта – краник (база) откроется и ток потечет дальше, не приложите, краник будет закрыт, потока электронов не будет, транзистор работать не будет.

Вы конечно можете всегда подать на базу аналоговый сигнал (он же является напряжением), но транзистор будет открываться (работать), только когда напряжение сигнала будет равно или превышать 0,6 вольта, а что ниже – молчок.

Но на самом деле мы будем видеть только плюсовую полуволну, ибо минусовая будет всегда приходиться на зону напряжения менее 0,6 вольта при которой транзистор всегда будет закрыт. Поэтому эту зону всегда сдвигают вверх по напряжению, чтобы весь сигнал уместился в границах открытого транзистора.

Поясню. Допустим звуковой сигнал у нас имеет размах от -1 вольт до + 1 вольт, т.е. в сумме это 2 вольта.

Транзистор, пока у нас напряжение меньше 0,6 вольт вообще всегда закрыт (не работает), следовательно, нам нужно принципиально подать 0,6 вольт по умолчанию на него, чтобы он открылся. Но так уместится только положительная полуволна. Следовательно, так как отрицательная полуволна у нас начиналась от -1 вольта, то к 0,6 вольта мы добавим еще 1 вольт. Получиться, что на транзистор нам нужно подать 0,6+1=1,6 вольта напряжения. Тогда весь звуковой сигнал совокупного напряжения в 2 вольта будет колыхаться в пределах между 0,6 вольта и 2,6 вольта.

1,6 вольта – это точка смещения транзистора.

Описанная схема имеет смысл при использовании одного транзистора NPN или PNP, этим трюком, смещая точку открытия транзистора мы умещаем весь сигнал в рамках открытого транзистора.

Если же у нас комплементарная пара транзисторов NPN + PNP, то в этом нет необходимости, так как NPN будет усиливать свою полуволну, а PNP – свою полуволну с противоположным знаком напряжения.

Но и тут возникает проблема искажения типа “ступенька”, поэтому  мы так же начинаем использовать точку смещения, немного приоткрыв транзистор, но уже на 0,6 вольта, чтобы этой самой ступеньки не возникало.

Ключевое слово в описанных схемах – подать одно напряжение на коллектор + эмитер, и подать значительно меньшее напряжение 0,6-1,6 вольта на базу.

Неужели для этого придется использовать два трансформатора?

А теперь пусть гремят фанфары, мы подошли к сути темы.

Чтобы получить разные напряжения от одного источника питания необходим ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ.

Давайте рассмотрим такую схему – у нас есть источник питания постоянного тока 12 вольт и резистор (нагрузка) на 1 кОМ.

Бытовой пример нагрузкой для усилителя являются акустические системы.

Вот так это выглядит на схеме. Источник, резистор и похожая на антенку вверх тормашками “земля”.

Что произойдет с напряжением 12 вольт, если оно пройдет, через нагрузку (резистор) в 1 кОм? Напряжение уменьшиться? Ведь сопротивление мешает току. Току мешает, но ток измеряется в амперах, а не вольтах, а мы говорим о напряжении.  Ток действительно взаимодействует с сопротивлением, и мы может узнать каково напряжение при определенном сопротивлении и силе тока по закону Ома, например:

U= I*R,

но пока такой цели не ставиться.

Мы так же зная напряжение можем узнать и силу тока

I= U/R,

и так далее.

Но что же с напряжением в схеме?

Подключим вольтметр в схему и посмотрим изменилось ли напряжение от того, что оно прошло через резистор (нагрузку) в 1 кОм.

Мы видим стрелочками движение тока, но так же видим и то, что вольтметр по прежнему показывает неизменное напряжение 12 вольт, как и было до резистора.

Кстати, легко проверить все значения, что нам показал симулятор everycircuit.

Посчитаем силу тока.

Прежде всего все расчеты ведутся в вольтах,  омах, амперах и никак иначе. Поэтому если у вас миллиамперы, или милливольты, сначала переведите их в вольты и амперы для рассчета.

1кОм=1000 Ом

I=U/R=12v/1000=0,012 А

На схеме указано миллиамперы, т.е.

1 Ампер = 1000 миллиампер, следовательно

0,012*1000=12 mA

Да, на схеме так и есть.

Но напряжение не изменилось.

Нужно разделить напряжение на два потока. Это можно сделать двумя резисторами.

Используем два резистора одинакового номинала 1 кОм.

Так как два резистора одного номинала, то напряжение разделилось ровно пополам.

Теперь если снять напряжение с боков нижнего резистора, то получим 6 вольт, а с верхнего – тоже 6 вольт.

Но вернемся к нашей задаче, подать на транзистор с одного источника строго 1,6 вольта, при том что источник питания у нас 12 вольт.

Еще один эксперимент, попробуем изменить номинал любого из резисторов, например нижнего в большую сторону. Увеличивая сопротивления резистора мы увеличиваем напряжение, ибо

напряжение пропорционально сопротивлению и обратно пропорционально силе тока.

Если переиначить поставив во главу угла силу тока, то вы получите определение из учебника.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Другими словами – увеличив сопротивление резистором, мы уменьшим силу тока (как краник перекрываем немного для потока воды), но на этом отрезке зато увеличиваем напряжение.

Уменьшив значение одного из резисторов (в нашем случае нижнего) до 154 Ом мы получили требуемое напряжение 1,6 вольт – смотрим скриншот.

Не забываем, что резисторы бывают не всех номиналов, поэтому смотрим существующий ряд и берем ближайшее значение.

Но вы сейчас спросите, а как я получил значение в 154 Ом, а я и отвечаю – покрутил ползунком в симуляторе, пока не увидел нужное напряжение, как результат.

Так и было, но это не отменяет существование формул для расчета.

Рассчитывается следующим образом по формуле:

(пусть верхний резистор – это R1, а нижний – R2)

U делителя R1 = U напряжения источника * R2 / (R1+R2)

U делителя R1= 12 вольт * (1000 Ом (это 1 кОм)/(1000+154))= 12 * 1000/1154=10,398=10,4

Соответственно с R2 мы снимем 12-10,398 =1,6 вольта.

Все точно как в аптеке. Но есть еще один нюанс, где порылась собака. Резисторы способны пропускать только определенную силу тока, они при непосильной ноше начинают греться и могут сгореть ибо представляют собой, как вариант, просто накрученные проволочки (не всегда).

Поэтому для делителя напряжение мы должны выбрать не просто резистор какого-то номинала , а еще и с соответствующим значением по току, на 250мА или 1 А и тд.

Считается это следующим образом:

I (сила тока) = U источника / R1

I = 12v/ 1000 Om = 0.012 A или 12 мА.

т.е. достаточно резистора R1 в данном случае с параметрами 1кОм и не менее 12 мА.

Аналогично посчитайте для резистора R2.

Ниже я покажу схему усилителя.

Синим прямоугольником обведен делитель напряжения, который как раз и реализует точку смещения транзистора. Слева мы так же видим конденсатор С1, который отсекает постоянный ток, что приходит от делителя напряжения, от аналогового сигнала, но об этом поговорим в другой раз.

 

Высоковольтный делитель напряжения переменного тока

 

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к преобразованиям электрической энергии, и может найти применение в устройствах учета электрической энергии.

Полезной моделью решается задача создания высоковольтного делителя напряжения, обладающего широкими функциональными возможностями, обеспечивающими его применения в устройствах для учета электрической энергии, требующих наличие источника постоянного напряжения.

Для решения поставленной задачи в высоковольтный делитель напряжения переменного тока, содержащий корпус из полимерного материала, в котором размещена цепочка элементов деления напряжения, имеющая отпайки, предложено, согласно настоящей полезной модели, ввести полупроводниковый выпрямитель, размещенный в этом же полимерном корпусе и подключенный к одной из отпаек; кроме того, в качестве элементов деления напряжения могут быть использованы резисторы; кроме того, в качестве элементов деления напряжения могут быть использованы конденсаторы.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к преобразованиям электрической энергии, и может найти применение в устройствах учета электрической энергии.

Известен высоковольтный резистивный делитель напряжения, содержащий корпус из полимерного материала, в котором размещена цепочка резисторов, имеющая отпайки [Л. 1].

Описанный в [Л. 1] высоковольтный резистивный делитель напряжения характеризуется оптимальной конструкцией, имеющей цилиндрическую форму, подача высокого напряжения у которой осуществляется к закладным элементам, размещенным у одного из торцов делителя, а снятие напряжения осуществляется с элементов, размещенных у другого торца делителя.

Однако этот делитель напряжения характеризуется ограниченными функциональными возможностями, обусловленными невозможностью его применения в устройствах для учета электрической энергии, требующих наличие дополнительного (собственного) источника постоянного напряжения.

Полезной моделью решается задача создания высоковольтного делителя напряжения, лишенного отмеченных выше недостатков, и обладающего широкими функциональными возможностями, обеспечивающими его применения в устройствах для учета электрической энергии, требующих наличие источника постоянного напряжения.

Для решения поставленной задачи в высоковольтный делитель напряжения переменного тока, содержащий корпус из полимерного материала, в котором размещена цепочка элементов деления напряжения, имеющая отпайки, предложено, согласно настоящей полезной модели, ввести полупроводниковый выпрямитель, размещенный в этом же полимерном корпусе и подключенный к одной из отпаек; кроме того, в качестве элементов деления напряжения могут быть использованы резисторы; кроме того, в качестве элементов деления напряжения могут быть использованы конденсаторы.

Полезная модель поясняется на примере выполнения чертежами, на которых, в частности изображены: на фиг.1 — общий вид высоковольтного делителя напряжения с частичным вырывом; на фиг.2 — электрическая схема высоковольтного делителя напряжения, в качестве элементов деления напряжения которой использованы резисторы; на фиг.3 — электрическая схема высоковольтного делителя напряжения, в качестве элементов деления напряжения которой использованы конденсаторы.

Высоковольтный делитель напряжения переменного тока содержит корпус 1, выполненный из полимерного материала, например, полиуретана СКУ ПФЛ. Внутри корпуса 1 размещена цепочка элементов деления напряжения, выполненных в виде резисторов 2 (фиг.1 и 2) или конденсаторов 3 (фиг.3).

Цепочка элементов деления напряжения подключена на входе к контактному выводу 4 высокого напряжения, например 6 кВ, а на выходе — к контактному выходу 5. Для измерения напряжения 100 В служит контактный вывод 6.

Цепочка элементов деления напряжения имеет отпайку 7, к которой подключен полупроводниковый выпрямитель 8, соединенный с контактным выводом 4.

Полупроводниковый выпрямитель 8 имеет контактные выводы 9 и 10 и обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный.

Высоковольтный делитель напряжения переменного тока работает следующим образом.

Переменный ток высокого напряжения поступает на вход цепочки элементов деления напряжения, которое делится по элементам деления напряжения в соответствии с их сопротивлением и снимается с отпаек.

К выпрямительному мосту, обеспечивающему преобразование переменного тока в постоянный, подключается одна из отпаек цепочки элементов деления напряжения, обеспечивая напряжение питания приборов учета электрической энергии.

В соответствии с заявляемым решением на одном из предприятий г. Екатеринбурга разработаны, изготовлены и испытаны высоковольтные делители напряжения переменного тока с устройствами выпрямленного тока на одной из отпаек. Положительные результаты испытаний делителей напряжения подтвердили их работоспособность и широкие возможности практического применения в будущем.

Литература:

1. Http: //terma-energo/ru/products/Sistemy-kontrolya-napryadjenia/6-kV-100V-IDEL-6

1. Высоковольтный делитель напряжения переменного тока, содержащий корпус из полимерного материала, в котором размещена цепочка элементов деления напряжения, имеющая отпайки, отличающийся тем, что он содержит полупроводниковый выпрямитель, размещенный в полимерном корпусе и подключенный к одной из отпаек.

2. Высоковольтный делитель напряжения по п.1, отличающийся тем, что в качестве элементов деления напряжения использованы резисторы.

3. Высоковольтный делитель напряжения по п.1, отличающийся тем, что в качестве элементов деления напряжения использованы конденсаторы.

Анализ цепей со светодиодом и делителем напряжения

Электрическая идея

Разделитель. Чтобы понять, что происходит в этой схеме из трех элементов, прежде всего, необходимо иметь представление о таких фундаментальных электрических концепциях, как делитель напряжения и делитель тока .

Идея диода

Резистор динамический. Затем вы должны иметь представление о поведении диода как стабильного по напряжению нелинейного элемента , независимо от того, какой диод используется (LED, стабилитрон, Si, Ge и т. Д.).Вы можете добиться этого очень простым способом, представив диод как динамический резистор . Вы даже можете имитировать это с помощью скромного переменного резистора (реостата), как я объяснил в своих ответах на аналогичные вопросы ниже:

Почему падение напряжения на светодиоде имеет значение при определении соответствующего номинала резистора?

Как последовательный резистор ограничивает напряжение диода?

Искусство электроники — пример стабилитрона

Стабилитрон

может изменять ток, чтобы поддерживать падение напряжения, как работает этот магический эффект?

Почему падает напряжение в простом стабилизаторе напряжения на основе стабилитрона?

В чем основное отличие стабилитрона от обычного диода?

Понимание, почему не использовать резистор для нескольких светодиодов

Каковы недостатки использования стабилитрона перед линейным стабилизатором напряжения?

Как вы можете видеть из этих пояснений, хитрость с диодом чрезвычайно проста — он действует как переменный резистор, который изменяет свое сопротивление R в направлении, противоположном току I, протекающему через него .Например, когда мы увеличиваем ток, диод будет уменьшать свое сопротивление, и наоборот, когда мы уменьшаем ток, диод будет увеличивать свое сопротивление (здесь я имею в виду «сопротивление» в самом широком смысле слова — как нечто такое, что препятствует току). В результате произведение двух переменных — падение напряжения V = I.R на «резисторе» остается постоянным.

Динамический делитель напряжения. Если мы теперь подключим резистор (R1) последовательно к диоду, мы получим динамический делитель напряжения .Когда мы увеличиваем напряжение питания, диод будет уменьшать свое сопротивление, и наоборот, когда мы уменьшаем напряжение, диод будет увеличивать свое сопротивление. В результате падение напряжения на диоде останется постоянным.

Динамический делитель тока. Если мы добавим еще один резистор (R2), но теперь параллельно светодиоду, мы получим динамический делитель тока . Теперь, если мы увеличим напряжение питания, диод уменьшит свое сопротивление и будет отводить часть тока, протекающего через R2… наоборот. В результате падение напряжения на диоде останется постоянным, как указано выше.

Представительство

Работа схемы последовательно соединенных резистора и диода может быть графически проиллюстрирована путем наложения ВАХ двух элементов (так называемый метод «линии нагрузки»).

Я добавил кривую ВАХ переменного резистора, чтобы показать механизм динамического сопротивления (см. Мои пояснения в ссылках выше).

Это графическое представление можно даже использовать для вычислений (и оно широко использовалось в прошлом, поскольку анализ таких нелинейных схем сложен).

Когда другой резистор R2 подключен параллельно диоду (делителю напряжения), мы должны объединить две ВАХ — R2 || LED или R1 || R2 (Thevenin).

Полезные приложения

Здесь в ответах и ​​комментариях убедительно показано, что делитель напряжения нельзя использовать для питания диодов (LED). Однако есть случаи, когда это желательно. Вот некоторые из них.

1. Например, в светодиодном индикаторе порогового напряжения мы хотим, чтобы светодиод загорался при некотором значении напряжения.В этом случае делитель напряжения поможет отрегулировать порог (одиночный резистор не может). Рассмотрим работу схемы при увеличении входного напряжения от нуля до максимума.

Пока выходное напряжение делителя напряжения меньше порогового напряжения светодиода, делитель разгружается (разомкнутая цепь) … и светодиод управляется напряжением. Когда достигается его пороговое напряжение, светодиод включается и шунтирует нижний резистор R2. Теперь светодиод управляется током, установленным R1, и входным напряжением.

2. Другой пример — светодиод, подключенный к коллектору транзистора. Мы не хотим, чтобы он светился, когда транзистор выключен … но он может светиться тускло из-за небольшого остаточного тока транзистора. Тогда помогает подключить резистор параллельно светодиоду. Это то, что мне пришлось сделать много лет назад, когда я продемонстрировал своим студентам идею транзисторной защелки.

3. Та же проблема возникает, когда мы хотим выключить BJT, прервав его базовый ток.Затем мы должны подключить резистор параллельно переходу база-эмиттер. См. Объяснения в моем ответе на связанный вопрос.

4. В каскаде усилителя с общим эмиттером они предпочитают смещать переход база-эмиттер с помощью делителя напряжения (по напряжению), чем с помощью одного базового резистора (по току). Таким образом, на напряжение смещения меньше влияет температура; так рабочая точка более стабильна.

Почему регуляторы напряжения вместо делителей напряжения для питания нагрузок?

Нет [это не дубликат «Когда мне использовать регулятор напряжения или делитель напряжения?»], Потому что я знаю, почему они используются по-другому и их применение, я хотел узнать физику того, почему резисторы внутри [линейного регулятора напряжения ] компонент не будет гореть по сравнению с делителем напряжения.

Хорошо, я думаю Я понимаю вопрос, который вы задаете, и ответ довольно прост:

• С делителем напряжения, состоящим только из резисторных компонентов (что обычно имеет в виду, когда говорят о делителях напряжения в этой ситуации), ток всей нагрузки проходит через «верхний» резистор. Одним из последствий этого (а также плохого регулирования) является то, что резистор должен иметь возможность рассеивать все тепло, вызванное прохождением этого тока нагрузки.

  В схемах этого типа резисторы должны быть сравнительно небольшими, чтобы снизить влияние тока нагрузки на «выходное» напряжение делителя напряжения. Однако использование резисторов низкого номинала увеличивает общий ток, протекающий через делитель напряжения на землю, и, таким образом, увеличивает рассеиваемую мощность на этих резисторах.

• При использовании ИС линейного регулятора напряжения независимо от того, являются ли его резисторы обратной связи внешними или внутренними по отношению к самому регулятору напряжения, ток нагрузки не проходит через эти резисторы обратной связи .Вместо этого ток нагрузки проходит через то, что называется «проходным элементом», например. транзистор.

Это различие означает, что резисторы обратной связи для линейного регулятора напряжения (и я отвечаю только на ваш вопрос выше, о резисторах) рассеивают только небольшую мощность, поскольку они пропускают только крошечный ток, который не связан с требуемым током. по нагрузке. Эти резисторы обратной связи могут быть сравнительно более высокими по стоимости, чем резисторы в «простом резисторном делителе напряжения».

Например, на странице 1 этой таблицы данных для старой серии Signetics 7800 R19 и R20 являются резисторами обратной связи (показаны как 0,25 кОм + 5 кОм), поэтому ток через них составляет чуть менее 1 мА на выходе 5 В. Дело в том, что этот небольшой ток через эти резисторы остается примерно постоянным (как и их рассеиваемая мощность), независимо от тока нагрузки.

(Есть также эта интересная веб-страница Кена Ширрифа, где он реконструировал регулятор 7805. На схеме , что 7805, резисторный делитель обратной связи помечен как R20 + R21.)

Проходной элемент (например, BJT или FET) в линейном стабилизаторе напряжения ведет себя как переменный резистор под управлением «усилителя ошибки» (см. Ниже) и рассеивает такое же количество мощности, что и «верхний резистор» в эквивалентный сценарий делителя напряжения.

Разве резисторы [внутри линейного регулятора напряжения] не перегорят из-за рассеивания мощности?

Нет, это проходной элемент (например, BJT или FET), который может рассеивать значительную мощность (и предназначен для этого, с добавлением радиатора, если необходимо, разработчиком схемы), а не резисторы обратной связи для линейного регулятора, которые не рассеивают достаточно мощности, чтобы «сгореть».

Этот проходной элемент может быть внутренним по отношению к ИС линейного регулятора напряжения (типично в наши дни), или внешним по отношению к нему, или их комбинацией, в зависимости от ИС стабилизатора и выбора разработчика схемы.

На всякий случай, вот блок-схема одного типа линейного регулятора напряжения. Нагрузка подключается к клеммам V _O :

_{(Источник изображения: из «Рис. 1 блок-схемы LDO» линейных регуляторов напряжения с малым падением напряжения, от Analog Devices ADALM1000 Active Learning Module)}

Элемент последовательного прохода (на схеме выше, это МОП-транзистор с P-каналом) все еще рассеивает мощность, связанную с током нагрузки (P = (V _I — V _O ) · I _O приблизительно).Резисторы обратной связи на этой схеме обозначены как «резисторы выборки». Как я объяснил, ток нагрузки I _O не проходит через эти резисторы выборки (обратной связи) .

«Усилитель ошибки» (измерение разницы между опорным напряжением V _R и V _S , которое представляет собой выходное напряжение через делитель, образованный резисторами выборки / обратной связи R ₁ и R ₂ ), изменяет значение эффективное сопротивление проходного элемента при изменении выходного напряжения (и, следовательно, V _S ) (тогда как опорное напряжение V _REF и, следовательно, V _R было бы стабильным в идеальном регуляторе).

Объясняет ли это то, что, как я думаю, вы ищете в вопросе выше, о том, почему резисторы в «чисто резистивном делителе напряжения» нагреваются сильнее, чем резисторы обратной связи в линейном регуляторе напряжения?

---

Поскольку вопрос развился после того, как я первоначально опубликовал этот ответ, ясно, что хороший подход к проблеме в целом вряд ли будет включать линейный стабилизатор напряжения (или чистый резисторный делитель напряжения) вообще. Вместо этого он может включать в себя импульсный регулятор переключения (например,грамм. От 12 В до 5 В) — возможно, несколько из них (например, по одному на RPi или на несколько плат RPi).

Существуют преимущества и недостатки использования одного или нескольких блоков питания 12 В (и дополнительных понижающих стабилизаторов до 5 В) или одного или нескольких блоков питания 5 В в зависимости от различных факторов (например, падения напряжения в кабелях питания постоянного тока). Это было объяснено в другом ответе.

Цепи делителя напряжения

| Делительные схемы и законы Кирхгофа

Давайте проанализируем простую последовательную схему и определим падение напряжения на отдельных резисторах:

Из приведенных значений отдельных сопротивлений мы можем определить общее сопротивление цепи, зная, что сопротивления складываются последовательно:

Определите полное сопротивление цепи

Отсюда мы можем использовать закон Ома (I = E / R) для определения общего тока, который, как мы знаем, будет таким же, как ток каждого резистора, при этом токи одинаковы во всех частях последовательной цепи:

Использование закона Ома для вычисления тока

Теперь, зная, что ток в цепи равен 2 мА, мы можем использовать закон Ома (E = IR) для расчета напряжения на каждом резисторе:

Должно быть очевидно, что падение напряжения на каждом резисторе пропорционально его сопротивлению, учитывая, что ток одинаков на всех резисторах.Обратите внимание, что напряжение на R ₂ вдвое больше, чем напряжение на R ₁ , так же как сопротивление R ₂ в два раза больше, чем у R ₁ .

Если бы мы изменили общее напряжение, мы бы обнаружили, что эта пропорциональность падений напряжения остается постоянной:

Решение для коэффициентов падения напряжения

Напряжение на R ₂ все еще ровно вдвое больше, чем падение R ₁ , несмотря на то, что напряжение источника изменилось.Пропорциональность падений напряжения (соотношение между ними) строго зависит от значений сопротивления.

При более внимательном рассмотрении становится очевидным, что падение напряжения на каждом резисторе также является фиксированной пропорцией напряжения питания. Напряжение на R ₁ , например, составляло 10 вольт при питании от батареи 45 вольт. Когда напряжение батареи было увеличено до 180 вольт (в 4 раза больше), падение напряжения на R ₁ также увеличилось в 4 раза (с 10 до 40 вольт).Однако соотношение между падением напряжения R ₁ и общим напряжением не изменилось:

Аналогичным образом, ни один из других коэффициентов падения напряжения не изменился с увеличением напряжения питания:

Формула делителя напряжения

По этой причине последовательную схему часто называют делителем напряжения из-за ее способности пропорционально или делить общее напряжение на дробные части с постоянным соотношением. Приложив немного алгебры, мы можем вывести формулу для определения падения напряжения на последовательном резисторе, учитывая не что иное, как общее напряжение, отдельное сопротивление и общее сопротивление:

Отношение отдельного сопротивления к общему сопротивлению такое же, как отношение отдельного падения напряжения к общему напряжению питания в цепи делителя напряжения.Это известно как формула делителя напряжения , и это сокращенный метод определения падения напряжения в последовательной цепи без проведения расчетов тока по закону Ома.

Пример использования формулы делителя напряжения

Используя эту формулу, мы можем повторно проанализировать падение напряжения на примере схемы за меньшее количество шагов:

Напряжение — разделяющие компоненты

Делители напряжения

находят широкое применение в схемах электросчетчиков, где определенные комбинации последовательных резисторов используются для «деления» напряжения на точные пропорции как часть устройства измерения напряжения.

Потенциометры как компоненты деления напряжения

Одним устройством, часто используемым в качестве компонента деления напряжения, является потенциометр , который представляет собой резистор с подвижным элементом, перемещаемым ручкой или рычагом. Подвижный элемент, обычно называемый очистителем , контактирует с резистивной полосой материала (обычно называемой скользящей проволокой , если она сделана из резистивной металлической проволоки) в любой точке, выбранной ручным управлением:

Контакт стеклоочистителя — это обращенная влево стрелка, нарисованная посередине вертикального резистивного элемента.При перемещении вверх он контактирует с резистивной полосой ближе к клемме 1 и дальше от клеммы 2, уменьшая сопротивление клеммы 1 и повышая сопротивление клеммы 2. При перемещении вниз возникает противоположный эффект. Сопротивление, измеренное между клеммами 1 и 2, постоянно для любого положения стеклоочистителя.

Поворотные и линейные потенциометры

Здесь показаны внутренние иллюстрации двух типов потенциометров: поворотного и линейного.

Потенциометры линейные

Некоторые линейные потенциометры приводятся в действие прямолинейным движением рычага или ползунковой кнопки.Другие, подобные изображенному на предыдущем рисунке, приводятся в действие поворотным винтом для возможности точной регулировки. Последние единицы иногда называют «подстроечными узлами » , потому что они хорошо работают в приложениях, требующих «подгонки» переменного сопротивления до некоторого точного значения.

Следует отметить, что не все линейные потенциометры имеют такое же назначение клемм, как показано на этом рисунке. У некоторых клемма стеклоочистителя находится посередине между двумя концевыми клеммами.

Поворотный потенциометр

На изображении ниже показана конструкция корпуса поворотного потенциометра.

На следующей фотографии показан реальный поворотный потенциометр с открытым стеклоочистителем и проводом для удобного просмотра. Вал, приводящий в движение скребок, повернут почти полностью по часовой стрелке, так что скребок почти касается левого концевого конца скользящей проволоки:

Вот тот же потенциометр с валом стеклоочистителя, перемещенным почти до упора против часовой стрелки, так что стеклоочиститель находится около другого крайнего конца хода:

Эффекты регулировки потенциометра в цепи

Если постоянное напряжение приложено между внешними клеммами (по всей длине скользящей проволоки), положение стеклоочистителя будет отводить часть приложенного напряжения, измеряемого между контактом стеклоочистителя и любой из двух других клемм.Дробное значение полностью зависит от физического положения дворника:

Важность применения потенциометров

Так же, как и фиксированный делитель напряжения, коэффициент деления напряжения потенциометра строго зависит от сопротивления, а не от величины приложенного напряжения. Другими словами, если ручка потенциометра или рычаг перемещается в положение 50 процентов (точное центральное положение), падение напряжения между стеклоочистителем и любой внешней клеммой будет ровно 1/2 от приложенного напряжения, независимо от того, с чем это напряжение происходит. быть, или каково сквозное сопротивление потенциометра.Другими словами, потенциометр работает как переменный делитель напряжения, где коэффициент деления напряжения устанавливается положением стеклоочистителя.

Это применение потенциометра является очень полезным средством получения переменного напряжения от источника постоянного напряжения, такого как аккумулятор. Если для схемы, которую вы строите, требуется определенное количество напряжения, которое меньше значения доступного напряжения батареи, вы можете подключить внешние клеммы потенциометра к этой батарее и «набрать» любое необходимое вам напряжение между потенциометром. стеклоочиститель и один из внешних выводов для использования в вашей цепи:

При таком использовании название потенциометр имеет смысл: они измеряют (контролируют) прикладываемый к ним потенциал (напряжение), создавая переменное отношение делителя напряжения.Такое использование трехполюсного потенциометра в качестве переменного делителя напряжения очень популярно в схемотехнике.

Образцы малых потенциометров

Здесь показаны несколько небольших потенциометров, которые обычно используются в бытовом электронном оборудовании, а также любителями и студентами при конструировании схем:

Меньшие блоки слева и справа предназначены для подключения к макетной плате без пайки или для пайки в печатную плату.Средние блоки предназначены для установки на плоской панели с проводами, припаянными к каждой из трех клемм. Вот еще три потенциометра, более специализированных, чем только что показанный набор:

Большой блок «Helipot» — это лабораторный потенциометр, предназначенный для быстрого и легкого подключения к цепи. Блок в нижнем левом углу фотографии представляет собой потенциометр того же типа, только без корпуса и счетного диска на 10 оборотов. Оба этих потенциометра являются прецизионными блоками, в которых используются многооборотные спиралевидные резистивные ленты и грязесъемные механизмы для выполнения небольших регулировок.Блок в правом нижнем углу представляет собой потенциометр для монтажа на панели, предназначенный для работы в тяжелых промышленных условиях.

ОБЗОР:

• Пропорция последовательных цепей, или делят , общее напряжение питания между отдельными падениями напряжения, пропорции строго зависят от сопротивлений: ERn = ETotal (Rn / RTotal)
• Потенциометр — это компонент переменного сопротивления с тремя точками подключения, часто используемый в качестве регулируемого делителя напряжения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Как работает делитель потенциала / делитель напряжения — Kitronik Ltd

Что такое делитель потенциала / делитель напряжения?

Делитель потенциала можно рассматривать как делитель напряжения, и его часто называют таковым. Вольт — это просто единица «разности потенциалов» электрического заряда между двумя объектами.

Как это работает?

Делитель потенциала — это простая схема, в которой используется последовательное падение напряжения на резисторах.Это очень полезная и распространенная схема, которая широко используется в нашем ассортименте электронных комплектов. Идея состоит в том, что, используя два последовательно подключенных резистора, можно разделить напряжение и создать между ними другое напряжение. В приведенном ниже примере два идентичных резистора включены последовательно с источником питания. Общее напряжение в цепи равно «Vin», однако это общее напряжение делится между двумя нашими резисторами, что означает, что «Vout» имеет другое напряжение. Величина, на которую падает напряжение на каждом резисторе, зависит от относительных значений каждого резистора и общего сопротивления.

Формула для определения падения напряжения на двух последовательно соединенных резисторах:

Один из наиболее полезных способов использования этой схемы — замена R2 на переменный резистор. Если R2 можно управлять поворотом шкалы, то можно также управлять Vout. Он используется для настройки или регулировки громкости во многих схемах, например, в нашем FM Radio Kit V2.0 или 3W Stereo Amplifier Kit. Другой распространенный вариант использования делителя потенциала — замена R2 датчиком, например LDR. Затем при изменении сопротивления датчика изменяется и Vout.Это изменение затем может быть использовано для запуска транзистора или может быть подано на вход микроконтроллера. Для получения дополнительных сведений о том, как это сделать, посетите наш ресурс «Как работает LDR».

Пример:

Это отработанный пример использования приведенной выше формулы для вычисления недостающего значения Vout для цепи. Посмотрите на схему ниже и обратите внимание на известные значения. Vin — 5 В, R1 — 1 кОм, R2 — 10 кОм.

Затем подставьте известные значения в формулу:

Примеры вопросов:

Теперь попробуйте найти недостающие значения в этих трех примерах. Вопрос 1:

Вопрос 2:

Вопрос 3:

Ответы:

Вы можете скачать PDF-версию этого ресурса здесь.

Список проектов ниже представляет собой список проектных комплектов, которые содержат делитель напряжения как часть конструкции. Любой из этих наборов послужит практическим примером для классной комнаты.

© Kitronik Ltd — Вы можете распечатать эту страницу и ссылку на нее, но не должны копировать страницу или ее часть без предварительного письменного согласия Kitronik.

Для этого проекта вам понадобятся следующие предметы, вы можете отрегулировать количество (в том числе установить их на ноль, если предмет вам не нужен), прежде чем нажимать кнопку «Купить все предметы».

Купить все предметы

Как работают делители напряжения | CircuitBread

Прежде чем мы углубимся в делители напряжения, важно хорошо понимать, что происходит с параллельными и последовательными резисторами. Как только вы поймете, как падает напряжение на резисторе, вы примерно на полпути к пониманию делителя напряжения.Если вам нужно напряжение в вашей цепи ниже, чем напряжение, обеспечиваемое вашим источником питания, вы можете использовать делитель напряжения. При этом используются два (или более!) Резистора, соединенных последовательно, и узлы между резисторами будут иметь более низкое напряжение, чем входное. Напряжение зависит от номинала различных резисторов по сравнению с между собой.

Что такое делитель напряжения?

Схема делителя напряжения

Я уже говорил об этом, но скажу еще раз. Делитель напряжения — это буквально два последовательно соединенных резистора.Но самая важная часть состоит в том, что вы измеряете напряжение между этими резисторами (V _OUT ), и оно будет меньше входного напряжения (V _IN ). Чтобы точно определить, что это за выходной сигнал, учитывая номиналы резисторов, вы используете следующее уравнение.

Уравнение делителя напряжения

Если проделать это медленно, математика приобретет большой смысл.

• Во-первых, в знаменателе вы вычисляете полное сопротивление двух резисторов R1 + R2.
• Во-вторых, в числителе у вас есть номинал резистора, на котором вы хотите измерить напряжение, R2.По сути, вы устанавливаете процент сопротивления R2 от общего R1 + R2.
• В-третьих, вы умножаете этот процент на V _IN .

Из этого следует отметить две вещи:

1. Если вы понимаете концепцию работы с двумя и понимаете, как / почему это представляет математика, очень легко увеличить количество резисторов, которые используются вместе. Все дело в процентах.
2. Если R1 = R2, то V _OUT просто V _IN /2.Делайте вещи простыми и красивыми.

Если вы хотите еще раз проверить свою работу или сократить путь, мы создали инструмент, который поможет с делителями напряжения.

Что еще мне следует учесть?

Реальность сложна. Или, по крайней мере, с нюансами. Так да.

Самая большая проблема

Давайте представим, что у нас есть источник питания 5 В и два последовательно соединенных резистора, каждый по 10 кОм, что делает напряжение между двумя резисторами 2,5 В.

Voltage Divider Tool Screen Shot

Теперь у нас есть устройство, которое требует 2,5 В и в идеале потребляет 2,5 мА или имеет эквивалентное сопротивление 1 кОм. Кидаем на делитель напряжения и не работает. Почему? Схема делителя напряжения

с напряжением 0,42 В

Это потому, что мы полностью изменили схему с нашей нагрузкой! Вместо двух последовательно соединенных резисторов 10 кОм, это резистор 10 кОм, соединенный последовательно с эквивалентным резистором 909 Ом. Для источника 5 В это означает, что фактически напряжение составляет ~ 0.42В, на 2В меньше, чем ожидалось. Инструмент параллельной эквивалентности

Снимок экрана Инструмент делителя напряжения с 10 Ом Снимок экрана

Эту проблему можно обойти, используя резисторы меньшего номинала. Вместо 10 кОм вы можете использовать резисторы 10 Ом, что при нагрузке 1 кОм даст вам около 2,487 В, что всего на 0,013 В от идеальных 2,5 В. Но теперь у нас есть другая проблема. Схема делителя напряжения

с КПД 0,5%

С двумя резисторами 10 Ом, один из которых подключен параллельно нагрузке 1 кОм, мы имеем эквивалент 19 резисторов.9 Ом между нашим источником напряжения и землей. Это 0,2513 ампер, или общая рассеиваемая мощность 1,257 Вт! Когда на самом деле нашему устройству нужно всего 2,5 В и 2,5 мА, или 6,25 милливатт. Это означает, что наша вымышленная схема тратит ~ 1,25 Вт, или лишь около 0,5% кпд. Итак, это компромисс между использованием больших и малых резисторов для делителя напряжения. Эффективность против жесткости.

Некоторые другие проблемы

В зависимости от вашего приложения, если вам нужно точное напряжение, вам также понадобится очень точный, точный и стабильный вход напряжения, а также очень точный резистор.Таким образом, ваши затраты могут оказаться выше, чем предполагалось изначально.

Кроме того, вы можете получить более стабильное напряжение, используя стабилитрон. Мы не будем вдаваться в подробности, но стабилитроны — еще один относительно недорогой способ получить более низкое напряжение. У него есть свои проблемы, но это еще одна альтернатива для простого и недорогого регулирования напряжения.

Наконец, в реальной жизни потенциометр — это делитель напряжения, который изменяет значения сопротивления в зависимости от того, где заканчивается ручка. Вы можете подключить микроконтроллер к потенциометру, и микроконтроллер периодически измеряет выходное напряжение, давая вам возможность вручную подавать вход на этот контроллер.Это очень часто. Но он также страдает от баланса между жесткостью и потерями мощности.

Ну черт возьми. Есть ли польза от использования делителя напряжения?

Несмотря на эти недостатки, есть приложения, в которых делитель напряжения — это именно то, что вам нужно. Делители напряжения чрезвычайно просты, и, если вы знаете, какое у вас входящее напряжение, вы можете легко и недорого получить точное напряжение, которое вам нужно. Пока оно ниже входящего напряжения. Используя два резистора, которые в большом количестве могут стоить вам меньше копейки, вы можете избежать использования надоедливого и дорогого источника питания.

Одно из наиболее распространенных применений — установка опорного напряжения для АЦП. Если вы хотите взять образцы и хотите сузить диапазон выборки для увеличения разрешения, вы можете установить опорное напряжение ниже, чем напряжение питания.

Резюме

Делители напряжения могут быть очень полезными, но они более ограничены в использовании, чем можно было бы ожидать, когда впервые задумались об этом. Но это не умаляет важности изучения и понимания того, как они работают, поскольку они часто появляются в проектах, намеренно или как побочный эффект какой-либо другой особенности дизайна.

Плюсы:

Минусы:

• Не очень стабильный
• Не очень жесткий
• Излишнее или чрезмерное рассеивание мощности
• Множество других опций
  

Что такое делитель напряжения?

Делитель напряжения представляет собой простую схему, которая может понижать напряжение. Он распределяет входное напряжение между компонентами схемы. Лучшим примером делителя напряжения являются два последовательно соединенных резистора, при этом входное напряжение прикладывается к паре резисторов, а выходное напряжение снимается с точки между ними.Он используется для создания разных уровней напряжения от общего источника напряжения, но с одинаковым током для всех компонентов в последовательной цепи.

Схема делителя напряжения

Падение напряжения и входное напряжение

Падение напряжения на R2 — это выходное напряжение, а также разделенное напряжение в цепи. Делитель напряжения относительно земли создается путем последовательного соединения двух резисторов. Входное напряжение прикладывается к последовательным сопротивлениям R ₁ и R ₂ , а выходное напряжение — через R ₂ .Отсюда следует, что то же самое значение электрического тока, протекающего через каждый резистивный элемент цепи, некуда больше деваться. Таким образом обеспечивается падение напряжения IxR на каждом резистивном элементе.

Имея напряжение питания, мы можем применить закон Кирхгофа и закон Ома, чтобы найти падение напряжения на каждом резисторе, рассчитанное исходя из общего тока, протекающего через них.

Используя KVL (закон напряжения Кирхгофа),

С законом Ома,

Используя два приведенных выше уравнения, вы получите:

Уравнения делителя напряжения

В делителе напряжения выходное напряжение всегда уменьшает входное напряжение и ток, протекающий через последовательную сеть, что можно рассчитать по закону Ома, I = V / R.Поскольку ток общий для обоих резисторов, ток на них одинаков. Мы можем рассчитать падение напряжения на резисторе R ₂ , используя следующее уравнение:

Из приведенного выше уравнения можно найти падение напряжения на R ₂ :

Аналогично, для резистора R ₁ мы можем использовать уравнение:

Тогда при решении падения напряжения на R1:

Пример задачи

Рассчитайте падение напряжения, возникающее на каждом резисторе, и сколько тока будет протекать через резистор 30 Ом, подключенный последовательно с резистором 50 Ом, когда напряжение питания на последовательной комбинации составляет 10 вольт постоянного тока.

Расчет сопротивления

Рассчитайте общее сопротивление в цепи и просто сложите все это, поскольку резисторы включены последовательно.

Общее сопротивление позволит вам рассчитать ток, протекающий в резисторах.

Используя приведенные выше уравнения, можно рассчитать падение напряжения на резисторах.

Делитель напряжения и правило 10%

Вы должны знать подаваемое напряжение и сопротивление нагрузки при создании делителя напряжения для конкретной нагрузки.Делитель напряжения должен иметь только 10% тока утечки — ток, непрерывно потребляемый от источника напряжения, чтобы уменьшить влияние изменений нагрузки или обеспечить падение напряжения на резисторе. Это означает, что ток, проходящий через нагрузку, в десять раз больше тока, проходящего через нижнюю часть делителя напряжения на землю.

Например:

Этот делитель напряжения должен обеспечивать напряжение 25 В и ток 910 мА на нагрузку от источника напряжения 100 В.

Расчет R1 и R2

Определите размер резистора, используемого в цепи делителя напряжения, используя 10% эмпирическое правило. Ток в резисторе делителя должен составлять примерно 10% тока нагрузки. Этот ток, который не проходит ни через одно из устройств нагрузки, называется током утечки.

Сначала определите требования к нагрузке и доступный источник напряжения.

Затем найдите истекающий ток, применив правило 10%.

После получения тока утечки теперь можно рассчитать сопротивление кровотока на R1.

Затем найдите общий ток, сложив ток нагрузки и утечки.

Теперь по рассчитанным значениям вы можете найти значение R2.

Теперь вы можете перерисовать схему делителя напряжения, следуя правилу 10%.

Обратите внимание, что на первом рисунке значение сопротивления параллельной сети всегда меньше, чем значение наименьшего резистора в сети, поскольку нагрузка, подключенная между точкой B и землей, образует параллельную сеть нагрузки и резистора R1.

Лестница напряжения

Релейная диаграмма напряжения — это схема, состоящая из нескольких последовательно включенных резисторов с напряжением, подаваемым на всю сеть резисторов. На каждом резисторе в сети падение напряжения выше, чем на предыдущем. Поскольку резисторы в лестнице включены последовательно, ток везде одинаковый. Чтобы получить его значение, вам следует разделить общее напряжение на общее сопротивление. Падение напряжения на каждом резисторе можно рассчитать, умножив общий ток на номинал каждого резистора.Напряжение относительно земли в любом узле может быть определено как сумма напряжений, падающих на каждый резистор между этим узлом и землей.

Лестничная схема напряжения
Делитель напряжения

| Детали с усилением

Что такое делитель напряжения?

Делитель напряжения — это распространенная и полезная схема, которую можно найти во многих устройствах. Фактически, большинство регуляторов громкости в гитарах и усилителях работают как делители напряжения. Они создают выходное напряжение, составляющее часть входного напряжения.Эта часть входного напряжения пропорциональна соотношению двух резисторов, используемых в цепи. Используемые четыре переменные — это входное напряжение (~ V _ {\ text {in}} ~), выходное напряжение (~ V _ {\ text {out}} ~) и два резистора ~ R_1 ~ и ~ R_2 ~. С тремя известными переменными мы можем использовать уравнение делителя напряжения, чтобы найти четвертую.

$$ V _ {\ text {out}} = V _ {\ text {in}} \ times \ frac {R_2} {R_1 + R_2} $$

Это уравнение получено из закона Ома.Применяя закон Ома к входному напряжению, мы знаем, что

$$ V _ {\ text {in}} = I_1 \ times R $$

В случае ~ V _ {\ text {in}} ~

$$ R = (R_1 + R_2) $$

итак

$$ V _ {\ text {in}} = I_1 \ times (R_1 + R_2) $$

Для ~ V _ {\ text {out}} ~ мы знаем, что

$$ V _ {\ text {out}} = I_2 \ times R_2 $$

~ I_1 ~ предполагается равным ~ I_2 ~.

Решая для ~ I_1 ~, мы находим, что

$$ I_1 = \ frac {V _ {\ text {in}}} {(R_1 + R_2)} $$

Решая для ~ I_2 ~, получаем

$$ I_2 = \ frac {V _ {\ text {out}}} {R_2} $$

Объединяя эти уравнения, получаем

$$ \ frac {V _ {\ text {out}}} {R_2} = \ frac {V _ {\ text {in}}} {(R_1 + R_2)} $$

Решение для ~ V _ {\ text {out} } ~ получаем уравнение делителя напряжения

$$ V _ {\ text {out}} = V _ {\ text {in}} \ times \ frac {R_2} {(R_1 + R_2)} $$

Выше мы упоминали, что ~ I_1 ~ предполагается равным ~ I_2 ~.Это очень важно при рассмотрении использования делителя напряжения. Давайте попробуем этот пример. У нас есть входное напряжение 10В. Мы будем использовать два резистора 10 кОм как ~ R_1 ~ и ~ R_2 ~, что даст нам выходное напряжение 5 В. Мы хотим применить 5V к нагрузке 100k, которая будет выглядеть так:

Мы видим, что ~ R_2 ~ работает параллельно нашей нагрузке 100 кОм, изменяя наш делитель напряжения. ~ I_1 ~ больше не равно ~ I_2 ~, поскольку ток делится между ~ R_2 ~ и нагрузкой.Используя значения резисторов в уравнении параллельного сопротивления, мы находим, что

$$ \ frac {10 {,} 000Ω \ times 100 {,} 000Ω} {(10 {,} 000Ω + 100 {,} 000Ω)} = 9 {,} 090.91Ω $$

Когда мы используем этот результат с нашим По формуле делителя напряжения мы можем увидеть изменение выходного напряжения с делителя.

$$ 10 \ text {V} × \ frac {9 {,} 090.91Ω} {(10 {,} 000Ω + 9 {,} 090.91Ω)} = 4.76 \ text {V} $$

4.76V соответствует 4.8 % отличия от ожидаемого выходного напряжения 5 В. Вам нужно будет подумать, является ли это изменение критичным для контура, который вы проектируете.При использовании более высокой нагрузки делитель будет более точным, а более низкая нагрузка приведет к еще менее точному выходному напряжению, чем в нашем примере. Это одна из причин, по которой делители напряжения не следует использовать для подачи энергии вместо таких компонентов, как регуляторы напряжения или другие цепи питания.