2.2. Расчет делителя напряжения

Нужно спроектировать делитель напряжения для сигналов a,b,c,d. Уровни логической единицы этих сигналов 10 В.

Для правильной работы микросхем К155ЛА3, использованных в логическом блоке нам надо иметь напряжения U = 2,4 В.

Рис.6

На вход подаётся напряжение U_вх= 10 В, то напряжение на выходе будет сниматься с резистора R19 и будет равно U_вых= 2,4 В;

Возьмём общее сопротивление резисторов равным 500 кОм (R18 + R19 =500 кОм), тогда ток протекающий через все сопротивления при входном напряжении будет равен:

А;

Падение напряжения на резисторе R19 равно

U2 = 2,4 В, тогда падение напряжения на резисторе R18 равно U1 = 10-2,4 = 7,6 В

Исходя из падений напряжений на каждом резисторе, найдём номиналы этих резисторов:

Выберем номинал резистора R18 из ряда Е192, параметры которого:

номинал: 379 кОм;

точность: ±0,25%.

Выберем номинал резистора R32 из ряда Е192, параметры которого:

номинал: 120 кОм;

точность: ±0,25%.

Подобный делитель следует поставить для всех сигналов a,b,c,d.

2.3. Электронный аналоговый ключ

Электронный аналоговый ключ широко используется в электронике для осуществления передачи аналоговой информации от одного блока к другому. Исходя из параметров разрабатываемого прибора применяем микросхему аналогового ключа КР590КН9, который имеет следующие характеристики: t_вкл.=500нс;

U ¹_вх =0,8…4 В;

U ⁰_вх=0…0,8В;

U_П=15.

На рисунке представлены схемное обозначение и упрощенная физическая модель микросхемы КР590КН9.

Рис.7

Пока на вход U_упр подается сигнал низкого уровня КМОП-транзистор закрыт, сопротивление канала высокое, при подачи на вход напряжение высокого уровня, то транзистор открывается, сопротивление понижается, и ток утечки течет через него.

На входы 4 и 5 подаются входные аналоговые сигналы, которые снимаются с выходов 3 и 6 соответственно. На входы 10 и 15 подаются сигналы управления ключами. К выводам 11 и 13 подводятся напряжения питания ±15 В соответственно. Вывод 14 подключается к общему приводу схемы прибора.

Схема включения ключа:

Рис.8

В качестве элемента И-НЕ используем один элемент с микросхемы К155ЛА3.

3. Проектирование цифрового частотомера

Необходимо разработать частотомер, измеряющий частоту в полосе заданных частот (50 … 6000 Гц).

Структурная схема построения цифрового частотомера:

Рис. 9

1. Усилитель ограничитель (на временной диаграмме

– F) сигналов (рис.9) предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Построен на триггере Шмитта (К561ТЛ1), ОУ140УД22, стабилитроне Д809 и диоде КД522А. R₁ = 2 кОм.

Рис.10

Временные диаграммы формирователя представлены на рис.8, на которых представлены сигналы на входе, после усилителя и после триггера Шмитта.

Рис.11

2. Мультивибратор (M) (генератор напряжения прямоугольной формы), построенный на интегральном таймере К1006ВИ1 (рис. 9).

Рис. 12

В этой схеме включения конденсатор С₁ заряжается через резисторы R₁ и R₂ до напряжения , а разряжается через резистор R₁ до напряжения .

Длительность зарядки конденсатора t₁=0,69(R₁+R₂)C₁, а длительность разряда конденсатора t₂=0,69R₂C

₁. Так как время индикации больше времени счета, то за время индикации примем t₁=12, за время счета – t₂=1, а на выходе мультивибратора поставим инвертор. Возьмем C₁=10 мкФ. Тогда , R₂=145 кОм, R₁=1,6 МОм.

3. Счетчик состоящий из дешифратора(К176ИЕ4) и индикатора(АЛС324Б)

В частотомере используется 4 таких микросхемы, т.к. разрядность цифрового индикатора частоты равна 4.

4. R–C

– цепочка. Предназначена для подачи на вход R кратковременных импульсов для обнуления счетчика и сброса индикатора. Время разряда конденсатора  должно быть гораздо меньше по сравнению с величиной

= 1,67^-4 с. Зададим  = 210^-5 с и R = 3 кОм. Так как  = RC, тогда С = 6,67 нФ. Из ряда Е192 возьмем С = 6,65 нФ

Временные диаграммы работы частотомера:

Рис. 13

Делитель напряжения, что это такое, зачем нужен и расчет

«29» июля 2022 г.

Делитель напряжения – это схемотехническое решение, позволяющее из исходного напряжения получать уменьшенное в определенной пропорции значение выходного напряжения.

Простейшим и наиболее распространенным вариантом является делитель напряжения на резисторах, схема которого приведена на рис. 1.

Кстати, резисторов может быть больше двух, соответственно можно получать несколько выходных напряжений, но усложнять не будем и рассмотрим приведенную схему. Для того чтобы понять как работает делитель этого достаточно.

Сразу следует предупредить, делитель напряжения на резисторах не предназначен для получения преобразования (понижения) напряжения для питания схем, а тем более – приборов, поскольку для этого потребуются резисторы большой мощности, а КПД такого решения будет очень низким.

Принцип действия делителя определяется тем, что в цепи последовательно соединенных резисторов (R1-R2) через каждый из них протекает одинаковый по величине ток I.

Используя закон Ома можно найти напряжение на каждом плече:

U1=I*(R1+R2) (1)

U2=I*R2 (2)

Отношение напряжений, как видно из формул будет равно отношению сопротивлений резисторов:

U1/U2=(R1+R2)/R2 (3) или

U2/U1=R2/(R1+R2) (4)

Давайте посмотрим во сколько раз напряжение на выходе делителя будет меньше чем на входе:

U2=U1*R2/(R1+R2) (5)

С практической точки зрения бо́льший интерес представляет вычисление номиналов резисторов для получения из известного входного напряжения U1 требуемого результирующего U1.

Для примера рассчитаем величину резистора R2 в зависимости от R1.

Возьмем формулу (3) и для упрощения формул заменим в ней отношение U1/U2 на коэффициент К. Он показывает во сколько раз выходное напряжение должно быть меньше входного. Это удобно. Если нам надо из 10 Вольт получить 5, то K=10/5=2. Это упростит нам вычисления.

Итак:

K=(R1+R2)/R2 (6)

Несколько простых преобразований:

R1+R2=K*R2

K*R2-R2=R1

Результат:

R2=R1/(K-1) (7) или

R1=(K-1)/R2

(8)

Как видите, величину сопротивления одного из резисторов делителя нам надо знать. Поскольку возможных вариантов бесконечно много, то следует ориентироваться на величину тока I, который должен протекать через делитель.

Кстати, он будет определять мощность применяемых резисторов:

P=I*R

При вычислениях не забывайте про размерность величин:

• напряжение – вольты;
• ток – миллиамперы;
• сопротивление – килоомы.

или

• напряжение – вольты;
• ток – амперы;
• сопротивление – омы.

Если требуется получить точное значение, то сначала нужно определить сопротивление

R2=U2/I

После этого по формуле (8) определяем сопротивление резистора R1.

Этих сведений достаточно, чтобы понять как работает делитель напряжения и самостоятельно рассчитать параметры применяемых в нем резисторов.

Рекомендуемые материалы:

• мультиметр
• диодный мост
• прозвонка диода

  *  *  *

© 2014-2023 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Калькулятор делителя напряжения — The Geek Pub

По своей сути, делитель напряжения представляет собой схему, которая делит более высокие напряжения на более низкие с помощью пары резисторов. Это может быть сложной задачей для новичков, которые еще не понимают всех основ или того, как использовать формулу делителя напряжения. Вот почему мы создали этот удобный калькулятор делителя напряжения, который вы можете использовать для расчета сопротивления, необходимого для ваших цепей делителя напряжения. Все, что вам нужно сделать, это ввести любые три из приведенных ниже значений, и недостающее будет рассчитано автоматически. Это не может быть проще!

Калькулятор делителя напряжения

 

---

Наш калькулятор делителя напряжения работает по стандартной формуле делителя напряжения: Vout = (Vin x R2) / (R1 + R2)

Давайте немного разберем это, чтобы упростить понимание. :

• Vin это входное напряжение вашего блока питания или аккумулятора
• R1 сопротивление 1-го резистора в Омах
• R2 сопротивление 2-го резистора в Ом
• Vout — выходное напряжение с делителя напряжения

На этом схематическом изображении видно, что с помощью двух резисторов (R1=4,7 кОм, R2= 6,8 кОм) мы можем создать выходное напряжение 5 вольт из 12 вольт. Этот делитель напряжения преобразует 12 вольт в 5 вольт:

Вы можете использовать приведенный выше калькулятор делителя напряжения для быстрого расчета любого из этих значений. Мы также составили таблицу наиболее распространенных делителей напряжения, из которых вы можете выбрать:

Комбинация резисторов	Использование
4,7 кОм и 6,8 кОм	от 12 В до 5 В
4,7 кОм и 3,9 кОм	от 9 В до 5 В
3,6 кОм и 9,1 кОм	от 12 В до 3,3 В
3,3 кОм и 5,7 кОм	от 9 В до 3,3 В

Попробуйте ввести эти значения в калькулятор делителя напряжения, чтобы увидеть, как работают выходы! Это отличный способ познакомиться с ним (это поможет вам понять формулу делителя напряжения).

Рекомендации по делителю напряжения

При использовании калькулятора делителя напряжения и формулы следует помнить о нескольких вещах. Ни формула, ни калькулятор не подберут для вас компоненты и не отрегулируют это напряжение!

• Регулировка напряжения : Делители напряжения не регулируют напряжение. Если входное напряжение нестабильно и колеблется, то же самое будет и с выходами! Если вам нужен надежный источник питания, вы можете рассмотреть возможность добавления стабилизатора напряжения в вашу схему.
• Подходящий размер : Убедитесь, что резисторы правильно подобраны для нагрузки, которую вы планируете использовать в этой цепи. Большинство резисторов рассчитаны только на 1/4 или 1/2 Вт! Что-то, о чем многие забывают. Вам понадобятся резисторы большего размера для больших нагрузок. Возможно, вы захотите ознакомиться с нашим руководством по резисторам. И давайте будем честными, вы не должны использовать делитель напряжения для питания больших нагрузок. Это не эффективно, и есть лучшие варианты!
• Потенциометры : Не забывайте о потенциометрах при сборке делителя напряжения. С помощью потенциометра вы можете отрегулировать сопротивление и настроить делитель напряжения. Это может быть особенно удобно при создании прототипа чего-либо, когда точное направление дизайна еще не определено.

 

Почему важна формула делителя напряжения — производство печатных плат и сборка печатных плат часто используется для регуляторов напряжения.

Продолжайте читать, чтобы узнать, что такое формула делителя напряжения, ее базовый калькулятор и то, как она применяется к различным уравнениям для различных типов делителей напряжения. Узнайте, как эту формулу и правило делителя напряжения можно использовать для получения части входного напряжения.

Подумайте о множестве способов использования делителя напряжения как в простых, так и в чрезвычайно сложных системах, чтобы еще больше убедить себя в том, что электронные схемы не должны вызывать беспокойства.

Что означает делитель напряжения?

Делитель напряжения можно описать как простую схему, понижающую напряжение. Он равномерно распределяет входное напряжение между некоторыми компонентами схемы. Два резистора, соединенные последовательно, и с входными напряжениями, приложенными к их паре резисторов, а также выходные напряжения, взятые из точки между ними, являются лучшим представлением делителя напряжения.

Используется для генерирования различных уровней напряжения от одного источника напряжения при поддержании постоянного тока для каждого компонента в последовательных цепях.

Формула делителя напряжения и калькулятор Кривые напряжения и тока дросселя

Выходные напряжения делителя напряжения всегда уменьшают его входное напряжение, а также ток, протекающий через последовательную цепь, который определяется законом Ома, (V =ИР). Ток между ними равен, так как этот ток разделяется обоими резисторами. Мы можем вычислить напряжение, которое было понижено на втором резисторе, с помощью этой формулы.

Напряжение, проходящее через множество последовательно соединенных резисторов, имеющих источник постоянного напряжения, можно рассчитать с помощью формулы делителя напряжения и калькулятора (может обрабатывать около 10 резисторов).

Вычисление полного сопротивления всей цепи последовательно — вот как работает делитель напряжения. Затем применяется формула делителя напряжения, при этом резистор 1 служит конкретным резистором, на котором мы пытаемся рассчитать падение напряжения. Для каждого резистора в цепях делителя напряжения этот расчет повторяется.

Чем выше значения сопротивления элементов, тем больше напряжения будет потеряно на них, согласно закону Ома. Точно так же меньшее напряжение проходит через резисторы, имеющие более низкие значения сопротивления.

Необходимо ввести VIN, входное напряжение, а также значения резисторов в диапазоне от 1 до 10, чтобы использовать формулу делителя напряжения и калькулятор (для обслуживания нескольких резисторов, соединенных последовательно). Затем пользователь должен нажать кнопку «Рассчитать». Падение напряжения для каждого введенного резистора будет рассчитано, а затем автоматически отображено. Результат этого напряжения рассчитывается в вольтах.

Формула делителя напряжения для схемы делителя напряжения из двух резисторов: Vout=Vin(R2R1+R2), а для двух резисторов VRx=Vin(Rx/RT).

Каково правило для делителя напряжения?

Идея делителей напряжения заключается в том, что хотя это напряжение каким-то образом делится между последовательно соединенными частями, ток, протекающий через них, остается постоянным. Чтобы определить точные числа для нашей схемы, необходимо использовать закон Ома. Для начала мы должны внести следующую очень важную информацию:

Единственная композиция, применимая к цепям постоянного тока, — это композиция RR. В этих условиях любой импеданс можно рассматривать как провода с нулевым сопротивлением, а емкости функционируют как зазор цепи, где они имеют бесконечное сопротивление. Правило для делителя напряжения действует для наибольшего значения разности потенциалов для остальных, которые все используются в цепях переменного тока. Поиск фазового сдвига, подходящего для этих напряжений, может быть столь же полезным.

Лестница напряжения

Схема, известная как лестница напряжения, состоит из множества последовательно соединенных резисторов, к которым приложено напряжение по всей сети резисторов. Падение напряжения на каждом резисторе в этих сетях больше, чем на предыдущем.

Ток остается постоянным по всей лестнице, поскольку резисторы соединены последовательно. Разделите все напряжение на полное сопротивление, чтобы получить его значение. Умножая весь ток на номинал каждого резистора, можно определить падение напряжения на каждом резисторе. Сумма напряжений, потерянных каждым резистором между узлом и землей, может использоваться для определения напряжения относительно земли в каждом заданном узле.

Входное напряжение и падение напряжения

Выходное напряжение и напряжение, разделенное по всей цепи, определяются падением напряжения на резисторе R2. Два резистора соединены последовательно, чтобы обеспечить делитель напряжения, который относится к земле.

R1 и R2 соединены последовательно для формирования входного напряжения, а R2 получает выходное напряжение. Таким образом, нигде больше нет такого же количества тока, которое проходит через каждый резистивный компонент цепи. Следовательно, в результате это обеспечивает падение напряжения IxR на каждом резистивном элементе.

Мы можем использовать закон напряжения Кирхгофа и закон Ома для определения падения напряжения на каждом резисторе на основе тока, протекающего через них, зная напряжение питания.

Каково применение делителей напряжения?

Ниже приведены некоторые варианты использования делителей напряжения:

Потенциометр — это хорошо известное устройство, использующее принцип делителя напряжения. Этот компонент также известен как реостат.

Как правило, они состоят полностью из резистивных частей. Мы можем различать как цифровые, так и аналоговые, но в любом случае мы можем настроить сопротивление с предельной точностью. Слайд-потенциометры, триммеры и регуляторы для большого пальца являются одними из самых популярных разновидностей потенциометров, и они различаются по размеру и конструкции. Скользящий контакт, который позволяет изменять сопротивление выхода, является ключевым компонентом.

Оборудование для измерения высокого напряжения. Выходит, что можно измерять высокое напряжение, несмотря на то, что прямые измерения могут нанести вред прибору. В этой ситуации целесообразно сбрасывать напряжение на безопасную зону с помощью делителя напряжения. Предпочтительно использовать емкостные устройства, а не резистивные, при действительно высоких напряжениях.

Обнаружение неопознанного сопротивления:  Если у вас есть только источник напряжения, а также другой резистор с известным сопротивлением, возможно ли обнаружить какое-либо неизвестное сопротивление? Если вы можете понять цветовой код, вам повезло, но что происходит, когда его нет?

Однако вы можете просто построить простую цепь с двумя последовательно соединенными резисторами, выбрать входное напряжение, а затем измерить напряжение на требуемом сопротивлении. Затем загадка решается простым вводом всех этих значений в формулу делителя напряжения и калькулятор. Общее уравнение для делителя напряжения всегда можно преобразовать для определения.

Каковы преимущества и недостатки делителей напряжения?

Некоторые из вас могут задаться вопросом, зачем кому-то использовать делитель напряжения для измерения неизвестного сопротивления, когда они могут просто считать величину силы тока, проходящей через резистор при подаче любого внешнего напряжения — прямое применение закона Ома . Так что, вообще говоря, не должно быть большой разницы между обоими подходами, но мы должны осознавать, что сопротивление большинства материалов зависит от температуры. Хуже того, зависимости для изоляторов, полупроводников и металлов различны.

Поскольку сопротивление металлов растет вместе с температурой, мы должны определить термический коэффициент материала, чтобы количественно определить сопротивление при стандартной температуре. Это требует тщательного измерения температуры окружающей среды, выполнения некоторых расчетов и надежды на то, что за это время не было ошибок.

Но мы можем сделать это намного проще! Вы могли бы использовать простой делитель напряжения, как вы и думали!

Дополнительные преимущества и недостатки

Два резистора присутствуют в базовой форме, и, поскольку они изготовлены из одного материала, зависимость температуры от сопротивления практически одинакова. Эти сопротивления изменяются примерно с одинаковой скоростью, независимо от величины перепада температур. Хотя любое изменение будет уравновешено, поскольку эта формула делителя напряжения часто имеет соотношение различных импедансов, выходное напряжение не должно зависеть от температуры. Кроме того, если мы рассмотрим формулу из предыдущего раздела, мы получим значение сопротивления, точно такое же, как исходное, при любой конкретной температуре.

Во-вторых, при проектировании сложных электрических цепей действительно целесообразно использовать делители напряжения. Мы можем использовать один источник, а также необходимые делители напряжения, в отличие от использования нескольких независимых источников напряжения, каждый из которых создает уникальный потенциал внутри системы.

Наоборот, надо помнить, что падение напряжения тем вероятнее, чем длиннее провода его цепи. Хотя вероятность этого намного ниже, чем для длинного промышленного кабеля, эту проблему все же следует учитывать и, в идеале, по возможности избегать, если нам необходимо выполнить некоторые точные измерения.

Заключение

То, что мы сделали ранее, демонстрирует, как работают делители напряжения для самых простых систем. Во-вторых, практично использовать делители напряжения при их создании. Можно, наверное, догадаться, что в действительности они нигде не используются и что обычно используются более совершенные схемы.

Тем не менее, все вышеупомянутые выводы могут быть полезны для упрощения более сложных. Например, вы можете рассматривать группу резисторов как одно сопротивление, если видите, что они расположены последовательно или параллельно.