Делитель напряжения расчет онлайн. Делитель напряжения на резисторах

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

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

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

Таким образом, сила тока протекающая через резисторы

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

Или если отавить формулу в общем виде:

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

Применение делителя для считывания показаний датчика

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

Если в приведённой выше схеме заменить R1 или R2 на один из таких компонентов, V out будет меняться в зависимости от внешних условий, влияющих на датчик. Подключив это выходное напряжение к аналоговому входу Ардуино, можно получать информацию о температуре, уровне освещённости и других параметрах среды.

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

Подключение нагрузки

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

В этом случае V out уже не может быть расчитано лишь на основе значений V in , R1 и R2 : сама нагрузка провоцирует дополнительное падение напряжения (voltage drop). Пусть нагрузкой является нечто, что потребляет ток в 10 мА при предоставленных 5 В. Тогда её сопротивление

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

Подставив значение в общую формулу расчёта V out , получим:

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

Пропорция сохраняется, V out не меняется:

А потери уменьшатся:

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

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

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

Применимость

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

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

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

Если потребление тока нагрузкой неравномерно во времени,

V out также будет неравномерным.

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

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

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

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

Как работает делитель напряжения на резисторах

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

Резистор, находящийся ближе к плюсу входного напряжения Vвх , обозначен R1 , резистор находящийся ближе к минусу обозначен R2 . Падение напряжения Vвых — это пониженное выходное напряжение, полученное в результате резисторного делителя напряжения. Для расчета выходного напряжения необходимо знать три величины из приведенной схемы — входное напряжение и сопротивление обоих резисторов.

Расчет делителя напряжения на резисторах основан на законе Ома .

V вых = R2 х V вых / R1 + R2

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

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

Рис. 1 — Структурная схема делителя напряжения

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

Рис. 2 — Элементы, применяемые в качестве делителей напряжения

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

Рис. 3 — Общая схема делителя напряжения на резисторах

Расчет делителя напряжения на резисторах

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

откуда

Также следует знать, что в последовательной цепи, т. е. в цепи, в которой все резисторы соединены последовательно, ток I протекает одной и той же величины через все резисторы, а общее сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений всех резисторов Rобщ = R1+R2 .

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

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

Падение напряжения на первом резисторе равно

По аналогии находим падение напряжения на втором резисторе

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

Делитель напряжения на резисторах. Различные номиналы резисторов

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

Рис. 4 — Схемы делителей напряжения на резисторах

Следует обратить внимание на то, что величина выходного напряжения зависит от относительного значения сопротивлений резисторов R1 и R2 , а не от абсолютного.

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

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

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

Рис. 6 — Схема делителя напряжения с несколькими резисторами

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

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

Рис. 7 — Переменные и подстроечные резисторы

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

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

Рис. 8 — Схема включения переменного резистора для деления напряжения

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

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

Рис. 9 — Схема плавного изменения напряжения

Некоторые виды переменных резисторов

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

1) с линейной зависимостью;

2) с логарифмической зависимостью;

3) с экспоненциальной зависимостью.

Рис. 10 — Зависимости переменных резисторов

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

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

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

напряжения на резисторе и после

При разработке печатных плат для электронного оборудования специалистам часто приходится выполнять расчет делителя. С виду простая схема помогает уменьшить выходное напряжение, необходимое для питания отдельных элементов цепи. Такая компоновка является базовой для электроники. В основу изучения принципа действия входят два момента: схематическое исполнение и формула для вычисления параметров работы делителя.

Что такое делитель напряжения

Схематическое исполнение понижающего устройства представляет собой последовательную цепь, состоящую из двух резистивных элементов. Суммарные значения сопротивлений позволяют уменьшить входящее напряжение до необходимых параметров на выходе. Между собой они связаны передаточным коэффициентом, находящимся в интервале от 0 до 1, включая границы (0<=aplha<=1).

Общее представление делителя напряжения

Существует несколько вариантов схематического исполнения приборов, но все они обладают одним и тем же функционалом — понижать вольтаж для потребителей, однако ток на всех полюсах остается одинаковым. Два последовательных участка цепи называют плечами. Нижнее плечо находится между центральной точкой и нулевым потенциалом. Именно здесь необходимо снимать показатели работы схемы. Другое плечо является верхним.

 

Простая схема на резисторах

В зависимости от расположения резисторов, различают линейные и нелинейные схемы делителей. Первый вариант используют для создания разности потенциалов и вольтажа в нескольких точках рабочих узлов. Понижение входного напряжения определяется по линейному закону.

Дополнительная информация! Понижающие узлы применяют для постоянного и переменного тока. Структурное исполнение обоих отличается друг от друга, поскольку в некоторых случаях требует включение дополнительных фильтров для подавления помех и шумов.

В нелинейных схемах разница определяется по передаточному коэффициенту. Такие устройства активно применяют в потенциометрах. Здесь учитывают присутствие активного и реактивного сопротивления, включая нелинейные и токовые нагрузки.

Принцип работы делителя напряжения

В состав простейшей понижающей схемы всегда входит не меньше одного резистора. Если элементы обладают одинаковыми коэффициентами сопротивляемости электронов, то на выходе вольтаж понизится в два раза. Для каждого узла понижение рассчитывается по закону Ома.

Внимание! Сумма пониженных величин в каждой точке равна общему вольтажу источника питания.

Схема с несколькими резисторами

Резисторы используют в принципиальных схемах с источником питания постоянного тока. В цепях переменного напряжения присутствует еще и реактивное сопротивление, куда входят конденсаторы, индуктивные катушки и другие элементы с электромагнитными полями.

В цепях с синусоидальным током в качестве резистивного элемента выступает конденсатор или катушка. Их называют емкостными. Расчет ведется уже по другой формуле, так как емкость конденсаторов обратно пропорциональна их реактивному сопротивлению. Для вычисления резистивной составляющей необходимо учитывать постоянное число ПИ, частоту синусоидального тока (Гц) и емкость (Фарад). Таким образом получается, что с увеличением емкости падает сопротивление и наоборот.

Кроме конденсаторов, в качестве реактивных компонентов также могут выступать индуктивные катушки, которые могут присутствовать в платах переменного тока. Коэффициент реактивного сопротивления обмоток также прямо пропорционален их номинальным значениям. Для вычислений также необходимо постоянное число ПИ, частота переменного магнитного поля (Гц) и индуктивность (Генри).

Делитель на индукционных катушках

Внимание! В описании выше токовая нагрузка равна бесконечности, поэтому все значения верны только при полученных показателях делителя на сопротивления нагрузки. Они в несколько раз больше внутреннего.

Формула для расчета делителя напряжения

Начинающие радиолюбители часто задаются главным вопросом, как правильно рассчитать напряжение после резистора. Для этого необходимо знать, какой ток пойдет по цепи. В простейших схемах постоянного тока его вычисляют по линейному закону Ома. Формула расчета выглядит U=I*R, где:

• U — напряжение, В;
• I — ток, А;

В цепях с синусоидальным током, где присутствует реактивное сопротивление катушки или конденсатора, формула выглядит как R=1/(2*pi*f*L) и R=1/(2*pi*f*C) соответственно. В формуле использованы показатели:

График зависимости показателей от сопротивления

• R — реактивное сопротивление;
• R — сопротивление, Ом.
• pi — постоянное число Пи, равное 3,14;
• f — частота, Гц;
• L — индуктивность катушки, Генри;
• C — емкость конденсатора, Фарад.

Получив в расчетах внутреннюю резистивность элементов, далее можно воспользоваться линейной формулой для вычисления выходного значения.

На резисторе

В схеме делителя всегда участвует не меньше двух узлов нагрузки. Их коэффициенты могут быть равны другу, но и отличаться. Поэтому порой возникает необходимость получить номинал выходного вольтажа для каждого из них. Для этого используют всем известную формулу закона Ома: U=I*R.

После резистора

Для расчета показателя после резистора необходимо учитывать номиналы обоих элементов, так как они работают совместно друг с другом. Применив закон Ома, получается следующая формула: Uвых=Uпит*R1/(R1+R2), где:

• Uвых — вольтаж на выходе, В;
• Uпит — входной вольтаж, В;
• R1 — первый узел, Ом;
• R2 — второй узел, Ом.

Падение потенциалов за резистором рассчитывают для каждого узла в отдельности. То есть для второго элемента формула будет выглядеть так: Uвых=Uпит*R2/(R1+R2).

Делитель позволяет разработчикам получить несколько номинальных значений выходного напряжения от одного питающего источника. По этой причине схема получила широкое применение в электронике как в понижающих блоках питания, так и в качестве интегрированного узла электроцепи.

Резисторный делитель напряжения: расчёт-онлайн, формулы и схемы

Резисторный делитель напряжения — одна из основополагающих конструкций в электронике, без которой не обходится ни одно устройство. Подбор сопротивлений задаёт нужные режимы работы. Как правило, эта конструкция содержит два резистора. Один ставится между входом и выходом схемы. Второй резистор одним концом подключается к общему проводу, а вторым — к выходу схемы, тем самым его шунтируя. Он также играет роль нагрузки источника, подключённого ко входу.

Формула делителя напряжения

Расчёт можно осуществить, используя формулы, вытекающие из закона Ома. Можно узнать, каким будет U на выходе устройства, если известно входное, а также сопротивления обоих резисторов. Можно также решить обратную задачу, например, вычислить напряжение, которое получится на выходе при известных сопротивлениях резисторов.

Чтобы выполнить расчет резистивного делителя, необходимо:

• Обозначить резистор, находящийся ближе ко входу делителя, как R1.
• Обозначить резистор, находящийся ближе к выходу делителя, как R2.
• Протекающие через резисторы токи обозначаются, как I1 и I2, а входное и выходное напряжения — UВХ и UВЫХ, соответственно.
• Промежуточная формула примет следующий вид: UВЫХ=I2*R2.
• Если предположить, что силы обоих токов равны, то формула для определения протекающего через схему тока станет выглядеть так: I=UВХ/R1+R2.
• Окончательная формула принимает такой вид: UВЫХ=R2*(UВХ/R1+R2).

Из неё становится ясно, что выходное напряжение всегда будет меньше, чем входное. Оно зависит от самих резисторов. Чем больше сопротивление R1 и сила протекающего тока, тем меньше будет UВЫХ. Напротив, чем больше сопротивление R2, включённое между выходом и общим проводом, тем больше будет UВЫХ. Если упомянутое сопротивление стремится к бесконечности, то UВЫХ будет почти равным входному. Чем больше ток, который проходит по резисторам, тем меньше будет UВЫХ. Таким образом при больших токах делитель на резисторах становится малоэффективным, ввиду сильного падения напряжения.

Онлайн-калькуляторы

С их помощью можно рассчитать делитель напряжения на резисторах онлайн. Входными данными в этом случае могут являться: входное напряжение и оба сопротивления. Калькулятор «Делитель напряжения — онлайн» произведёт все необходимые операции по обозначенной формуле, и выведет значения искомых параметров. Расчет делителя напряжения на резисторах онлайн облегчает процесс разработки многих электронных схем, позволяет добиться достижения требуемых режимов и правильной работы устройств.

Разновидности делителей

Самая распространенная и характерная из них — это потенциометр. Он представляет собой стандартный переменный резистор. Внутри его находится дужка, на которую нанесен токопроводящий слой. По ней скользит контакт, делящий сопротивление на две части. Таким образом, потенциометр имеет три вывода, два из которых подключены к самому резистору, а третий — к перемещаемому движку.

Источник тока подключается к двум крайним выводам потенциометра, а UВЫХ будет сниматься с вывода движка и общего провода. По такой схеме устроены, например, регуляторы громкости и тембра звука в различной аудиоаппаратуре. При перемещении движка в крайнее нижнее положение UВЫХ станет равным нулю, а в противоположной ситуации будет равно входному. Если же перемещать движок, то напряжение будет плавно изменяться от нуля до входного.

Свойства делителей также используются при конструировании резистивных датчиков. Например, одним из их элементов может являться фоторезистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от освещённости. Есть и другие датчики, преобразующие физические воздействия в изменение сопротивления: терморезисторы, датчики давления, ускорения. Созданные на их основе делители используются совместно с аналого-цифровыми преобразователями для измерения и отслеживания самых различных величин в промышленности и быту: температуры, скорости вращения.

В качестве примера можно привести схему для определения уровня освещенности. Последняя деталь включается между выходом и общим проводом (R2 в формуле). Для расширения пределов изменения напряжения схема дополняется постоянным сопротивлением (R1 в формуле). К её выходу присоединяется микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя. Чем сильнее освещённость фоторезистора, тем ниже UВЫХ, так как он включён между выходом конструкции и «массой», шунтируя его.

Делитель напряжения на резисторах ⋆ diodov.net

Рассмотрим, как рассчитать практически любой делитель напряжения на резисторах. Преимущественное большинство радиоэлектронных элементов и микросхем питаются относительно низким напряжением – 3…5 В. А многие блоки питания выдают U = 9 В, 12 В или 24 В. Поэтому для надежной и стабильной работы различных электронных элементов необходимо снижать величину напряжения до приемлемого уровня. В противном случае может наступить пробой радиоэлектронных элементов. Особенно следует уделять внимание микросхемам – наиболее чувствительным элементам к повышенному напряжению.

Существуют много способов, как снизить напряжение. Выбор того или другого способа зависит от конкретной задачи, что в целом определяет эффективность всего устройства. Мы рассмотрим самый простой способ – делитель напряжения на резисторах, который, тем не менее, довольно часто применяется на практике, но исключительно в маломощных цепях, что поясняется далее.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Чтобы сделать и рассчитать простейший делитель напряжения достаточно соединить последовательно два резистора и подключить их источнику питания. Такая схема очень распространенная и применяется более чем в 90 % случаев.

Вход схемы имеет два вывода, а выход – три. При одинаковых значения сопротивлений R₁ и R₂ выходные напряжения U_вых1 и U_вых2 также равны и по величине вдвое меньше входного U_вх. Причем выходное U можно сниматься с любого из резисторов – R₁ или R₂. Если сопротивления не равны, то выходное U будет на резисторе большего номинала.

Точное соотношение U_вых1 к U_вых2 рассчитаем, обратившись к закону Ома. Резисторы вместе с источником питания образуют последовательную цепь, поэтому величина электрического тока, протекающего через R₁ и R₂ определяется отношением напряжения источника питания U_вх к сумме сопротивлений:

Следует обратить внимание, чем больше сумма сопротивлений, тем меньший ток I при том же значении U_вх.

Далее, согласно закону Ома, подставив значение тока, находим U_вых1 и U_вых2:

Путем подстановки в две последние формулы значение из самой первой формулы, находим значение выходного U в зависимости от входного и сопротивлений двух резисторов:

Применяя  делитель напряжения на резисторах, необходимо понимать и помнить следующее:

1. 1. Коэффициент полезного действия такой схемы довольно низкий, поскольку только часть мощности источника питания поступает к нагрузке, а остальная мощность преобразуется в тепло, выделяемое на резисторах. Чем больше понижается напряжение, тем меньше мощности от источника питания поступит к нагрузке.

1. Так как нагрузка подключается параллельно к одному из резисторов делителя, то есть шунтирует его, то общее сопротивление цепи снижается и происходит перераспределение падений напряжений. Поэтому сопротивление нагрузки должно быть гораздо больше сопротивления резистора делителя. В противном случае схема будет работать нестабильно с отклонением от заданных параметров.
2. Распределение U между R₁ и R₂ определяется исключительно их относительными значениями, а не абсолютными величинами. В данном случае неважно, будут ли R₁ и R₂ иметь значение 2 кОм и 1 кОм или 200 кОм и 100 кОм. Однако при более низких значениях сопротивлений можно получить большую мощность на нагрузке, но следует помнить, что и больше мощности преобразуется в тепло, то есть израсходуется невозвратно впустую.

Также иногда находят применение и более сложные делители напряжений, состоящие из нескольких последовательно соединенных резисторов.

Делитель напряжения на переменном резисторе

Схему делителя напряжения на переменном резисторе называют схемой потенциометра. Вращая рукоятку громкости музыкального центра или автомагнитолы, вы таким действием плавно изменяете напряжение, подаваемое на усилитель модности звуковой частоты. Принцип работы и сборка простейшего усилителя мощности уже были ранее рассмотрены здесь.

При перемещении (вращении) ручки переменного резистора сверху вниз по чертежу происходит плавное изменение U от значения источника питания до нуля.

В звуковой технике главным образом применяются переменные резисторы с логарифмической зависимостью, поскольку слуховой аппарат человек воспринимает звуки с данной зависимостью. Для регулирования уровня звука одновременно по двум каналам используют сдвоенные переменные резисторы.

В качестве делителя напряжения находят применение переменные резисторы, имеющие следующие зависимости сопротивления от угла поворота ручки: логарифмическую, линейную и экспоненциальную. Конкретный тип зависимости применяется для решения отдельной задачи.

Еще статьи по данной теме

Делитель напряжения | Расчет делителя напряжения

Делитель напряжения – это это цепь, состоящая из двух и более пассивных радиоэлементов, которые соединены последовательно.

Делитель напряжения на резисторах

Давайте разберем самый простой делитель напряжения, состоящий из двух резисторов. Эти два резистора соединим последовательно и подадим на них напряжение. Напряжение может быть как постоянное, так и переменное.

Подавая напряжение на эту цепь, состоящую из двух резисторов, у нас получается, что цепь становится замкнутой, и в цепи начинает течь электрический ток с какой-то определенной силой тока, которая зависит от номиналов резисторов.

Итак, мы знаем, что при последовательном соединении сила тока в цепи одинакова. То есть какая сила тока протекает через резистор R1, такая же сила тока течет и через резистор R2. Как же вычислить эту силу тока? Оказывается, достаточно просто, используя закон Ома: I=U/R.

Так как наши резисторы соединены последовательно, то и их общее сопротивление будет выражаться формулой

То есть в нашем случае мы можем записать, что

Как найти напряжение, которое падает на резисторе R2?

Так как ток для обоих резисторов общий, то согласно закону Ома

Подставляем вместо I формулу

и получаем в итоге

Для другого резистора ситуация аналогичная. На нем падает напряжение

Для него формула запишется

Давайте докажем, что сумма падений напряжений на резисторах равняется напряжению питания, то есть нам надо доказать, что U=U_R1 +U_R2 . Подставляем значения и смотрим.

что и требовалось доказать.

Эта формула также работает и для большого количества резисторов.

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

Как работает делитель напряжения на практике

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

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

Замеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.

Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт. Замер напряжения производим с помощью мультиметра.

 

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

Замеряем падение напряжения на большом резисторе, который обладает номиналом в 52,8 Ом. Мультиметр намерял 3,21 Вольта.

Замеряем напряжение на маленьком резисторе номиналом в 109,7 Ом. На нем падает  напряжение 6,77 Вольт.

Ну что, с математикой, думаю, у всех в порядке. Складываем эти два значения напряжения. 3,21+6,77 = 9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Спишем на погрешность щупов и средств измерений. Вот наглядный пример того, что мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения. Мы еще раз убедились, что сумма падений напряжений на каждом резистора равняется напряжению питания, которое подается на эту цепь.

[quads id=1]

Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов

Давайте убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова. Как измерить силу тока постоянного напряжения, я писал здесь. Как видим, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цепи, в середине цепи и даже в конце цепи. Где бы мы не обрывали нашу цепь, везде одно и то же значение силы тока.

Переменный резистор в роли делителя напряжения

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

Его обозначение на схеме выглядит вот так:

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

Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то мы не будем нагружать его большим напряжением. Мощность, выделяемая на каком-либо резисторе рассчитывается по формуле P=I²R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого  резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.

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

Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.

 

Замеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта

Суммируем напряжение и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то затерялись. Скорее всего на щупах, так как они тоже обладают сопротивлением. Как вы видите, простой переменный резистор мы можем использовать в роли простейшего делителя напряжения.

Похожие статьи по теме “делитель напряжения”

Делитель тока

Что такое резистор

Что такое напряжение

Блок питания

Расчёт делителя напряжения на резисторах онлайн

Р/л технология

---

Схема такого делителя предназначена для получения заданного выходного напряжения, которое будет ниже, чем входное. Например, источник напряжения 24 Вольта, в нужно получить 6 Вольт. Самым простым способом решить этот вопрос – это применить делитель напряжения, состоящий из двух споротивлний.

Он применяется, как при проектировании схем, так и по прямому назначению. Для его расчета используются формулы, которые основаны на законе Ома. Эти формулы позволяют подобрать нужный номинал сопротивлений. Потребуется лишь знать сопротивление нагрузки, входное и выходное напряжения. От этого сопротивления зависит, насколько точно удастся рассчитать весь делитель и получить точно указанное выходное напряжение. Как правило, сопротивление нагрузки выше, чем сопротивление делителя напряжения.

Если неизвестно выходное напряжение, но известно сопротивление и входное напряжения, то неизвестную величину можно вычислить по указанной формуле.

 

 

 

 

Для того чтобы не считать постоянно по формулам эти величины, были придуманы онлайн-калькуляторы, которые позволяют точно определить значения резисторов или выходного напряжения. Потребуется лишь внести известные величины. Такой расчет можно производить, как на компьютере, с доступом в сеть Интернет, так и при помощи смартфона. Это значительно экономит время и дает стабильную точность расчетов. 

Стоит отметить, что современные калькуляторы-онлайн могут рассчитать и мощность, на которую должен быть установлен резистор. 

В радиоэлектронике делители напряжения представлены и в готовых конструктивных решениях. Ими служат, к примеру, переменные резисторы и фоторезисторы, которые имеют возможность менять значение сопротивления, при повороте ручки потенциометра или попадании света. В переменном резисторе присутствуют три вывода, с которых можно получить два сопротивления. 

Автор: RadioRadar

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Добавить

Очистить

Коэффициент деления по напряжению. Резистивный делитель напряжения. Расчет делителя напряжения на резисторах

Делители напряжения получили широкое распространение в электронике, потому что именно они позволяют оптимальным образом решать задачи регулировки напряжения. Существуют различные схематичные решения: от простейших, например, в некоторых настенных светильниках, до достаточно сложных, как в платах управления переключением обмоток нормализаторов сетевого напряжения.

Что такое делитель напряжения? Формулировка проста — это устройство, которое в зависимости от коэффициента передачи (настраивается отдельно) регулирует значение выходного напряжения относительно входного.

Раньше на прилавках магазинов часто можно было встретить светильник-бра, рассчитанный на две лампы. Его особенностью являлось то, что сами лампы были рассчитаны на работу с напряжением 127 Вольт. При этом вся система подключалась к бытовой электросети с 220 В и вполне успешно работала. Никаких чудес! Все дело в том, что способ соединения проводников формировал не что иное, как делитель напряжения. Вспомним основы электротехники, а именно потребителей. Как известно, при последовательном способе включения равна, а напряжение изменяется (вспоминаем закон Ома). Поэтому в примере со светильником однотипные лампы включены последовательно, что дает уменьшение питающего их напряжения в два раза (110 В). Также делитель напряжения можно встретить в устройстве, распределяющем сигнал с одной антенны на несколько телевизоров. На самом деле примеров много.

Давайте рассмотрим простейший делитель напряжения на основе двух резисторов R1 и R2. Сопротивления включены последовательно, на свободные выводы подается входное напряжение U. Из средней точки проводника, соединяющего резисторы, есть дополнительный вывод. То есть получается три конца: два — это внешние выводы (между ними полное значение напряжения U), а также средний, формирующий U1 и U2.

Выполним расчет делителя напряжения, воспользовавшись законом Ома. Так как I = U / R, то U является произведением тока на сопротивление. Соответственно, на участке с R1 напряжение составит U1, а для R2 составит U2. Ток при этом равен Учитывая закон для полной цепи, получаем, что питающее U является суммой U1+U2.

Чему же равен ток при данных условиях? Обобщая уравнения, получаем:

I = U / (R1+R2).

Отсюда можно определить значение напряжения (U exit) на выходе делителя (это может быть как U1, так и U2):

U exit = U * R2 / (R1+R2).

Для делителей на регулируемых сопротивлениях существует ряд важных особенностей, которые необходимо учитывать как на этапе расчетов, так и при эксплуатации.

Прежде всего, такие решения нельзя использовать для регулировки напряжения мощных потребителей. Например, таким способом невозможно запитать электродвигатель. Одна из причин — это номиналы самих резисторов. Сопротивления на киловатты если и существуют, то представляют собой массивные устройства, рассеивающие внушительную часть энергии в виде тепла.

Значение сопротивления подключенной нагрузки не должно быть меньше, чем схемы самого делителя, в противном случае всю систему потребуется пересчитывать. В идеальном варианте различие R делителя и R нагрузки должно быть максимально большим. Важно точно подобрать значения R1 и R2, так как завышенные номиналы повлекут за собой излишнее а заниженные будут перегреваться, затрачивая энергию на нагрев.

Рассчитывая делитель, обычно подбирают значение его тока в несколько раз (например, в 10) больше, чем ампераж подключаемой нагрузки. Далее, зная ток и напряжение, вычисляют суммарное сопротивление (R1+R2). Далее по таблицам подбирают ближайшие стандартные значения R1 и R2 (учитывая их допустимую мощность, чтобы избежать чрезмерного нагрева).

В составе делителя напряжения для получения фиксированного значения напряжения используют резисторы. В этом случае выходное напряжение U вых связано с входным U вх (без учета возможного сопротивления нагрузки) следующим соотношением:

U вых = U вх х (R2 / R1 + R2)

Рис. 1. Делитель напряжения

Пример. С помощью резисторного делителя нужно получить на нагрузке сопротивлением 100 кОм напряжение 1 В от источника постоянного напряжения 5 В. Требуемый коэффициент деления напряжения 1/5 = 0,2. Используем делитель, схема которого приведена на рис. 1.

Сопротивление резисторов R1 и R2 должно быть значительно меньше 100 кОм. В этом случае при расчете делителя сопротивление нагрузки можно не учитывать.

Следовательно, R2 / (R1 +R2) R2 = 0,2

R2 = 0 ,2R1 + 0,2R2 .

R1 = 4R2

Поэтому можно выбрать R2 = 1 кОм, R1 — 4 кОм. Сопротивление R1 получим путем последовательного соединения стандартных резисторов 1,8 и 2,2 кОм, выполненных на основе металлической пленки с точностью ±1% (мощностью 0,25 Вт).

Следует помнить, что сам делитель потребляет ток от первичного источника (в данном случае 1 мА) и этот ток будет возрастать с уменьшением сопротивлений резисторов делителя.

Для получения заданного значения напряжения следует применять высокоточные резисторы.

Недостатком простого резисторного делителя напряжения является то, что с изменением сопротивления нагрузки выходное напряжение (U вых) делителя изменяется. Ддя уменьшения влияния нагрузки на U выхнеобходимо выбирать соротивление R2 по крайней мере в 10 раз меньше минимального сопротивления нагрузки.

Важно помнить о том, что с уменьшением сопротивлений резисторов R1 и R2 растет ток, потребляемый от источника входного напряжения. Обычно этот ток не должен превышать 1-10 мА.

Резисторы используются также для того, чтобы заданную долю общего тока направить в соответствующее плечо делителя. Например, в схеме на рис. 2 ток I составляет часть общего тока I вх, определяемую сопротивлениями резисторов Rl и R2, т.е. можно записать, что I вых = I вх х (R1 / R2 + R1)

Пример. Стрелка измерительного прибора отклоняется на всю шкалу в том случае, если постоянный ток в подвижной катушке равен 1 мА. Активное сопротивление обмотки катушки составляет 100 Ом. Рассчитайте сопротивление так, чтобы стрелка прибора максимально отклонялась при входном токе 10 мА (см. рис. 3) .

Рис. 2 Делитель тока

Рис. 3.

Коэффициент деления тока определяется соотношением:

I вых / I вх = 1/10 = 0,1 = R1 / R2 + R1 , R2 = 100 Ом.

Отсюда,

0,1R1 + 0,1R2 = R1

0,1R1 + 10 = R1

R1 = 10/0 ,9 = 11,1 Ом

Требуемое сопротивление резистора R1 можно получить путем последовательного соединения двух стандартных резисторов сопротивлением 9,1 и 2 Ом, выполненных на основе толстопленочной технологии с точностью ±2% (0,25 Вт). Заметим еще раз, что на рис. 3 сопротивление R2 — это .

Для обеспечения хорошей точности деления токов следует использовать высокоточные (± 1 %) резисторы.

При проектировании электрических цепей возникают случаи, когда необходимо уменьшить величину напряжения (разделить его на несколько частей) и только часть подавать на нагрузку. Для этих целей используют делители напряжения . Они основаны на втором законе Кирхгофа .

Самая простая схема — резистивный делитель напряжения. Последовательно с подключаются два сопротивления R1 и R2.

При последовательном подключении сопротивлений через них протекает одинаковый ток I.

В результате, согласно закону Ома , напряжения на резисторах делится пропорционально их номиналу.

Подключаем нагрузку параллельно к R1 или к R2. В результате на нагрузке будет напряжение равное U R2 .

Примеры применения делителя напряжения

1. Как делитель напряжения. Представьте, что у Вас есть лампочка, которая может работать только от 6 вольт и есть батарейка на 9 вольт. В этом случае при подключении лампочки к батарейке, лампочка сгорит. Для того, чтобы лампочка работала в номинальном режиме, напряжение 9 В необходимо разделить на 6 и 3 вольта. Данную задачу выполняют простейшие делители напряжения на резисторах.
2. Датчик параметр — напряжение. Сопротивление резистивных элементов зависит от многих параметров, например температура. Помещаем одно из сопротивлений в среду с изменяющейся температурой. В результате при изменении температуры будет изменяться сопротивление одного из делителей напряжения. Изменяется ток через делитель. Согласно закону Ома входное напряжение перераспределяется между двумя сопротивлениями.
3. Усилитель напряжения. Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения. Это возможно, если динамическое сопротивление одного из элементов делителя отрицательное, например на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Ограничения при использовании резистивных делителей напряжения

• Номинал сопротивлений делителя напряжения на резисторах должен быть в 100 — 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки, подключаемой к делителю. В противном случае сопротивление нагрузки уменьшит величину разделенного делителем напряжения.
• Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к большим потерям активной мощности . Через делитель протекают большие токи. Необходимо подбирать сопротивления, чтобы они не перегорали и могли рассеять такую величину отдаваемой энергии в окружающую среду.
• Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины , нагревательные элементы, индукционные печи.
• Снижение КПД схемы за счет потерь на активных элементах делителя напряжения.
• Для получения точных результатов в делителе напряжения необходимо использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами , сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним , а другое — верхним . Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах . Сопротивление может быть как активным , так и реактивным .

Резистивный делитель напряжения

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

Для каждого резистора:

Разделив выражение для на выражение для в итоге получаем:
Таким образом, отношение напряжений и в точности равно отношению сопротивлений и .
Используя равенство
, в котором , а
И, выражая из него соотношение для тока:

Получим формулу, связывающую выходное () и входное () напряжение делителя:

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму . Сначала необходимо определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), потребляемого нагрузкой, но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения . Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления . Остается только взять конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда , отношение величин которых близко́ требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетной. При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления , допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов — она должна превышать выделяемую на них мощность , где — ток источника при отключенной нагрузке (в этом случае через резисторы течет максимально возможный ток) .

Применение

Делитель напряжения имеет важное значение в схемотехнике. В качестве реактивного делителя напряжения как пример можно привести простейший электрический фильтр , а в качестве нелинейного — параметрический стабилизатор напряжения .

Делители напряжения использовались как электромеханическое запоминающее устройство в АВМ . В таких устройствах запоминаемым величинам соответствуют углы поворота реостатов. Подобные устройства могут неограниченное время хранить информацию.

Усилитель напряжения

Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения — это возможно, если , а — отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода

Ограничения в применении резистивных делителей напряжения

• Номинал сопротивлений делителя должен быть в 100 — 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки.

• Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к возникновению больших токов в делителе. Снижается КПД схемы из-за нагрева сопротивлений.

• Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы.

Нормативно-техническая документация

• ГОСТ 11282-93 (МЭК 524-75) — Резистивные делители напряжения постоянного тока

Примечания

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Делитель напряжения» в других словарях:

делитель напряжения — делитель напряжения Преобразующее устройство, состоящее из плеч высокого и низкого напряжения, таких, что напряжение входа прикладывается ко всему устройству, а напряжение выхода снимается с плеча низкого напряжения. [МЭС… … Справочник технического переводчика

Большой Энциклопедический словарь

Устройство, позволяющее снимать (использовать) только часть имеющегося постоянного или переменного напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. Используется в радио и… … Энциклопедический словарь

делитель напряжения — įtampos dalytuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель напряжения, m pranc. diviseur de tension, m … Automatikos terminų žodynas

делитель напряжения — įtampos dalytuvas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas nuolatinei ar kintamajai įtampai dalyti į dvi ar daugiau dalių. atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель… …

делитель напряжения — įtampos dalytuvas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, sudarytas iš rezistorių, induktyvumo ričių, kondensatorių, transformatorių arba iš šių elementų derinio taip, kad tarp dviejų šio įtaiso taškų susidarytų… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

делитель напряжения — įtampos dalytuvas statusas T sritis chemija apibrėžtis Įtaisas nuolatinei ar kintamajai įtampai dalyti į dvi ar daugiau dalių. atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider rus. делитель напряжения … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

делитель напряжения — įtampos dalytuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель напряжения, m pranc. diviseur de tension, m … Fizikos terminų žodynas

Электротехническое устройство для деления напряжения постоянного или переменное тока на части. Любой Д. н. состоит из активных или реактивных электрических сопротивлений. Обычно Д. н. применяют для измерения напряжения. При низких… … Большая советская энциклопедия

Электротехническое устройство, позволяющее снимать (использовать) только часть имеющегося постоянного или переменного напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. При… … Энциклопедия техники

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

Принципиальная схема делителя напряжения

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

Расчёт делителя напряжения

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

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

Rобщ = R1 + R2 = 400 + 500 = 900 Ом

По закону Ома находим силу тока, протекающего через резисторы:

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

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

Uвых = I * R2 = 0.01А * 500 Ом = 5В

Или упрощая цепочку вычислений:

Uвых = Uвх * (R2 / (R1+R2))

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

R1 = (Uвх-Uвых)/Iд+Iн

R2 = Uвых / Iд

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

R1 = (Uвх-Uвых) * 100

R2 = Uвых * 100

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

Проверяем:

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

R1 = (9-5) * 100 = 400 Ом

R2 = 5 * 100 = 500 Ом

Всё сходится!

Применение делителя напряжений

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

Делитель напряжения и делитель напряжения

Цепи делителя напряжения полезны для обеспечения различных уровней напряжения от общего напряжения питания. Этот общий источник питания может быть однополярным, положительным или отрицательным, например, + 5 В, + 12 В, -5 В или -12 В и т. Д. По отношению к общей точке или земле, обычно 0 В, или может быть подключен к двойному источнику питания. , например ± 5 В или ± 12 В и т. д.

Делители напряжения также известны как делители потенциала, потому что единица измерения напряжения «Вольт» представляет собой величину разности потенциалов между двумя точками.Делитель напряжения или потенциала — это простая пассивная схема, в которой используется эффект падения напряжения на последовательно соединенных компонентах.

Потенциометр, который представляет собой переменный резистор со скользящим контактом, является наиболее простым примером делителя напряжения, поскольку мы можем подавать напряжение на его клеммы и создавать выходное напряжение пропорционально механическому положению его скользящего контакта. Но мы также можем сделать делители напряжения, используя отдельные резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, поскольку они представляют собой двухконтактные компоненты, которые можно соединять последовательно.

Резистивный делитель напряжения

Самая простая, легкая для понимания и основная форма сети с пассивным делителем напряжения состоит из двух последовательно соединенных резисторов. Эта базовая комбинация позволяет нам использовать правило делителя напряжения для расчета падений напряжения на каждом последовательном резисторе.

Цепь резистивного делителя напряжения

Здесь схема состоит из двух последовательно соединенных резисторов: R ₁ и R ₂ .Поскольку два резистора соединены последовательно, из этого следует, что через каждый резистивный элемент цепи должно протекать одно и то же значение электрического тока, так как ему больше некуда идти. Таким образом обеспечивается падение напряжения I * R на каждом резистивном элементе.

При наличии напряжения питания или источника V _S , приложенного к этой последовательной комбинации, мы можем применить закон Кирхгофа (KVL), а также использовать закон Ома, чтобы найти падение напряжения на каждом резисторе, вычисленное в терминах общего тока I протекает через них.Таким образом, решение для тока (I), протекающего через последовательную сеть, дает нам:

Ток, протекающий через последовательную сеть, просто равен I = V / R согласно закону Ома. Поскольку ток является общим для обоих резисторов (I _R1 = I _R2 ), мы можем рассчитать падение напряжения на резисторе R ₂ в приведенной выше последовательной цепи как:

Аналогично для резистора R ₁ как:

Делитель напряжения Пример №1

Сколько тока будет протекать через резистор 20 Ом, подключенный последовательно с резистором 40 Ом, когда напряжение питания на последовательной комбинации составляет 12 В постоянного тока.Также рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе.

Каждое сопротивление обеспечивает падение напряжения I * R, которое пропорционально его значению сопротивления на напряжении питания. Используя правило соотношения делителя напряжения, мы можем видеть, что самый большой резистор производит самое большое падение напряжения I * R. Таким образом, R ₁ = 4V и R ₂ = 8V. Применение закона Кирхгофа показывает, что сумма падений напряжения вокруг резистивной цепи в точности равна напряжению питания, так как 4 В + 8 В = 12 В.

Обратите внимание, что если мы используем два резистора равного номинала, то есть R ₁ = R ₂ , то падение напряжения на каждом резисторе будет ровно половиной напряжения питания для двух последовательно соединенных сопротивлений, так как коэффициент делителя напряжения будет равен 50%.

Еще одно применение схемы делителя напряжения — это создание переменного выходного напряжения. Если мы заменим резистор R ₂ переменным резистором (потенциометром), то падение напряжения на R ₂ и, следовательно, V _OUT можно будет контролировать величиной, зависящей от положения дворника потенциометров и, следовательно, отношения два значения сопротивления, так как у нас есть один фиксированный и один переменный резисторы.Потенциометры, подстроечные резисторы, реостаты и вариаторы — все это примеры устройств с регулируемым делением напряжения.

Мы могли бы сделать еще один шаг вперед в этой идее переменного деления напряжения, заменив постоянный резистор R ₂ датчиком, таким как светозависимый резистор или LDR. Таким образом, когда значение сопротивления датчика изменяется с изменением уровня освещенности, выходное напряжение V _OUT также изменяется на пропорциональную величину. Термисторы и тензодатчики — другие примеры резистивных датчиков.

Поскольку два приведенных выше выражения деления напряжения относятся к одному и тому же общему току, математически они должны быть связаны друг с другом. Таким образом, для любого количества отдельных резисторов, образующих последовательную сеть, падение напряжения на любом данном резисторе определяется как:

Уравнение делителя напряжения

Где: V _{R (x)} — падение напряжения на резисторе, R _X — номинал резистора, а R _T — полное сопротивление последовательной сети.Это уравнение делителя напряжения можно использовать для любого количества последовательно соединенных сопротивлений из-за пропорциональной зависимости между каждым сопротивлением R и соответствующим ему падением напряжения V. Однако обратите внимание, что это уравнение дано для ненагруженной сети делителя напряжения без подключенная дополнительная резистивная нагрузка или параллельные токи ответвления.

Делитель напряжения Пример №2

Три резистивных элемента 6 кОм, 12 кОм и 18 кОм соединены последовательно через источник питания 36 В.Вычислите общее сопротивление, величину тока, протекающего по цепи, и падение напряжения на каждом резисторе.

Приведены данные: V _S = 36 В, R ₁ = 6 кОм, R ₂ = 12 кОм и R ₃ = 18 кОм

Схема делителя напряжения

Падение напряжения на всех трех резисторах должно составлять в сумме напряжение питания, определенное законом Кирхгофа о напряжении (KVL). Таким образом, сумма падений напряжения составляет: _В = 6 В + 12 В + 18 В = 36.0 В то же значение напряжения питания, _{В и} В, правильное. Снова обратите внимание, что самый большой резистор вызывает наибольшее падение напряжения.

Точки отвода напряжения в сети делителя

Рассмотрим длинную серию резисторов, подключенных к источнику напряжения, В _S . Вдоль последовательной сети имеются различные точки отвода напряжения: A, B, C, D и E.

Общее последовательное сопротивление можно найти, просто сложив отдельные значения последовательного сопротивления, что дает общее сопротивление, значение R _T , равное 15 кОм.Это значение сопротивления ограничивает прохождение тока через цепь, создаваемую напряжением питания, V _S .

Индивидуальные падения напряжения на резисторах находятся с помощью приведенных выше уравнений, поэтому V _R1 = V _AB , V _R2 = V _BC , V _R3 = V _CD и V _R4 = V _DE .

Уровни напряжения в каждой точке ответвления измеряются относительно земли (0 В). Таким образом, уровень напряжения в точке D будет равен V _DE , а уровень напряжения в точке C будет равен V _CD + V _DE .Другими словами, напряжение в точке C является суммой двух падений напряжения на R ₃ и R ₄ .

Итак, надеюсь, мы сможем увидеть, что, выбрав подходящий набор значений сопротивления, мы можем произвести последовательность падений напряжения, которая будет иметь пропорциональное значение напряжения, полученное от одного напряжения питания. Также обратите внимание, что в этом примере каждая точка выходного напряжения будет иметь положительное значение, поскольку отрицательная клемма источника напряжения V _S заземлена.

Делитель напряжения Пример №3

1. Рассчитайте выходное напряжение без нагрузки для каждой точки ответвления схемы делителя напряжения, указанной выше, если последовательно подключенная резистивная сеть подключена к источнику постоянного тока 15 В.

2. Рассчитайте выходное напряжение без нагрузки между точками B и E.

Делитель отрицательного и положительного напряжения

В простой схеме делителя напряжения все выходные напряжения отсчитываются от общей точки заземления нулевого напряжения, но иногда необходимо создавать как положительные, так и отрицательные напряжения от одного источника напряжения.Например, разные уровни напряжения от блока питания компьютера: -12 В, +3,3 В, + 5 В и + 12 В по отношению к общей клемме опорного заземления.

Делитель напряжения Пример №4

Используя закон Ома, найдите значения резисторов R ₁ , R ₂ , R ₃ и R ₄ , необходимые для получения уровней напряжения -12 В, + 3,3 В, + 5 В и + 12 В, если Суммарная мощность, подаваемая на схему ненагруженного делителя напряжения, составляет 24 В постоянного тока, 60 Вт.

В этом примере опорная точка заземления при нулевом напряжении была перемещена для создания требуемых положительного и отрицательного напряжения, при этом сеть делителя напряжения поддерживается на источнике питания.Таким образом, все четыре напряжения измеряются относительно этой общей контрольной точки, в результате чего точка D имеет требуемый отрицательный потенциал -12 В относительно земли.

До сих пор мы видели, что последовательные резистивные цепи могут использоваться для создания делителя напряжения или цепи делителя потенциала, которые могут широко использоваться в электронных схемах. Выбирая соответствующие значения для последовательных сопротивлений, можно получить любое значение выходного напряжения, которое ниже входного или питающего напряжения.Но помимо использования сопротивлений и напряжения питания постоянного тока для создания сети резистивного делителя напряжения , мы также можем использовать конденсаторы (C) и катушки индуктивности (L), но с синусоидальным источником переменного тока, поскольку конденсаторы и катушки индуктивности являются реактивными компонентами, что означает что их сопротивление «реагирует» на прохождение электрического тока.

Емкостные делители напряжения

Как следует из названия, схемы емкостного делителя напряжения создают падение напряжения на конденсаторах, последовательно подключенных к общему источнику переменного тока.Обычно емкостные делители напряжения используются для «понижения» очень высоких напряжений, чтобы обеспечить выходной сигнал низкого напряжения, который затем можно использовать для защиты или измерения. В настоящее время высокочастотные емкостные делители напряжения все чаще используются в устройствах отображения и сенсорных экранах, используемых в мобильных телефонах и планшетах.

В отличие от схем резистивного делителя напряжения, которые работают как от источника переменного, так и от постоянного тока, деление напряжения с помощью конденсаторов возможно только при синусоидальном источнике переменного тока.Это связано с тем, что деление напряжения между последовательно соединенными конденсаторами рассчитывается с использованием реактивного сопротивления конденсаторов X _C , которое зависит от частоты источника переменного тока.

Мы помним из наших руководств о конденсаторах в цепях переменного тока, что емкостное реактивное сопротивление, X _C (измеренное в Ом), обратно пропорционально как частоте, так и емкости, и поэтому определяется следующим уравнением:

Формула емкостного реактивного сопротивления

• Где:
• Xc = емкостное реактивное сопротивление в Ом, (Ом)
• π (пи) = числовая константа 3.142
• ƒ = Частота в Герцах, (Гц)
• C = емкость в фарадах, (F)

Следовательно, зная напряжение и частоту источника переменного тока, мы можем вычислить реактивные сопротивления отдельных конденсаторов, подставить их в приведенное выше уравнение для правила резистивного делителя напряжения и получить соответствующие падения напряжения на каждом конденсаторе, как показано.

Емкостной делитель напряжения

Используя два конденсатора емкостью 10 мкФ и 22 мкФ в приведенной выше последовательной схеме, мы можем рассчитать среднеквадратичные падения напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления при подключении к источнику питания 100 В, 50 Гц.

При использовании чистых конденсаторов сумма всех падений последовательного напряжения равна напряжению источника, как и для последовательных сопротивлений. Хотя величина падения напряжения на каждом конденсаторе пропорциональна его реактивному сопротивлению, оно обратно пропорционально его емкости.

В результате меньший конденсатор на 10 мкФ имеет большее реактивное сопротивление (318,3 Ом), следовательно, большее падение напряжения на 69 вольт по сравнению с большим конденсатором на 22 мкФ, который имеет реактивное сопротивление 144,7 Ом и падение напряжения 31 вольт соответственно.Ток в последовательной цепи I _C будет 216 мА, и это то же значение для C ₁ и C ₂ , как и в последовательном соединении.

И последнее, что касается цепей емкостного делителя напряжения , заключается в том, что до тех пор, пока нет последовательного сопротивления, чисто емкостного, два падения напряжения на конденсаторах 69 и 31 вольт будут арифметически равны питающему напряжению 100 вольт как два напряжения. произведенные конденсаторы синфазны друг с другом.Если по какой-либо причине два напряжения не совпадают по фазе друг с другом, мы не можем просто сложить их вместе, как мы использовали бы закон напряжения Кирхгофа, но вместо этого потребуется сложение векторов двух форм сигналов.

Индуктивные делители напряжения

Как следует из названия, индуктивные делители напряжения создают перепады напряжения на индукторах или катушках, соединенных последовательно с общим источником переменного тока. Индуктивный делитель напряжения может состоять из одной обмотки или катушки, которая разделена на две секции, где выходное напряжение снимается с одной из секций, или с двух отдельных катушек, соединенных вместе.Наиболее распространенным примером индуктивного делителя напряжения является автотрансформатор с несколькими точками ответвления вдоль вторичной обмотки.

При использовании с источниками постоянного тока в установившемся режиме или с синусоидами с очень низкой частотой, приближающейся к 0 Гц, индукторы действуют как короткое замыкание. Это связано с тем, что их реактивное сопротивление почти равно нулю, что позволяет любому постоянному току легко проходить через них, поэтому, как и в предыдущей сети с емкостным делителем напряжения, мы должны выполнять любое индуктивное деление напряжения с использованием синусоидального источника переменного тока.Индуктивное деление напряжения между последовательно соединенными катушками индуктивности можно рассчитать, используя реактивное сопротивление катушек индуктивности X _L , которое, как и емкостная индуктивность , зависит от частоты источника переменного тока.

В обучающих материалах по индукторам в цепях переменного тока мы видели, что индуктивное реактивное сопротивление X _L (также измеряемое в Ом) пропорционально как частоте, так и индуктивности, поэтому любое увеличение частоты питания увеличивает реактивное сопротивление катушек индуктивности. Таким образом, индуктивное сопротивление определяется как:

Формула индуктивного сопротивления

• Где:
• X _L = Индуктивное реактивное сопротивление в Ом, (Ом)
• π (пи) = числовая константа 3.142
• ƒ = Частота в Герцах, (Гц)
• L = индуктивность по Генри, (H)

Если мы знаем напряжение и частоту источника переменного тока, мы можем вычислить реактивные сопротивления двух катушек индуктивности и использовать их вместе с правилом делителя напряжения для получения падений напряжения на каждой катушке индуктивности, как показано.

Индуктивный делитель напряжения

Используя две катушки индуктивности 10 мГн и 20 мГн в приведенной выше последовательной цепи, мы можем рассчитать среднеквадратичные падения напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления при подключении к источнику питания 60 В и 200 Гц.

Как и в предыдущих схемах резистивного и емкостного деления напряжения, сумма всех последовательных падений напряжения на катушках индуктивности будет равна напряжению источника, если нет последовательных сопротивлений. Имеется в виду чистый индуктор. Величина падения напряжения на каждой катушке индуктивности пропорциональна ее реактивному сопротивлению.

В результате меньшая катушка индуктивности 10 мГн имеет меньшее реактивное сопротивление (12,56 Ом), поэтому падение напряжения при 30 вольт меньше, чем у более крупной катушки индуктивности 20 мГн, которая имеет реактивное сопротивление 25.14Ω и падение напряжения 40 вольт соответственно. Ток I _L в последовательной цепи составляет 1,6 мА и будет таким же значением для L ₁ и L ₂ , поскольку эти две катушки индуктивности соединены последовательно.

Обзор делителя напряжения

Здесь мы видели, что делитель напряжения или сеть — это очень распространенная и полезная конфигурация схемы, позволяющая нам создавать разные уровни напряжения из одного источника напряжения, что устраняет необходимость в отдельных источниках питания для разных частей схемы, работающих на разные уровни напряжения.

Как следует из названия, делитель напряжения или потенциала «делит» фиксированное напряжение на точные пропорции с помощью резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. Самая простая и обычно используемая схема делителя напряжения состоит из двух последовательных резисторов с фиксированным номиналом, но для деления напряжения также можно использовать потенциометр или реостат, просто отрегулировав его положение стеклоочистителя.

Очень распространенное применение схемы делителя напряжения — замена одного из резисторов фиксированного значения на датчик.Резистивные датчики, такие как датчики света, датчики температуры, датчики давления и тензодатчики, которые изменяют свое значение сопротивления, когда они реагируют на изменения окружающей среды, могут использоваться в сети делителя напряжения для обеспечения аналогового выходного напряжения. Смещение биполярных транзисторов и полевых МОП-транзисторов также является еще одним распространенным применением делителя напряжения .

Расчет делителя напряжения

Просмотрите схему делителя напряжения, представленную здесь, и рассчитайте выходное напряжение с помощью калькулятора делителя напряжения по следующей формуле делителя напряжения:

В _выход = (В _дюйм x R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

Здесь:

• В _в входное напряжение
• R1 — сопротивление 1-го резистора,
• R2 — сопротивление 2-го резистора,
• V _out — выходное напряжение.

В качестве альтернативы вы также можете использовать этот калькулятор делителя напряжения, чтобы получить любые 3 известных значения в цепи и вычислить 4-е.

---

Схема делителя потенциала — это очень распространенная схема, используемая в электронике, где входное напряжение должно быть преобразовано в другое напряжение, меньшее, чем оно. Эта схема очень полезна для всех аналоговых схем, где требуются переменные напряжения, поэтому важно понимать, как эта схема работает и как рассчитывать значения резисторов.

Схема делителя напряжения — это очень простая схема, состоящая всего из двух резисторов (R1 и R2), как показано выше. Требуемое выходное напряжение (Vout) можно получить на резисторе R2. Используя эти два резистора, мы можем преобразовать входное напряжение в любое требуемое выходное напряжение, это выходное напряжение определяется значением сопротивления R1 и R2. Формулы для расчета Vout показаны ниже.

V _из = (V _дюйм x R ₂ ) / ( ₁ + 9004 + 9004 2

Где, Vout = выходное напряжение Vin = входное напряжение и R1 = верхний резистор R2 = нижний резистор

Мы можем использовать вышеупомянутый калькулятор делителя напряжения для вычисления любого из значений, упомянутых в формулах делителя напряжения , но теперь давайте узнаем, как были получены эти формулы.Рассмотрим приведенную ниже схему, которую можно использовать для преобразования входного напряжения 5 В в выходное напряжение 3,3 В для анализа

.

Чтобы понять, как выводятся формулы потенциального дайвера, нам нужен калькулятор закона Ома, согласно закону Ома падение напряжения в любом месте является произведением тока, протекающего по цепи, и сопротивления в ней.

Напряжение = Текущий ток × Сопротивление на напряжении

Давайте воспользуемся этим, чтобы вычислить входное напряжение (Vin) для вышеуказанной схемы.Здесь есть два резистора на входном напряжении Vin, следовательно,

Входное напряжение = ток × (сопротивление 1 + сопротивление 2)

Vin = I × (R1 + R2) ( 1)

Аналогичным образом давайте посчитаем выходное напряжение (Vout), здесь есть только один резистор (R2), следовательно,

Выходное напряжение = ток × сопротивление R2

Vout = I × R2 ( 2)

Если мы посмотрим на уравнения 1 и 2, мы можем заметить, что значение тока одинаковое, поэтому давайте перепишем

Уравнение 1 как, I = Vin / (R1 + R2)

Уравнение 2 как, I = Vout / R2

Поскольку ток, протекающий по цепи, постоянен, ток I останется одинаковым для обоих уравнений, поэтому мы можем приравнять их как

Вин / (R1 + R2) = Vout / R2

V _из = (V _дюйм x R ₂ ) / ( ₁ + 9004 + 9004 2

Давайте проверим эту формулу делителя напряжения для указанной выше схемы, где Vin = 5 В, R1 = 1000 Ом и R2 = 2000 Ом.

Выход = (5 × 2000) / (1000/2000)

Выход = (10000) / (3000)

Vout = 3,3333 В

Еще одним важным фактором, который следует учитывать при выборе номиналов резистора, является его номинальная мощность (P) . Как только вы узнаете значения I (в зависимости от нагрузки), Vin, R1 и R2, сложите R1 и R2 вместе, чтобы получить R _ИТОГО , и используйте калькулятор закона Ома, чтобы узнать номинальную мощность (ватт), необходимую для резисторов. Или просто используйте формулы P = VI, чтобы определить номинальную мощность вашего резистора.Если не выбрана правильная номинальная мощность, резистор будет перегреваться и также может сгореть.

Делители напряжения — схемы, уравнения и приложения

Делитель напряжения, также известный как делитель потенциала, представляет собой очень распространенную простую схему, которая используется для преобразования большого напряжения в небольшое. Из этой статьи вы узнаете о:

• Что такое делитель напряжения?
• Цепи делителя напряжения
• Уравнение / формула делителя напряжения
• Применение делителей напряжения

Что такое делитель напряжения?

• Пассивная линейная цепь, вырабатывающая выходное напряжение, составляющее часть входного напряжения.
• Он уменьшает входное напряжение до меньшего напряжения в зависимости от соотношения двух резисторов путем распределения входного напряжения между компонентами делителя.
• Часто используется для подачи напряжения, отличного от имеющегося в наличии аккумулятора или источника питания.
• Выходное напряжение делителя напряжения зависит от сопротивления входящей нагрузки.

Схема делителя напряжения

Схема делителя напряжения обычно выглядит так в схеме с последовательностью из 2 резисторов.

• R1 = резистор, ближайший к входному напряжению (Vin)
• R2 = резистор, ближайший к земле
• В _вход = входное напряжение
• В _выход = выходное напряжение на R2, которое является разделенным напряжением (1/4 входное напряжение)

Формула / уравнение делителя напряжения

Уравнение для определения выходного напряжения цепи делителя:

R2 / R1 + R2 = Ratio определяет масштабный коэффициент уменьшенного напряжения.

Например,
В _в = 100, ₁ = 20, ₂ = 10

С помощью калькулятора получите:

Правило делителя напряжения

• Правило деления напряжения гласит: Напряжение, разделенное между двумя последовательными резисторами, прямо пропорционально их сопротивлению
• Это означает, что ваша схема может иметь более 2 резисторов!
• Формула правила делителя напряжения:

Пример уравнения правила делителя напряжения:

Закон Ома

Теперь мы можем использовать закон Ома для расчета напряжения, протекающего через каждый резистор:

• Уравнение для закона Ома = E = IR
  • E = Ток на каждом резисторе
  • I = Ток цепи
  • R = Сопротивление

	R1	R2	R3	Всего
E (Вольт)	5	10	05	30604		2.5 м	2,5	2,5 м	2,5 м
R (Ом)	2K	4K	6K	12K

Таким образом, ток на каждом резисторе составляет 5 В и 10 В соответственно!

Упрощенные уравнения

• Если вы решаете для R1,

• Если вы решаете для R2, ​​

Применение делителей напряжения

Цепи делителей напряжения

очень распространены и используются во многих приложениях.Вот несколько примеров того, где находится схема делителя напряжения:

Потенциометр

• Потенциометр — это пассивный электронный компонент с функцией скольжения или вращения, который действует как регулируемый делитель напряжения.
• Входное напряжение подается по всей длине потенциометра, а выходное напряжение (падение напряжения) регулируется с помощью фиксированного и скользящего контакта потенциометра.
• Существует два типа потенциометров
  • Поворотные потенциометры (поворотная ручка)
  • Линейный потенциометр (ползунок)
• Компания Seeed предлагает оба типа!

Grove — Потенциометр скольжения

• Как это работает?
  • Ручной стеклоочиститель, который перемещается, касается резистивной полосы материала.Когда он перемещается ближе к клемме 1 и дальше от клеммы 2, сопротивление уменьшается до клеммы 1, в то время как сопротивление увеличивается на клемме 2, и наоборот.
• Потенциометр полезен для получения переменного напряжения от источника постоянного напряжения. Он может подключать внешние клеммы потенциометра к источнику напряжения и контролировать необходимое напряжение между потенциометром и одной из внешних клемм вашей цепи.
• Потенциометр Grove — Slide включает линейный переменный резистор с максимальным сопротивлением 10 кОм.При перемещении ползунка выходное напряжение будет варьироваться от 0 В до применяемого вами Vcc.
• Он подключается к другим модулям Grove через стандартный 4-контактный кабель Grove.
• Ниже приведено изображение принципиальной схемы потенциометра:

• У него много целей, например, в качестве регулируемого резистора, автономного, делителя напряжения с Arduino или даже в качестве устройства интерфейса пользователя (HID), что означает, что его можно использовать для управления автомобилем!
• Некоторые проекты, которые вы можете выполнять с помощью потенциометра Grove — Slide, похожи на создание своего собственного Beatbox или Boombox с Arduino!

Grove — Датчик угла поворота (P)

• Датчик угла поворота Grove-Rotary (P) может выдавать аналоговый выходной сигнал от 0 до Vcc (5 В постоянного тока с Seeeduino) на разъеме D1.
• Со значением сопротивления 10 кОм идеально подходит для использования с Arduino.
• Он поддерживается на всех платформах MCU, таких как Arduino, Raspberry Pi, BeagleBone, Wio, а также LinkIt ONE.
• Один из проектов, который вы можете сделать с этим потенциометром, — это использовать его для управления яркостью светодиодов.

Использование Arduino для управления яркостью светодиода с помощью датчика угла поворота Grove (P)

Grove — Делитель напряжения

• Grove — Делитель напряжения предоставляет интерфейс для измерения внешнего напряжения, который устраняет необходимость подключения сопротивления к входному интерфейсу.
• С помощью дискового переключателя вы можете легко выбрать коэффициент усиления напряжения, что упрощает его использование.

Чтение резистивных датчиков

• Большинство датчиков представляют собой простые резистивные устройства, такие как наш Grove — инфракрасный датчик отражения. Однако большинство из них могут считывать только напряжение, но не сопротивление.
• Добавив в схему еще один резистор, мы можем создать делитель напряжения вместе с датчиком.
• Поскольку мы можем проверить выход делителя напряжения, теперь мы можем рассчитать величину сопротивления датчика.
• Пример схемы показан ниже, где R2 — резистивный датчик:

• Например, резистивный датчик представляет собой датчик температуры Grove, который представляет собой термистор с сопротивлением комнатной температуре 350 Ом, где сопротивление R1 фиксировано на 350 Ом.
• Использование уравнения делителя напряжения:

Температура	Vin (фиксированная)	R2	R1	R2 / (R1 + R2)	Vout
Холодный	5V	30060 Ом 9060 Ом	.46	2,3 В
Комнатная температура	5 В	350 Ом	350 Ом	0,5	2,5 В
Горячий	5V	400 Ом		400 Ом	2,65 В

Переключатели уровня

• Что происходит, когда встречаются датчик и микроконтроллер с двумя разными напряжениями? Без выравнивания напряжения, например, напрямую связав микроконтроллер с логическим выходом 5 В с микроконтроллером 3.Входной датчик 3 В может вызвать повреждение цепи 3,3 В.
• Вот где главный герой: делитель напряжения спасает положение, действуя как переключатель уровня, который соединяет две цепи, использующие разные рабочие напряжения.
• Делитель напряжения может помочь снизить напряжение с микроконтроллера (например, с 5 В до 3,3 В), чтобы избежать повреждения датчика, что делает его безопасным для обращения с датчиком.
• Обратите внимание, что делитель напряжения может работать только в одном направлении: понижать напряжение, но не повышать.
• Вот таблица комбинаций резисторов для понижения часто встречающихся напряжений:

кОм и 9,1 кОм

Комбинация резисторов	Напряжения, которые необходимо выровнять
4,7 кОм и 3,9 кОм	от 9В до 5В
от 12В до 3,3В
от 3,3 кОм и 5,7 кОм	от 9В до 3,3В

• Обратите внимание, что не рекомендуется использовать делитель напряжения для понижения уровня большой нагрузки, например 12В. до 5 В, поскольку они не предназначены для подачи такого питания на нагрузку, как с такой нагрузкой, это может расплавить резистор.(Вместо этого вы можете использовать регуляторы напряжения, такие как наш регулируемый преобразователь постоянного и постоянного тока (1,25 В — 35 В и 3 А)

Резюме

Обладая всеми знаниями делителя напряжения в ваших руках, вы можете превратить любое напряжение в меньшее, как фокусник! Хотите проверить свои навыки, создав свой собственный проект делителя напряжения? Вот несколько идей проектов, которые помогут вам начать использовать потенциометр и Arduino для создания битбокса или бумбокса на нашей вики-странице: Grove — Slide Potentiometer Wiki

Следите за нами и ставьте лайки:

Продолжить чтение

Вычислитель резистивного делителя

Одна из проблем резистивных делителей состоит в том, чтобы найти пару резисторов, которые обеспечат требуемый коэффициент деления потенциала.Эта проблема возникает из-за того, что резисторы существуют только в дискретных наборах стандартных значений в зависимости от их допуска. Эти наборы называются «серией E» и обозначаются буквой E, за которой следует количество резисторов в одной декаде. Что ж, вы, вероятно, уже знаете все это, если попали на эту страницу … В любом случае, имея только дискретные значения, нетривиально найти пары резисторов, которые дают соотношение, близкое к тому, которое вы хотите.

Введите напряжения ввода / вывода или желаемый коэффициент деления, выберите серию E, с которой вы работаете, и вы получите список из 12 лучших совпадений.Простой! Кроме того, рассчитан допуск делителя напряжения ¹ , что является уникальной особенностью этого инструмента.

Примечания:

1. Допуск в соотношении деления, который составляет , а не , идентичный одному из резисторов, показан в столбце «Допуск». Вероятно, вам не следует использовать резистивные делители с коэффициентами, близкими к нулю (например, 0,01): это, скорее всего, приведет к неточным результатам.Вы можете пересмотреть свой дизайн или добавить триммер для калибровки разделителя, если вам действительно нужно очень маленькое соотношение. Например, попытка получить коэффициент 0,012 с резисторами 5% (E24) приведет к неопределенности в итоговом соотношении, превышающем 10%. С другой стороны, высокое отношение 0,988 приведет к гораздо меньшему допуску (~ 0,13%). Другими словами: малые отношения плохи для толерантности, большие отношения — хорошо.
2. Требуемое соотношение, очевидно, должно быть между нулем и единицей. Не ставьте что-то под 0.Могут случиться странные вещи. Как разрушение вселенной. Или хуже. Математика — это мощный инструмент, будьте осторожны. Значения более 1 считаются «коэффициентами деления» и автоматически инвертируются. Входное отношение игнорируется и пересчитывается из V _в и V _из , если предусмотрены два последних входа.
3. Значения E24 можно найти с более высокой точностью, чем просто 5%. Если выбрана эта опция, то также будут использоваться значения E24, отсутствующие в выбранной серии. Это очевидно только для серии E> 24.Например: 270 Ом является частью E24, но не E96; отметка этой опции с серией E96 добавит 270 Ом (среди прочего) к списку возможных значений резистора E96.
4. Допуски отношения не вычисляются, если используются только пользовательские значения. В сочетании с серией E пользовательские значения должны иметь тот же допуск, что и серия E. Пользовательские значения, которые являются частью выбранной серии E, будут по-прежнему выделены (голубым), как и другие пользовательские значения. Это можно использовать для выделения определенных / предпочтительных значений без фактического добавления новых пользовательских значений.При использовании пользовательских значений также будут показаны 5 лучших пар резисторов, не входящих в топ-12 и включающих хотя бы одно из ваших пользовательских значений. Это может помочь оценить, насколько пары резисторов, использующие ваши пользовательские значения, сравниваются с лучшими парами.

Случайные мысли:

• В школе учеников обычно спрашивают: «Вычислите напряжение на выходе этой схемы, если R _L = 100 кОм и R _H = 150 кОм», но в реальной жизни проектировщик сталкивается с обратной проблемой: » При таком соотношении я хочу, какие резисторы я выберу? ».Это делает эту проблему — и, следовательно, этот инструмент — особенно интересным, потому что он решает реальный жизненный эквивалент тривиального вопроса, который каждый задавал в школе. А в реальной жизни проблема немного сложнее 🙂
• Говоря о новичках: значения для R _L и R _H , возвращаемые этим инструментом, конечно, могут быть умножены на константу, и соотношение делителя не изменится. Это масштабирование позволит вам, например, изменить импеданс делителя в соответствии с вашими текущими потребностями.
• Я сделал эту небольшую программу для решения проблемы с аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Это был 10-битный АЦП с выходом резистивного делителя (коэффициент 1/10). Максимальный вход для АЦП был 10В. 10 бит означают 1023 шага, поэтому младший бит результатов был близок (но не равен!) К 10 мВ (10 В / 1023 ~ 10 мВ). Чтобы он был равен 10 мВ, я хотел добавить коэффициент 1000/1023 в восходящий делитель. Поэтому вместо делителя 1/10 я теперь искал 1 / 10,23 = 0,097752. Что, как выясняется, можно получить практически точно, применив два простых резистора 3К9 и 36К.
• Numberphile time: вы можете достичь отношения пи / 10 с точностью до 6 знаков после запятой, используя резисторы на 284 и 620 Ом (E192 с дополнительными значениями E24). Точно так же 1 / пи можно оценить с помощью 4 значащих цифр, используя резисторы на 390 и 835 Ом. Следует отметить, что эти, казалось бы, очень точные результаты не будут видны в реальной жизни из-за допусков резисторов, которые приводят к допуску ~ 0,7% в соотношении делителя (E192, 0,5%). См. Примечание 2 выше. Тем не менее, это может быть способ получить значение числа Пи в аналоговом компьютере.Или поразите своих друзей видео на YouTube.

Особая благодарность:

• Uwe Schueler за обнаружение неправильного ограничения диапазона предложенных значений.
• Майклу Бендзику за обнаружение нескольких ошибок и множество интересных предложений.

Делители напряжения | Книга Ultimate Electronics

Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем

---

Чрезвычайно распространенная конфигурация резисторов 2+.Приближения, рекомендации по проектированию. Пример светодиодного регулятора тока. Читать 22 мин

Делители напряжения — это просто определенные комбинации резисторов, последовательно подключенных к идеальным источникам напряжения и тока.

В то время как математика решения этих схем была рассмотрена в предыдущих разделах, делители напряжения заслужили свое собственное название, потому что они появляются достаточно часто, чтобы быть полезным сокращением при анализе многих более крупных схем. (Поскольку более сложные подсхемы могут быть аппроксимированы как один резистор, этот термин и методы также могут применяться в более широком смысле, помимо резисторов.Мы начнем с идеального случая, рассмотрим неидеальный случай, а затем покажем, когда приближения полезны при проектировании и анализе.

Когда вы видите, как опытный инженер-электрик бросает быстрый взгляд на аналоговую схему и быстро определяет, что происходит, он, скорее всего, делает приближения делителя напряжения в своей голове — иногда даже не осознавая этого!

---

Идеальный делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных резисторов. Физически это иногда реализуется в виде потенциометра, который разделяет один физический резистор на два с физически подвижным проводящим центральным контактом.Но чаще всего это два дискретных постоянных резистора.

Когда на пару подается напряжение, выходное напряжение составляет некоторую часть входного напряжения:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Измените сопротивления и посмотрите, как изменяется выходное напряжение в ответ.

Это можно увидеть, используя закон Кирхгофа и закон Ома, чтобы записать сумму разностей напряжений вокруг контура:

vin-iR1-iR2 = 0вин = i (R1 + R2) vinR1 + R2 = i

Теперь мы можем записать закон Ома для R2, ​​vout = iR2 (поскольку другой конец R2 заземлен), и подставляем в наше выражение для тока контура i выше:

vout = vin (R2R1 + R2)

Для удобства вытащим дробь f , коэффициент делителя напряжения :

f = R2R1 + R2

где vout = vin⋅f .Поскольку сопротивления не могут быть отрицательными, 0≤f≤1 .

Есть несколько особых случаев, о которых следует подумать:

1. В относительно частом частном случае двух равных сопротивлений R1 = R2 , отношение f = 12 .
2. Если R1≫R2 отношение f → 0 .
3. Если R1≪R2 отношение f → 1 .

Эти приближения невероятно полезны, и более подробные версии разработаны в Алгебраических приближениях.

Делитель напряжения всегда выдает уменьшенную версию входного напряжения.Вот пример с делителем напряжения, управляемым синусоидой от функционального генератора:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше и посмотреть на взаимосвязь между входными и выходными сигналами.

---

Поскольку делитель напряжения выводит масштабированную мультипликативно версию входного сигнала, если мы возьмем логарифм обеих сторон (по любому основанию), мы обнаружим, что коэффициент делителя напряжения превращается в аддитивную константу:

vout = vin⋅flog (vout) = журнал (vin) + журнал (f)

As f≤1 , всегда будет так, что log (f) ≤0 .

Вот пример с функциональным генератором, управляющим делителем напряжения, где мы отображаем напряжения в логарифмической шкале:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Обратите внимание, как в логарифмическом масштабе две кривые кажутся просто сдвинутыми по вертикали на постоянное смещение. В разделе «Advanced Graphing» измените его обратно на линейный масштаб, чтобы увидеть исходный сигнал.

В этом примере мы особо позаботились о том, чтобы наш входной сигнал оставался строго положительным, но вы также можете применить ту же логику к амплитуде сигнала, который со временем становится как положительным, так и отрицательным.В этом случае делитель напряжения производит сдвиг амплитудного графика в частотной области:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше.

При запуске этого моделирования графики входного и выходного напряжений с уровнем −6 дБ. сдвиг между входной и выходной амплитудой. Это −6 дБ потому что амплитуда напряжения уменьшается вдвое. См. Дополнительные сведения в разделах «Порядок величины», «Логарифмические шкалы» и «Децибелы».

---

Делители напряжения могут быть выполнены с N резисторы серии N − 1 узлы между ними.Пока нет тока, входящего или выходящего из цепи делителя напряжения, с точки зрения любого конкретного ответвления, резисторы «вверху» можно объединить в один, а резисторы «внизу» можно объединить в другой.

Это упрощает создание большого количества соотношений напряжений для одного входа. Например:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше.

На схеме выше используются пять последовательно соединенных резисторов. Он превращает 12-вольтовый вход в четыре разных выхода, которые могут быть полезны в блоке питания компьютера.

Поскольку это последовательная цепь, существует только один ток, и его легко определить, рассматривая последовательно включенные резисторы:

итотал = vin∑R

Падение напряжения на любом резисторе будет равно:

Δvn = Rn⋅итотал

и доля полного падения напряжения на любом резисторе Rn это:

fn = Δvnvinfn = Rn⋅itotalvinfn = (Rnvin) (vin∑R) fn = Rn∑R

Дробное падение напряжения на одном резисторе — это просто отношение его сопротивления к сумме всех сопротивлений.

Для пяти последовательно соединенных выше резисторов мы можем рассчитать напряжения на каждом узле (относительно земли), посмотрев на отношение сопротивления «ниже» этого узла (то есть между этим узлом и землей) к общему сопротивлению цепи. В этом примере с узлами и резисторами, как указано выше:

vA = (Δv1) = vin (f1) vB = (Δv1 + Δv2) = vin (f1 + f2) vC = (Δv1 + Δv2 + Δv3) = vin (f1 + f2 + f3) vD = (Δv1 + Δv2 + Δv3 + Δv4) = vin (f1 + f2 + f3 + f4)

Когда мы разработаем решение для схемы выше:

vA = vin (R1R1 + R2 + R3 + R4 + R5) = 2.5 VvB = vin (R1 + R2R1 + R2 + R3 + R4 + R5) = 3,3 VvC = vin (R1 + R2 + R3R1 + R2 + R3 + R4 + R5) = 5,0 VvD = vin (R1 + R2 + R3 + R4R1 + R2 + R3 + R4 + R5) = 9,0 В

Конечно, для решения проблем мы выбрали определенные значения, которые было легко вычислить вручную: вы могли заметить, что мы выбрали vin = 12 В. и ∑R = 12 кОм так что итотал = 1 мА .

Как мы увидим позже, схемы этого типа не очень энергоэффективны и не могут обеспечивать большой ток. Однако это был бы один из потенциально действенных способов превратить одно опорное напряжение в ряд других пропорциональных опорных напряжений, которые затем можно было бы использовать как часть контура обратной связи в конструкции эффективного импульсного источника питания.

---

Один из распространенных способов решения проблем — это заметить, когда резисторы в делителе напряжения являются целыми числами, кратными друг другу.

Например, если R1 = 100 Ом, R2 = 300 Ом , то есть соотношение 3: 1. Всякий раз, когда соотношение 3: 1, независимо от фактических значений, мы будем иметь f = R2R1 + R2 = 34. .

Это также помогает в дизайне. Если вы пытаетесь достичь известной доли напряжения f которое вы можете выразить в виде дроби целых чисел, тогда вы можете быстро вычислить необходимое соотношение сопротивлений.

Например, если вы пытаетесь попасть, f = 0,4 = 25 , вы можете найти значения резисторов, где R2 = 2x, R1 = 3x для любого значения x , так что R2R1 = 23 . (Продолжайте читать ниже, чтобы узнать, как мы выбираем x !)

В некоторых ситуациях прототипирования, если целые числа в числителе и знаменателе достаточно малы, вы можете просто использовать пять равных резисторов, соединяя два последовательно, чтобы сформировать R2. и три последовательно для R1 .

---

Когда мы включаем источник управляющего напряжения, мы можем включить рассмотрение того, что происходит, когда мы смотрим на промежуточный вывод делителя напряжения, чтобы найти эквивалентную схему Тевенина:

Напряжение холостого хода — это просто напряжение, которое мы измеряем на этих клеммах без протекания внешнего тока, которое является всего лишь дробным входным напряжением, которое мы вычислили выше:

Veq = vout, без нагрузки = vin (R2R1 + R2)

Как только мы начнем позволять току течь извне к этим клеммам и от них, измеренное напряжение изменится.Как описано в разделе Thevenin, мы можем вставить источник тестового тока и установить все независимые источники на ноль, чтобы вычислить эквивалентное сопротивление:

Отсюда ясно, что эквивалентное сопротивление равно сопротивлению двух параллельно включенных резисторов:

Req = R1 // R2 = R1R2R1 + R2

Таким образом, двухрезисторный делитель напряжения имеет вид однорезисторной схемы замещения Тевенина:

---

Мы только что преобразовали двухрезисторный делитель напряжения в однорезисторную эквивалентную схему Тевенина, которая имеет идентичное поведение кривой вольт-амперной характеристики по отношению к некоторой внешней подключенной нагрузке.Но когда у нас есть эквивалентная схема Тевенина, часто самое полезное, что с ней делать, — это подключить ее к какой-либо внешней нагрузке. Если эта нагрузка представляет собой резистор, то мы только что сформировали новый делитель напряжения .

Например, мы могли бы взять схему с тремя резисторами слева и рассмотреть R1 и R2 как делитель напряжения, а затем заменить их их эквивалентом Тевенина:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше.

Вы должны запустить моделирование, чтобы убедиться, что R3 имеет одинаковый ток, протекающий через него в обоих случаях.

Замена делителя напряжения его эквивалентом Тевенина может сама по себе сформировать новый делитель напряжения, что также может быть решено таким же образом. Это отличный метод решения проблем.

---

Эквивалентный пример Thevenin, приведенный выше, особенно полезен, потому что он поднимает концепцию нагрузки : что происходит, когда текущая «нагрузка» снимается со средней клеммы делителя напряжения?

В приведенной выше математике идеального делителя напряжения мы вычислили выходное напряжение как функцию входного напряжения vin и коэффициент делителя напряжения f = R2R1 + R2 Только.Но этот расчет предполагал, что тот же ток i протекала через оба резистора R1 и R2.

В нагруженном делителе напряжения дело обстоит иначе: есть некоторый внешний ток i3 извлекается из середины делителя напряжения:

В результате, если i3 ≠ 0 , то у нас также будет i1 ≠ i2 . Это нарушает фундаментальное предположение, сделанное нами ранее для идеальных делителей напряжения.

Обратите внимание, что ни схема, ни уравнения «не знают», что R3 является внешней нагрузкой, а R2 — частью исходного делителя напряжения.Оба резистора подключены к одной и той же паре узлов, и математические расчеты будут одинаковыми, если мы поменяем имена, которые мы даем. Тем не менее, проведя границу, отделяющую внутреннее от внешнего, и подумав об этом таким образом, делители напряжения под нагрузкой становятся полезными для проектирования и анализа схем, как мы увидим ниже.

Теперь, когда мы применяем наши правила для решения цепных систем, у нас есть разные значения тока в разных ветвях цепи. Наше уравнение закона тока Кирхгофа плюс два наших уравнения закона Ома образуют следующую систему из трех уравнений:

i1 = i2 + i3vin-vout = i1R1vout = i2R2

Мы хотим решить эту систему для одного выражения vout как функция от vin, R1, R2 и i3 .(Мы решили лечить i3 в качестве независимой переменной, поэтому мы можем видеть влияние тока нагрузки напрямую, а не связывать его с напряжением через сопротивление R3 .) Поучительно решать эту проблему вручную, так что вы можете увидеть, как подход Solving Circuit Systems дает тот же ответ, что и подход Тевенина, описанный выше, поэтому, пожалуйста, возьмите лист бумаги и следуйте инструкциям.

Сначала мы перегруппируем несколько уравнений, взяв i2 = i1 − i3 из первого уравнения и подставляем в третье, чтобы получить:

vout = (i1 − i3) R2

Мы также возьмем второе уравнение и разделим обе части на R1. :

i1 = vin − voutR1

Мы можем объединить эти два, заменив i1 :

vout = (vin-voutR1-i3) R2

Отсюда нам просто нужно заняться алгеброй.Раздайте R2 :

vout = (vin − vout) (R2R1) −i3R2

Забрать ваут условия в левой части:

vout (1 + R2R1) = vin (R2R1) −i3R2

Заменить (1 + R2R1) = (R1 + R2R1) :

vout (R1 + R2R1) = vin (R2R1) −i3R2

И разделите, чтобы изолировать вау :

vout = vin (R2R1) (R1R1 + R2) −i3R2 (R1R1 + R2) vout = vin (R2R1 + R2) −i3 (R1R2R1 + R2)

Это уравнение описывает выходное напряжение нагруженного делителя напряжения.

Посмотрите внимательно на коэффициенты при вин и i3 :

1. Коэффициент при вин , (R2R1 + R2) , это просто коэффициент делителя напряжения f мы нашли ранее в ненагруженном ящике.Если i3 = 0 , затем разделитель разгружается, и общее уравнение упрощается, чтобы быть таким же, как мы нашли в начале этого раздела.
2. Коэффициент для i3 равно (R1R2R1 + R2) = R1 // R2 , параллельно сопротивления двух резисторов! (Да, параллельно — хотя R1 и R2, по-видимому, входят в состав делителя напряжения серии !) Это тот же противоречивый результат, который мы только что нашли в разделе «Эквивалент Тевенина» выше.

Этот пример показывает, что возможность решить схему из KCL и KVL может потребовать некоторой алгебраической работы, но это всегда работает и всегда дает правильный ответ.Если вы не уверены, правильно ли применяете эквивалентный процесс Thevenin, вы всегда можете вставить тестовый источник тока i3 и приступайте к решению схемы вручную.

---

Что за интуиция стоит за током нагрузки в нагруженном делителе напряжения, вызывающим падение напряжения, пропорциональное параллельному сопротивлению R1 и R2, которые (без учета нагрузки) кажутся последовательными?

Быстрый способ запомнить это — рассмотреть крайние случаи и работать в обратном направлении.

С одной стороны, рассмотрим R1 = 0 или R2 = 0 (но не оба сразу). В этом случае выходное напряжение вообще не изменится с i3. . Нулевое сопротивление параллельно с ненулевым сопротивлением всегда равно нулевому эквивалентному сопротивлению. В этом случае нагрузка напрямую подключена (с нулевым сопротивлением) к одному концу источника напряжения.

Вот как упрощается нагруженный делитель напряжения при крайнем нулевом сопротивлении:

С другой стороны, рассмотрим R1 = ∞ или R2 = ∞ (но не оба сразу).В этом случае делитель напряжения отключен с одной стороны. Бесконечное сопротивление параллельно с конечным сопротивлением всегда равно конечному сопротивлению.

(Для параллельных сопротивлений помните, что общее сопротивление всегда на меньше , чем наименьших отдельных сопротивлений. Или, что эквивалентно, общая проводимость всегда на больше , чем наибольших отдельных проводимостей.)

Вот как упрощается нагруженный делитель напряжения на пределе бесконечного сопротивления:

Уравнение идеального делителя напряжения сводится к этим случаям, если падение напряжения из-за нагрузки пропорционально параллельному сопротивлению R1 // R2. .

А как насчет случая посередине, где оба сопротивления конечны? Один из способов подумать об этом заключается в том, что небольшое увеличение тока нагрузки i3 имеет двойной эффект: увеличение i1 и уменьшая i2 . Фактически ни один из двух токов i1 или i2 нужно изменить на полную величину изменения i3 , потому что они буквально разделяют разницу (с противоположным знаком, но это просто вопрос маркировки токов):

Δi1 − Δi2 = Δi3

Например, если R1 = R2 , то они разделят разницу поровну: Δi1 = 12Δi3 , причем Δi2 = −12Δi3 .Поскольку величина изменения тока через каждый резистор меньше, его изменение напряжения также меньше, просто из-за закона Ома.

На этой иллюстрации показано, как ток нагрузки делится поровну обоими резисторами делителя напряжения, когда R1 = R2. :

Мы можем смоделировать этот эффект численно:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Обратите внимание, что крутизна отдельных токов для R1 и R2 составляет половину крутизны, чем у испытательного тока.Измените сопротивления и посмотрите, как изменится поведение в ответ.

---

На практике загружены практически все реальные делители напряжения: что-то будет подключено к среднему выводу, так что промежуточная точка будет полезной — иначе мы бы просто использовали один резистор или вообще не использовали!

Однако, как видно из уравнения нагруженного делителя напряжения, математика для определения vout значительно усложняется, когда мы вводим ток нагрузки i3 .Было бы неплохо знать, когда это возможно, и небезопасно рассчитывать делитель напряжения как примерно без нагрузки.

Ответ приходит из рассмотрения дополнительного падения напряжения из-за нагрузки как члена ошибки аппроксимации verr :

vout = vin (R2R1 + R2) −i3 (R1R2R1 + R2) vout = vout, идеально + verr

Если сосредоточиться только на термине ошибки:

verr = −i3 (R1R2R1 + R2) verr = −i3 (R1 // R2)

Если нам известна максимальная величина тока нагрузки | i3, max | , и мы можем определить максимальную ошибку напряжения | verr, max | мы готовы терпеть, тогда мы можем ограничить (R1 // R2) :

| i3, max | (R1 // R2) ≤ | verr, max | (R1 // R2) ≤ | verr, max || i3, max |

Если наша допустимая погрешность напряжения мала, сопротивление также должно быть небольшим.Если наш допустимый ток нагрузки велик, это также приведет к тому, что сопротивление будет небольшим. Определение этого в терминах максимальных допусков означает, что даже если фактический ток нагрузки изменяется, пока он меньше, чем максимальный ток нагрузки, на который мы рассчитали, мы можем быть уверены, что наш делитель напряжения по-прежнему будет в пределах наших проектных ограничений.

Это невероятно полезно на практике, потому что это означает, что нам не нужно проектировать всю систему сразу. Приближения позволяют разделить большую проектную проблему на серию более мелких, где мы можем решать одну часть за раз. У этого есть два преимущества:

1. Более быстрое время проектирования. Часто бывает проще решить две маленькие подзадачи, чем одну большую.
2. Более надежная работа. Решение, которое мы достигаем путем декомпозиции нашей системы на модули с границами ошибок, может быть более терпимым к непреднамеренной дисперсии компонентов, поскольку оно уже было разработано с учетом рассчитанных границ ошибок. Напротив, оптимизированное решение «все сразу» может быть неожиданно хрупким, когда какой-либо компонент на 5% отличается от его желаемого значения.(Этот риск хрупкости особенно велик, когда мы начинаем добавлять какие-либо нелинейные элементы схемы, такие как транзисторы и усилители.)

---

Давайте рассмотрим типичный пример проектной задачи, когда мы должны спроектировать делитель напряжения как часть более крупной схемы.

Мы разработаем контроллер постоянного тока для светодиода (светоизлучающего диода), при этом мы хотим, чтобы светодиод потреблял не более 20 мА тока, чтобы предотвратить его выгорание. Варианты изготовления означают, что мы не знаем точное напряжение светодиода, при котором будет возникать напряжение, поэтому нам необходимо управление светодиодами на основе тока, даже если у нас есть регулируемое напряжение в качестве источника питания.

При сохранении деталей для следующей главы, один из способов создать практический источник тока — это использовать BJT (Biploar Junction Transistor) с резистором для обратной связи. Нам нужно закрепить один вывод (базу) этого транзистора на 1,7 В, а у нас есть блок питания на 5 В. Для этого мы можем использовать делитель напряжения:

Мы разделили схему на три основных элемента: источник напряжения и делитель напряжения (V1, R1 и R2), транзисторный источник тока (Q1 и RE) и нагрузку, которой мы пытаемся управлять (D1 ).

Теперь нам нужно найти неизвестные резисторы R1 и R2, чтобы установить соответствующее напряжение смещения базы для нашего транзистора. На самом деле делитель напряжения загружен, что требует гораздо больше информации для расчета точного базового напряжения. В соответствии с приведенным выше уравнением для нагруженного делителя напряжения нам также необходимо знать базовый ток, и это быстро усложнится, поскольку это циклически зависит от сопротивлений R1 и R2, а также от свойств самих транзисторов и светодиода. Сложность вычислений растет экспоненциально!

Вместо этого давайте сделаем предположение, что мы можем рассматривать делитель напряжения R1 и R2 как , примерно как без нагрузки, и довольно просто найти желаемое выходное напряжение.Если делитель напряжения ненагружен:

voutvin = f = R2R1 + R2f (R1 + R2) = R2fR1 = R2 (1 − f) R2R1 = f1 − fR2R1 = voutvin1 − voutvinR2R1 = voutvin − vout

так что если мы знаем vin = 5 В и vout = 1,7 В , то:

R2R1 = 1,75–1,7R2R1 = 0,52

Сделав предположение, что мы можем решить делитель напряжения как ненагруженный, мы быстро решили для отношения R2R1 .

Это показывает нам относительных сопротивлений двух резисторов в делителе напряжения, чтобы получить желаемое напряжение.Однако мы еще не установили их абсолютных значений : мы могли бы выбрать (R1 = 10 Ом, R2 = 5,2 Ом) или (R1 = 1 МОм, R2 = 520 кОм) и оба будут соответствовать нашему требованию по соотношению.

Выбор места для фиксации этих абсолютных значений имеет практические инженерные компромиссы в обоих крайних случаях:

1. Если сопротивление слишком мало: сам делитель напряжения потребляет большой ток (i = 5 VR1 + R2 ) и мощности (P = (5 В) 2R1 + R2 ). Это расточительно: это увеличивает наши требования к источнику питания или разряжает нашу батарею быстрее, и мы должны начать думать о тепловыделении резистора и температурных коэффициентах, а также о физических ожогах пользователей, прикоснувшись к этим горячим резисторам!
2. Если сопротивление слишком велико: , ошибка напряжения из-за нагрузки | verr | = i3 (R1 // R2) будет неприемлемо большим, и мы не получим ожидаемое заданное значение напряжения.

Как выбирать?

У нас есть инженерный компромисс между потребляемой мощностью и точностью. Это типичный инженерный компромисс, на который должен пойти дизайнер. Правильный подход к проектированию будет заключаться в том, чтобы поставить некоторые разумные границы на желаемый уровень точности и убедиться, что это дает разумный результат по потребляемой мощности.

Допустим, мы хотим, чтобы желаемое напряжение было в пределах 5% от проектного целевого значения. Эта цифра в 5% может показаться произвольной.Разумный способ выбрать бюджет ошибки — рассмотреть значения на разных порядках величины с обеих сторон: 50%, очевидно, слишком большая ошибка практически во всех обстоятельствах; 10%, вероятно, было бы хорошо, если бы мы действительно не заботились о точности; 1% или 0,5% потребует от нас более точной информации о других компонентах нашей системы, таких как светодиод и сами транзисторы, не говоря уже о резисторах, которые обычно указываются с точностью только 1% или 5%. 5% красиво посередине! (Это часто используемая отправная точка для достижения цели дизайна, если у вас нет причин выбрать иное.)

Выбор 5% в качестве максимально допустимой погрешности напряжения позволяет нам сказать:

vout = 1,7 В ± 5% vout = 1,7 В ± 85 мВ | verr | ≤85 мВ

Из вышесказанного мы знаем, что для нагруженного делителя напряжения | verr | = i3 (R1 // R2) . Мы еще не рассматривали биполярные переходные транзисторы, такие как Q1, но пока просто предположим, что базовый ток (который равен i3 ) — малая часть тока нагрузки (коллектора) iL , вероятно, между 100≤iLi3≤200 — то есть базовый ток, вероятно, будет составлять от 0,5% до 1% от тока нашего светодиода.

Это очень грубое предположение плюс знание того, что желаемый ток нагрузки светодиода iL = 20 мА. , объедините, чтобы позволить нам поставить максимум на i3 :

i3≤iL100i3≤20 мА 100i3≤200 мкА

Это устанавливает максимальный предел значений сопротивления:

i3 (R1 // R2) ≤85 мВ (R1 // R2) ≤85 мВ 200 мкА (R1 // R2) ≤425 Ом

Теперь мы знаем, что хотим, чтобы параллельное сопротивление R1 и R2 было не более 425 Ом. .

Мы снова воспользуемся другим приближением (примечание: добавляем больше ошибок, за пределами наших ранее установленных границ!) И помним, что если два резистора имеют очень разные значения, мы можем аппроксимировать их параллельное сопротивление примерно как меньшее сопротивление.Наше соотношение R2R1 = 0,52 не достаточно велик, чтобы это было правдой, но он достаточно хорош для решения «обратной стороны конверта» и позволяет нам быстро выбрать некоторые общие значения резисторов, зная, что мы ищем примерно соотношение два к одному. где меньше примерно в 400 Ом ориентировочно:

R1 = 910 Ом R2 = 470 Ом

Это дешевые и распространенные номиналы резисторов, и мы получаем:

(R1 // R2) = R1R2R1 + R2 = 310 Ом R2R1 = 0,516

Это соответствует нашему ограничению погрешности напряжения и почти в точности соответствует нашему желаемому соотношению.Это достаточно близко, чтобы другие допуски (например, отдельные резисторы и транзисторы) преобладали в общей ошибке.

Вот наша последняя схема управления током светодиода с R1 и R2 на месте:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Запустите моделирование постоянного тока и посмотрите, как регулируется ток светодиода, равный примерно 20 мА. Вы также увидите расчетную рассеиваемую мощность на резисторах делителя напряжения P (R1) + P (R2). .

Насколько чувствительна эта схема к выбранным нами конкретным значениям R1 и R2? Что, если мы сохраним соотношение f = R2R1 = 0.52 , но выбрать разные (как большие, так и меньшие) номиналы резисторов? Режим DC Sweep симулятора позволяет нам быстро ответить на этот вопрос. Сначала мы определяем свободную переменную параметра x , а затем позвольте двум сопротивлениям масштабироваться вместе с ним:

R1 = xR2 = 0,52x

Вот симуляция, показывающая ток светодиода с различными значениями x :

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Запустите DC Sweep по параметру x и посмотрите, как изменяется ток светодиода, когда мы регулируем сопротивление на много порядков величины.

Обратите внимание, как точка, которую мы выбрали выше, x = 910 , находится прямо перед «коленом» — визуально почти кусочно-линейным изменением поведения на кривой — где производительность начинает быстро ухудшаться. Мы построили график с использованием логарифмической шкалы для параметра, чтобы вы могли увидеть эффект замены сопротивлений на многие порядки величины. Прокрутите вниз, чтобы увидеть график рассеивания тепла резистором, так как это то, что мы обычно стараемся минимизировать. Симуляторы контуров позволяют быстро увидеть этот эффект «колена», а не рассчитывать его по множеству точек.

Выбирая точку чуть ближе к устойчивой стороне колена, мы получаем желаемое стабильное поведение при минимальном потреблении энергии.

---

Мы можем использовать симулятор, чтобы посмотреть, правильно ли работает схема, если разные значения компонентов различаются. Можно ожидать расхождения в значениях светодиода, транзистора и всех резисторов. Мы также можем ожидать некоторых отклонений в напряжении источника питания.

В каждом случае мы можем использовать режим моделирования DC Sweep для изменения компонента.

Вот что происходит, когда транзистор сильнее или слабее:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Ток светодиода не сильно зависит от характеристик транзистора.

А вот что происходит, когда индикатор немного отличается:

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Ток светодиода также не сильно зависит от его параметров — мы разработали хороший регулятор тока!

Мы также можем использовать DC Sweep для изменения двух разных параметров.Например, предположим, что и R1, и R2 имеют 5% диапазонов допуска:

.

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Ток светодиода нанесен на график для различных комбинаций значений R1 и R2.

В этом случае мы видим примерно +/- 10% общего диапазона токов светодиодов, что соответствует объединенным ошибкам наших двух отдельных допусков +/- 5%.

В производстве мы хотели бы проверить все углы нашего процесса — все наши крайние допуски для всех наших компонентов — в любом случае убедиться, что схема по-прежнему работает достаточно хорошо.Если этого не произойдет, нам придется перепроектировать или спроектировать схему, используя компоненты с более жесткими допусками, что может увеличить стоимость.

Если у вас есть N параметры компонента с полями допуска, которые теоретически могут составлять 2N углы проверять! На практике мы используем нашу инженерную интуицию для поиска наиболее потенциально проблемных из них, и мы проектируем наши схемы так, чтобы они были надежными по конструкции, как указано выше.

---

Один из распространенных случаев использования делителя напряжения — измерение неизвестного значения сопротивления.Например, мы можем использовать фиксированное значение сопротивления R1 и неизвестное значение R2, которое мы хотим определить. (R2 может быть, например, резистором, зависящим от температуры или света.)

В этом случае мы можем измерить выходное напряжение делителя напряжения vout (например, с помощью мультиметра или аналого-цифрового преобразователя) и выразить это как долю известного приложенного напряжения vin . Затем мы решаем уравнение идеального делителя напряжения для неизвестного сопротивления следующим образом:

voutvin = f = R2R1 + R2fR1 + fR2 = R2fR1 = (1 − f) R2R2 = R1 (f1 − f)

Если мы знаем R1 , и мы можем измерить f , затем вычисляя R2 просто.

Exercise Щелкните, чтобы открыть и смоделировать схему выше. Развертка по постоянному току меняет R2. График настроен так, чтобы показать отношение f на верхнем графике, а затем использует приведенное выше уравнение для обратного вычисления значения R2 от измеренных напряжений.

---

Вернитесь к содержанию, чтобы продолжить. Скоро появятся новые разделы!

---

Роббинс, Майкл Ф. Ultimate Electronics: Практическое проектирование и анализ схем. CircuitLab, Inc., 2021, ultimateelectronicsbook.com. Доступно. (Авторское право © CircuitLab, Inc., 2021)

Расчет

, примеры и его применение

В электронике правило делителя напряжения представляет собой простую и наиболее важную электронную схему, которая используется для преобразования большого напряжения в малое. Используя только напряжение i / p и два последовательных резистора, мы можем получить напряжение o / p. Здесь выходное напряжение является частью напряжения i / p. Лучший пример делителя напряжения — два последовательно соединенных резистора.Когда напряжение i / p приложено к паре резисторов, напряжение o / p появится из соединения между ними. Обычно эти делители используются для уменьшения величины напряжения или для создания опорного напряжения, а также используются на низких частотах в качестве аттенюатора сигнала. Для постоянного тока и относительно низких частот делитель напряжения может быть подходящим вариантом, если он состоит только из резисторов; где требуется частотная характеристика в широком диапазоне.

Что такое правило делителя напряжения?

Определение: В области электроники делитель напряжения — это базовая схема, используемая для генерации части входного напряжения, например выходного.Эта схема может быть сконструирована с двумя резисторами или любыми пассивными компонентами вместе с источником напряжения. Резисторы в цепи могут быть подключены последовательно, в то время как источник напряжения подключен к этим резисторам. Эту схему еще называют делителем потенциала. Входное напряжение может передаваться между двумя резисторами в цепи, так что происходит разделение напряжения.

Когда использовать правило делителя напряжения?

Правило делителя напряжения используется для решения схем для упрощения решения.Применение этого правила также может полностью решить простые схемы. Основная концепция этого правила делителя напряжения заключается в том, что «напряжение делится между двумя резисторами, которые соединены последовательно, прямо пропорционально их сопротивлению. Делитель напряжения состоит из двух важных частей: схемы и уравнения.

Схема другого делителя напряжения

Делитель напряжения включает в себя источник напряжения, состоящий из двух резисторов. Вы можете увидеть различные схемы напряжения, нарисованные по-разному, как показано ниже.Но эти разные схемы всегда должны быть одинаковыми.

Схема делителя напряжения

В приведенных выше схемах делителя напряжения резистор R1 находится ближе всего к входному напряжению Vin, а резистор R2 находится ближе всего к клемме заземления. Падение напряжения на резисторе R2 называется Vout, которое представляет собой разделенное напряжение цепи.

Расчет делителя напряжения

Рассмотрим следующую схему, подключенную с помощью двух резисторов R1 и R2. Где переменный резистор включен между источником напряжения.В приведенной ниже схеме R1 — это сопротивление между скользящим контактом переменной и отрицательной клеммой. R2 — это сопротивление между положительной клеммой и скользящим контактом. Это означает, что два резистора R1 и R2 включены последовательно.

Правило делителя напряжения с использованием двух резисторов

Закон Ома гласит, что V = IR

Из приведенного выше уравнения мы можем получить следующие уравнения

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Применение закона Кирхгофа о напряжении

KVL утверждает, что когда алгебраическая сумма напряжений вокруг замкнутого пути в цепи равна нулю.

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

В (т) = V1 (т) + v2 (т)

Следовательно,

В (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

Отсюда

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Подстановка III в уравнения I и II

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

В (т) (R1 / R1 + R2)

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

В (т) (R2 / R1 + R2)

На приведенной выше схеме показан делитель напряжения между двумя резисторами, который прямо пропорционален их сопротивлению.Это правило делителя напряжения можно распространить на схемы, в которых используется более двух резисторов.

Правило делителя напряжения с использованием трех резисторов

Правило деления напряжения для вышеупомянутой схемы с двумя резисторами

V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4

V2 (т) = V (т) R2 / R1 + R2 + R3 + R4

V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4

V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4

Уравнение делителя напряжения

Уравнение правила делителя напряжения принимает, когда вы знаете три значения в приведенной выше схеме, это входное напряжение и два значения резистора.Используя следующее уравнение, мы можем найти выходное напряжение.

Vout = Vin. R2 / R1 + R2

Приведенное выше уравнение утверждает, что Vout (напряжение o / p) прямо пропорционально Vin (входное напряжение) и соотношению двух резисторов R1 и R2.

Резистивный делитель напряжения

Это очень легкая и простая схема для разработки и понимания. Основной тип схемы пассивного делителя напряжения может состоять из двух последовательно соединенных резисторов.Эта схема использует правило делителя напряжения для измерения падения напряжения на каждом последовательном резисторе. Схема резистивного делителя напряжения показана ниже.

В схеме резистивного делителя два резистора, такие как R1 и R2, соединены последовательно. Таким образом, ток в этих резисторах будет одинаковым. Следовательно, он обеспечивает падение напряжения (I * R) на каждом резисторе.

Резистивный тип

С помощью источника напряжения на эту цепь подается напряжение. Применяя к этой схеме закон КВЛ и Ома, мы можем измерить падение напряжения на резисторе.Таким образом, протекание тока в цепи можно представить как

.

Применяя КВЛ

VS = VR1 + VR2

По закону Ома

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

В соответствии с законом Ома ток через последовательную цепь равен I = V / R. Таким образом, ток в обоих резисторах одинаков. Итак, теперь можно рассчитать падение напряжения на резисторе R2 в цепи

.

IR2 = VR2 / R2

Вс / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

Точно так же падение напряжения на резисторе R1 можно рассчитать как

IR1 = VR1 / R1

Вс / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Делители напряжения емкостные

Схема емкостного делителя напряжения генерирует падение напряжения на конденсаторах, которые включены последовательно с источником переменного тока.Обычно они используются для снижения чрезвычайно высоких напряжений для обеспечения сигнала низкого выходного напряжения. В настоящее время эти разделители применимы в планшетах с сенсорным экраном, мобильных телефонах и устройствах отображения.

В отличие от схем резистивного делителя напряжения, емкостные делители напряжения работают с синусоидальным источником переменного тока, поскольку деление напряжения между конденсаторами можно рассчитать с помощью реактивного сопротивления конденсаторов (X _C ), которое зависит от частоты источника переменного тока.

Емкостной Тип

Формула емкостного реактивного сопротивления может быть получена как

Xc = 1 / 2πfc

Где:

Xc = емкостное реактивное сопротивление (Ом)

π = 3.142 (числовая константа)

ƒ = частота, измеренная в герцах (Гц)

C = емкость, измеренная в фарадах (F)

Реактивное сопротивление каждого конденсатора можно измерить по напряжению, а также по частоте источника переменного тока и подставить их в вышеприведенное уравнение, чтобы получить эквивалентные падения напряжения на каждом конденсаторе. Схема емкостного делителя напряжения показана ниже.

Используя эти последовательно соединенные конденсаторы, мы можем определить среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления после их подключения к источнику напряжения.

Xc1 = 1 / 2πfc1 и Xc2 = 1 / 2πfc2

X _CT = X _C1 + X _C2

В _C1 = Vs (X _C1 / X _CT )

В _C2 = Vs (X _C2 / X _CT )

Емкостные делители не допускают ввода постоянного тока.

Простое емкостное уравнение для входа переменного тока:

Vout = (C1 / C1 + C2) .Vin

Индуктивные делители напряжения

Индуктивные делители напряжения создают перепады напряжения на катушках, в противном случае индукторы подключаются последовательно через источник переменного тока.Он состоит из катушки, иначе одиночной обмотки, которая разделена на две части, где бы ни поступало напряжение o / p с одной из частей.

Лучшим примером этого индуктивного делителя напряжения является автотрансформатор, имеющий несколько точек ответвления с вторичной обмоткой. Индуктивный делитель напряжения между двумя катушками индуктивности можно измерить с помощью реактивного сопротивления катушки индуктивности, обозначенной XL.

Индуктивный тип

Формула индуктивного реактивного сопротивления может быть получена как

.

XL = 1 / 2πfL

«XL» — это индуктивное реактивное сопротивление, измеряемое в Ом (Ом)

π = 3.142 (числовая константа)

‘’ — частота, измеренная в герцах (Гц)

‘L’ — индуктивность, измеряемая в Генри (Гн)

Реактивное сопротивление двух катушек индуктивности можно рассчитать, если мы знаем частоту и напряжение источника переменного тока и используем их с помощью закона делителя напряжения, чтобы получить падение напряжения на каждой катушке индуктивности, как показано ниже. Схема индуктивного делителя напряжения показана ниже.

Используя две катушки индуктивности, которые соединены последовательно в цепи, мы можем измерить среднеквадратичные падения напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления после их подключения к источнику напряжения.

X _L1 = 2πfL1 и X _L2 = 2πfL2

X _LT = X _L1 + X _L2

В _L1 = Vs ( X _L1 / X _LT )

В _L2 = Vs ( X _L2 / X _LT )

Вход переменного тока может быть разделен индуктивными делителями в зависимости от индуктивности:

Выход = (L2 / L1 + L2) * Vin

Это уравнение предназначено для катушек индуктивности, которые не взаимодействуют, и взаимная индуктивность автотрансформатора изменит результаты.Вход постоянного тока может быть разделен на основе сопротивления элементов в соответствии с правилом резистивного делителя.

Пример неисправности делителя напряжения

Примерные проблемы делителя напряжения могут быть решены путем использования вышеуказанных резистивных, емкостных и индуктивных цепей.

1). Предположим, общее сопротивление переменного резистора составляет 12 Ом. Скользящий контакт расположен в точке, где сопротивление делится на 4 Ом и 8 Ом. Переменный резистор подключен через 2.Аккумулятор 5 В. Давайте посмотрим, какое напряжение появляется на вольтметре, подключенном к 4-омному участку переменного резистора.

По правилу делителя напряжения падение напряжения составит,

Vout = 2,5 В x 4 Ом / 12 Ом = 0,83 В

2). Когда два конденсатора C1-8uF и C2-20uF соединены последовательно в цепи, среднеквадратичные падения напряжения могут быть рассчитаны на каждом конденсаторе, когда они подключены к источнику питания 80 Гц RMS и напряжению 80 В.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 Ом

Хс2 = 1 / 2πfc2

1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 Ом

XCT = XC1 + XC2

= 248,8 + 99,52 = 348,32

VC1 = Vs (XC1 / XCT)

80 (248,8 / 348,32) = 57,142

VC2 = Vs (XC2 / XCT)

80 (99,52 / 348,32) = 22,85

3). Когда две катушки индуктивности L1-8 мГн и L2-15 мГн соединены последовательно, мы можем рассчитать среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе, которое можно рассчитать, когда они подключены к источнику питания 40 В, 100 Гц.

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 Ом

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3,14x100x15x10-3

9,42 Ом

XLT = XL1 + XL2

14,444 Ом

VL1 = Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 вольт

VL2 = VS (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 вольт

Точки отвода напряжения в сети делителя

Когда несколько резисторов подключены последовательно к источнику напряжения Vs в цепи, тогда различные точки отвода напряжения могут рассматриваться как A, B, C, D и E

Общее сопротивление в цепи можно рассчитать, сложив все значения сопротивления, например, 8 + 6 + 3 + 2 = 19 кОм.Это значение сопротивления ограничит ток, протекающий по цепи, которая генерирует источник напряжения (VS).

Для расчета падения напряжения на резисторах используются следующие уравнения: VR1 = VAB,

.

VR2 = VBC, VR3 = VCD и VR4 = VDE.

Уровни напряжения в каждой точке ответвления рассчитываются относительно клеммы GND (0 В). Следовательно, уровень напряжения в точке «D» будет эквивалентен VDE, тогда как уровень напряжения в точке «C» будет эквивалентен VCD + VDE.Здесь уровень напряжения в точке «C» — это величина двух падений напряжения на двух резисторах R3 и R4.

Итак, выбрав соответствующий набор номиналов резистора, мы можем сделать серию падений напряжения. Эти падения напряжения будут иметь относительное значение напряжения, которое достигается только за счет напряжения. В приведенном выше примере каждое значение напряжения o / p является положительным, поскольку отрицательная клемма источника напряжения (VS) подключена к клемме заземления.

Применение делителя напряжения

Приложения делителя голосования включают следующее.

• Делитель напряжения используется только там, где напряжение регулируется путем снижения определенного напряжения в цепи. Он в основном используется в таких системах, где энергоэффективность не обязательно должна рассматриваться всерьез.
• В нашей повседневной жизни делитель напряжения чаще всего используется в потенциометрах. Лучшими примерами потенциометров являются ручки регулировки громкости, прикрепленные к нашим музыкальным системам, радиотранзисторам и т. Д. Базовая конструкция потенциометра включает три контакта, которые показаны выше.При этом два контакта подключены к резистору, который находится внутри потенциометра, а оставшийся контакт подключен к очищающему контакту, который скользит по резистору. Когда кто-то меняет ручку на потенциометре, напряжение будет появляться на стабильных контактах и ​​очищающем контакте в соответствии с правилом делителя напряжения.
• Делители напряжения используются для регулировки уровня сигнала, измерения напряжения и смещения активных устройств в усилителях. Мультиметр и мост Уитстона включают делители напряжения.
Делители напряжения
• могут использоваться для измерения сопротивления датчика. Чтобы сформировать делитель напряжения, датчик подключается последовательно с известным сопротивлением, и известное напряжение подается на делитель. Аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера подключен к центральному отводу делителя, чтобы можно было измерить напряжение отвода. Используя известное сопротивление, можно рассчитать измеренное сопротивление датчика напряжения.
Делители напряжения
• используются для измерения датчика, напряжения, сдвига логического уровня и регулировки уровня сигнала.
• Как правило, правило резисторного делителя в основном используется для получения опорных напряжений, иначе величина напряжения уменьшается, так что измерение становится очень простым. Кроме того; они работают как аттенюаторы сигнала на низкой частоте
• Используется в случае чрезвычайно меньшего количества частот и DC
• Емкостной делитель напряжения, используемый при передаче энергии для компенсации емкости нагрузки и измерения высокого напряжения.

Это все о правиле деления напряжения для цепей, это правило применимо как к источникам напряжения переменного, так и постоянного тока.Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или проектов электроники и электротехники, пожалуйста, дайте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция правила делителя напряжения?

Делитель напряжения — нагруженная и разомкнутая цепь Калькулятор дБ демпфирующее напряжение потенциометр демпфирующая площадка импеданса децибел дБ согласование импеданса аттенюатора напряжения

делитель напряжения — нагруженная и разомкнутая цепь децибел — sengpielaudio Sengpiel Берлин

Используя согласование импеданса или согласование мощности , вы делаете выходное сопротивление источника равным входному сопротивлению нагрузки, к которой он в конечном итоге подключен. Т-образные и H-образные контактные площадки используются в радиостанции частотные (RF) цепи для ослабления сигнала (демпфирования). Применяется при максимальной энергии (мощности) передается между источником и нагрузкой. Тогда Z источник = Z загрузка . Но в звукозаписи (аудио), публичном адресе и HiFi только мостовое соединение с импедансом используется с: Z источник << Z нагрузка или Z S Z Z 9022 Z из << Z из Выходное сопротивление источника всегда намного меньше входного сопротивления нагрузки. В этом случае никогда не пытайтесь рассчитать и использовать схемы T- и H-образных контактных площадок — лучше используйте вместо них делители напряжения. асимметричный симметричный Исторические причины показывают значения импеданса, в частности, 50 Ом, 200 Ом или 600 Ом. Калькулятор делителя напряжения № 1 При вводе трех или четырех значений вычисляются остальные. Дополнительно можно ввести значение Z нагрузка , в противном случае он автоматически использует нагрузку 1 МОм — разомкнутая цепь без нагрузки. Используйте левую кнопку мыши — щелкните на свободном месте.

V _{без нагрузки} означает V _вне без Z _L . При желании Z _{источник} генератора может быть добавлен к Z ₁ .

Отрицательное решение означает затухание (потерю), положительное решение означает усиление (усиление).

Демпфирование напряжения:

Выходное напряжение:

Параллельное сопротивление:

См. Также: Расчет демпфирования
Мостовое соединение по сопротивлению или по напряжению Zout

Делитель напряжения без нагрузки Практическое правило: Напряжения пропорциональны сопротивлениям. Формулы для ненагруженного делителя напряжения:

Калькулятор делителя напряжения № 2

Этот калькулятор, учитывая любые три или четыре из пяти возможных значений, будет дать результаты для оставшегося. Значение Z L является необязательным, если не указано, калькулятор использует 1 МОм. Полезно, если вам нужно ввести V из . Заполните любые три или четыре поля в форме ниже, затем нажмите кнопку «рассчитать». Оставшееся поле будет вычислено, и результаты будут отображены. Если вы сделаете новый расчет, всегда используйте кнопку «сброс», чтобы очистить все поля. Z = R .

Для вычисления входного напряжения введите Z 1 , выходное напряжение и Z 2 , а затем нажмите кнопку «Рассчитать». Для вычисления Z 1 введите «Входное напряжение», «Выходное напряжение» и « Z 2 », а затем нажмите кнопку «Рассчитать». Для вычисления Z 2 введите Входное напряжение, Выходное напряжение и Z 1 , а затем нажмите кнопку «Рассчитать». Для вычисления выходного напряжения введите «Входное напряжение», Z 1 и Z 2 , а затем нажмите кнопку «Рассчитать». При желании источник Z генератора можно добавить к Z 1 .

Коэффициент деления напряжения α = Отношение (выходное напряжение к входному напряжению) = В _выход / В _дюйм
Z ₂ = ( α × Z ₁ ) / (1- α )
дБ (уровень) = 20 × log α
V _выход = V _дюйм × [ Z ₂ / ( Z ₁ + Z ₂ )]

Делитель напряжения (потенциометр) с различными характеристиками управления
Рисунок: © Detlef Mietke — http: // www.