Делитель напряжения: теория и принцип действия
Делитель напряжения позволяет получить меньшее напряжение из большего, напряжение может быть как постоянным, так и переменным.
Рис. 1. Схема простейшего делителя напряжения
Простейшая схема делителя напряжения содержит минимум два сопротивления. Если величины сопротивлений одинаковы, то согласно закону Ома, на выходе делителя будет получено напряжение, в два раза меньшее, чем на входе, так как падение напряжений на резисторах будет одинаковым. Для других случаев величина падения напряжений на резисторах делителя определяется по формулам
UR1 = I*R1; UR2 = I*R2 (1)
где UR1, UR2 – падения напряжения на резисторах R1 и R2 соответственно, I – ток в цепи. В схемах делителей выходное напряжение обычно снимают с нижнего по схеме резистора.
Сумма падений напряжений UR1, UR2 на резисторах равна напряжению источника питания.
Ток в цепи будет равен напряжению источника питания, делённому на сумму сопротивлений резисторов R1 и R2:
I = Uпит / (R1 + R2) (2)
Рассмотрим практическую схему делителя постоянного напряжения (рис.2)
Рис. 2. Делитель постоянного напряжения.
Ток, протекающий в этой схеме, согласно формуле (2) будет равен
I = 10 / (10000+40000) = 0,0002 А = 0,2 мА.
Тогда согласно формуле (1) падение напряжения на резисторах делителя напряжения будет равно:
UR1 = 0,0002*10000 = 2 В;
UR2 = 0,0002*40000 = 8 В.
Если из формулы (1) вывести ток:
I = UR1 / R1 (3)
И подставить его значение в формулу (2), то получится универсальная формула для расчёта делителя напряжения:
UR1 / R1 = Uпит / (R1 + R2)
Откуда
UR1 = Uпит * R1 / (R1 + R2) (4)
Подставляя значения напряжения и сопротивлений в формулу (4), получим величину напряжения на резисторе R1:
UR1 = 10 * 10000 / (10000+40000) = 2 В,
и на резисторе R2:
UR2 = 10 * 40000 / (10000+40000) = 8 В.
Делитель напряжения с реактивными элементами в цепи переменного тока
В вышеприведённой схеме делителя напряжения (рис. 2) были использованы активные элементы – резисторы, и питание схемы осуществлялось постоянным напряжением (хотя схему можно питать и переменным током). Делитель напряжения может содержать так же и реактивные компоненты (конденсаторы, катушки индуктивности), но в этом случае для нормальной работы потребуется питание синусоидальным током (рис. 3).
Рис. 3. Ёмкостный делитель напряжения в цепи переменного тока.
Изображённый на рисунке 3 ёмкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному делителю, но рассчитывается несколько иначе, поскольку реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально их ёмкости:
Rc = 1/(2 * π * f * C)
Здесь Rc – реактивное сопротивление конденсатора;
π – число Пи = 3,14159…;
f – частота синусоидального напряжения, Гц;
C – ёмкость конденсатора, Фарад.
То есть чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше его сопротивление, и следовательно в схеме делителя напряжения на конденсаторе с большей ёмкостью падение напряжения будет меньше, чем на конденсаторе с меньшей ёмкостью. Следовательно, формула (4) для ёмкостного делителя напряжения примет следующий вид:
UС1 = Uпит * С2 / (С1 + С2) (5)
UС1 = 10 * 40*10-9 / (10*10-9+40*10-9) = 8 В,
UС2 = 10 * 10*10-9 / (10*10-9+40*10-9) = 2 В.
Индуктивный делитель напряжения (рис. 4.) так же как и ёмкостный требует для своей работы синусоидальное питающее напряжение.
Рис. 4. Индуктивный делитель напряжения в цепи переменного тока.
Поскольку реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:
RL = 2 * π * f * L
Здесь Rc – реактивное сопротивление катушки индуктивности;
π – число Пи = 3,14159.
..;
f – частота синусоидального напряжения, Гц;
L – индуктивность катушки, Генри.
То следовательно и формула для расчёта индуктивного делителя напряжения будет точно такой же, как и формула для расчёта резистивного делителя напряжения (4), где вместо сопротивлений будут использоваться индуктивности:
UL1 = Uпит * L1 / (L1 + L2) (6)
Подставив в эту формулу параметры элементов из рисунка 4, получим:
UL1 = 10 * 10*10-6 / (10*10-6+40*10-6) = 2 В,
UL2 = 10 * 40*10-6 / (10*10-6+40*10-6) = 8 В.
В заключении следует отметить, что во всех расчётах величина нагрузки была принята равной бесконечности, поэтому полученные значения верны при работе рассмотренных делителей на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем величина собственных сопротивлений.
BACK
Делитель напряжения – Основы электроники
Делитель напряжения это цепь или схема соединения резисторов, применяемая для получения разных напряжений от одного источника питания.
Рассмотрим цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными сопротивлениями (рис. 1).
Рисунок 1. Последовательная цепь есть простейший делитель напряжения.
Согласно закону Ома если приложить к такой цепи напряжение, то падение напряжения на этих резисторах будет тоже разным.
UR1=I*R1;
UR2=I*R2.
Схема, изображенная на рисунке 1, и есть простейший делитель напряжения на резисторах. Обычно делитель напряжения изображают, как это показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Классическая схема делителя напряжения.
Для примера разберем простейший делитель напряжения, изображенный на рисунке 2. В нем R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и напряжение источника питания, оно же и есть входное напряжения делителя Uвх = 30 вольт. Напряжение в точке А равно полному напряжению источника, т. е. 30 вольт. Напряжение Uвых, то есть в точке В равно напряжению на R2.
Определим напряжение Uвых.
Общий ток в цепи равен:
(1)
Для нашего примера I=30 В/ (1 кОм + 2 кОм) = 0,01 А = 10 мА.
Напряжение на R2 будет равно:
(2)
Для нашего примера UR2 = 0,01 А*1000 Ом = 10 В.
Выходное напряжение можно вычислить вторым способом, подставив в выражение (2) значение тока (1), тогда получим:
(3)
UR2 = 30 В*1 кОм/(1 кОм + 2 кОм) = 10 В.
Второй способ применим для любого делителя напряжения, состоящего из двух и более резисторов, включенных последовательно. Напряжение в любой точке схемы можно вычислить с помощью калькулятора за один прием, минуя вычисление тока.
Делитель напряжения из двух последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями
Если делитель напряжения состоит из двух одинаковых резисторов, то приложенное напряжение делится на них пополам.
Uвых = Uвх/2
Делитель напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями
На рисунке 3 изображен делитель напряжения, состоящий из трех одинаковых резисторов сопротивлением в 1 кОм каждый.
Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.
Рисунок 3. Делитель напряжения из трех резисторов.
Общее сопротивление R= R1+R2+R3 = 1 кОм + 1 кОм + 1 кОм = 3 кОм
Напряжение в точке А относительно точки Е будет равно:
Тгда Ua-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*1 кОм = 10 В.
Напряжение в точке В относительно точки Е будет равно:
Тгда Ub-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*(1 кОм + 1 кОм) = 20 В.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
Как работают делители напряжения. Основы схем
Делитель напряжения — это простая схема, которая может уменьшать напряжение. Он распределяет входное напряжение между компонентами схемы. Лучшим примером делителя напряжения являются два последовательно соединенных резистора, при этом входное напряжение прикладывается к паре резисторов, а выходное напряжение берется из точки между ними.
Он используется для получения различных уровней напряжения от общего источника напряжения, но с одинаковым током для всех компонентов в последовательной цепи.
Падение напряжения и входное напряжение
Падение напряжения на резисторе R2 — это выходное напряжение, а также напряжение, разделенное по цепи. Делитель напряжения относительно земли создается путем последовательного соединения двух резисторов. Входное напряжение подается на последовательные сопротивления R 1 и R 2 , а выходное напряжение представляет собой напряжение на R 2 . Отсюда следует, что одной и той же величине электрического тока, протекающего через каждый резистивный элемент цепи, деваться больше некуда. Таким образом обеспечивается падение напряжения IxR на каждом резистивном элементе.
Имея напряжение питания, мы можем применить закон Кирхгофа для напряжения и закон Ома, чтобы найти падение напряжения на каждом резисторе, полученное с точки зрения общего тока, протекающего через них.
Используя KVL (закон напряжения Кирхгофа),
Используя закон Ома,
Используя два приведенных выше уравнения, вы получите:
Уравнения делителя напряжения
9000 2 В делителе напряжения выходное напряжение всегда масштабируется вниз входное напряжение и ток, протекающий через последовательную сеть, которые можно рассчитать с помощью закона Ома, I = V/R. Поскольку ток общий для обоих резисторов, токи через них равны. Мы можем рассчитать падение напряжения на резисторе R 2 используя это уравнение:Из приведенного выше уравнения можно найти падение напряжения на резисторе R 2 :
Аналогично, для резистора R 1 можно использовать уравнение:
Затем вычислить падение напряжения между R1:
Пример задачи
Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе и какой ток будет течь через резистор 30 Ом, соединенный последовательно с резистором 50 Ом, когда напряжение питания на последовательной комбинации составляет 10 вольт постоянного тока.
Расчет сопротивления
Рассчитайте общее сопротивление в цепи и просто сложите все это, так как резисторы соединены последовательно.
Общее сопротивление позволит вам рассчитать ток, протекающий через резисторы.
Используя приведенные выше уравнения, можно рассчитать падение напряжения на резисторах.
Делитель напряжения и правило 10%При создании делителя напряжения для конкретной нагрузки необходимо знать напряжение, которое вы будете подавать, и сопротивление нагрузки. Делитель напряжения должен иметь только 10% тока сброса – ток, непрерывно потребляемый от источника напряжения, чтобы уменьшить влияние изменений нагрузки или обеспечить падение напряжения на резисторе. Это означает, что ток, проходящий через нагрузку, в десять раз превышает ток, проходящий через нижнюю часть делителя напряжения на землю.
Например:
Требование к этому делителю напряжения состоит в том, чтобы обеспечить напряжение 25 В и ток 910 мА на нагрузку от источника с напряжением 100 В.
Расчет R1 и R2
Определите размер резистора, используемого в цепи делителя напряжения, используя эмпирическое правило 10%. Ток в резисторе делителя должен составлять примерно 10% от тока нагрузки. Этот ток, который не протекает ни через одно из нагрузочных устройств, называется током отвода.
Сначала определите требования к нагрузке и доступный источник напряжения.
Затем определите ток утечки, применив правило 10%.
Получив ток сброса, теперь можно рассчитать сопротивление сброса через R1.
Затем определите общий ток, добавив нагрузку и ток утечки.
Из рассчитанных значений теперь можно найти значение R2.
Теперь вы можете перерисовать схему делителя напряжения, следуя правилу 10%.
На первом рисунке обратите внимание, что значение сопротивления параллельной сети всегда меньше, чем значение наименьшего резистора в сети, поскольку нагрузка, подключенная между точкой B и землей, образует параллельную сеть нагрузки и резистора R1.
.
Цепь напряжения представляет собой цепь, состоящую из нескольких резисторов, соединенных последовательно, с напряжением, подаваемым на всю сеть резисторов. Каждый резистор в сети имеет более высокое падение напряжения, чем предыдущий. Поскольку резисторы в лестнице включены последовательно, ток везде одинаков. Чтобы получить его значение, следует общее напряжение разделить на общее сопротивление. Падение напряжения на каждом резисторе можно рассчитать, умножив общий ток на номинал каждого резистора. Напряжение относительно земли в любом узле может быть определено как сумма напряжений, падающих на каждом резисторе между этим узлом и землей.
Надеемся, что эта статья помогла вам лучше понять делители напряжения. Не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо.
Делители напряжения — цепи постоянного тока
Цепи постоянного тока
Во многих электрических и электронных устройствах используются напряжения различных уровней.
по всей их схеме. Для одной схемы может потребоваться 9-вольтовый источник питания, для другой
15-вольтовый источник питания, а еще один 18-вольтовый источник питания. Эти напряжения
Требования могут быть обеспечены тремя отдельными источниками питания. Этот метод
дорого и требует много места. Самый распространенный метод
подачи этих напряжений заключается в использовании одного источника напряжения и Делитель напряжения .
Типичный делитель напряжения состоит из двух или более резисторов, соединенных последовательно.
последовательно через напряжение источника ( В в ). Напряжение источника
должно быть таким же высоким или выше, чем любое напряжение, развиваемое делителем напряжения.
По мере того, как напряжение источника падает последовательными шагами в серии
резисторы, любая желаемая часть напряжения источника может быть «отводом» для
Индивидуальные требования к напряжению питания. Номиналы последовательных резисторов
используемых в делителе напряжения, определяются напряжением и током
Требования к нагрузкам.
Рассмотрим схему на рисунке ниже, которая представляет собой простое напряжение разделитель. Физически мы знаем, что если V в применить к вход, выход В R2 будет меньше, чем В в , потому что некоторые из В в используются увеличение форсирующего тока через резистор R 1 . Количество напряжение, использованное в R 1 равно В R1 .
Простой делитель напряжения.
Аналогично, напряжение на R 2 равно В R2 , выходное напряжение в этой цепи. Теперь мы хотели бы найти готовое средство определения напряжения на R 2 , который мы называем V R2 . ( В в , Р 1 и Р 2 считаются известными.)
По закону Ома мы знаем, что напряжение на определенном резисторе равно
ток через этот резистор, умноженный на омическое значение резистора.
По-видимому, чтобы вычислить V R2 , надо сначала определить I . Вспоминая, что I в показанной простой последовательной цепи
затем мы можем подставить это значение I в исходное выражение для V R2 — первое уравнение выше — и получаем
Количество р 2 /( Р 1 + Р 2 ) тогда видно, что это отношение между выходным и входным напряжениями.
Если бы нас интересовало напряжение на R 1 , оно было бы равно
Если к любому из резисторов приложить сопротивление нагрузки, напряжение будет равно
подводится к сопротивлению нагрузки, и ток будет потребляться им. Когда текущий
берется из делителя, общий ток, протекающий в цепи, будет
увеличивается, потому что общее сопротивление цепи уменьшилось.
Если на общий ток, протекающий в цепи делителя, влияют нагрузки размещены на нем, то падения напряжения на каждом резисторе делителя также будут затронутый. При разработке делителя напряжения максимальный потребляемый ток нагрузками будет определять номинал резисторов, формирующих напряжение разделитель. Обычно значения сопротивления, выбранные для делителя, разрешать ток, равный десяти процентам от общего тока, потребляемого внешние нагрузки. Этот ток, который не протекает ни через одну из нагрузок устройства называется ток прокачки .
Пример:
На рисунке ниже показан простой делитель напряжения без нагрузки.
Простой делитель напряжения без нагрузки.
Изображенный делитель напряжения состоит из двух резисторов одинакового номинала. Следовательно, падение напряжения на каждом сопротивлении будет одинаковым. Общая ток в цепи будет
Разность потенциалов между точками (А) и (В) равна 50 В. Если
резистор помещается между (A) и (B), падение напряжения между ними
баллы будут снижены.
Делитель напряжения с одной загруженной секцией.
На рисунке выше показана та же схема делителя с подключенным нагрузочным резистором. Общее сопротивление можно рассчитать
Видно, что общее сопротивление уменьшилось. Это приводит к соответствующее увеличение текущего потока. Суммарный ток определяется следующим образом
Анализ падений напряжения показывает следующее изменение напряжения распределение цепи
Обратите внимание, что хотя значение напряжения между точками (A) и (B) равно уменьшено падение напряжения на R 1 увеличено. Количество тока, протекающего через нагрузку, можно найти таким образом
Изменение напряжений и токов, обнаруженное в предыдущем примере, равно
нежелательно в делителе напряжения. Он должен быть рассчитан на напряжение
которые максимально стабильны. Делитель напряжения, состоящий из двух резисторов
будет разработан с использованием показанной конфигурации схемы
на рисунке ниже.
