Для чего нужны делители напряжения: примеры расчета показателей, использование в электросети

Для чего нужны делители напряжения: примеры расчета показателей, использование в электросети

Содержание
  1. Значение понятия
  2. Как различаются и действуют
  3. Использование в схемах на примерах
  4. Подробнее о нелинейном делителе

схема

Иногда в процессе создания схем нужно получить точку с сигналом определённого уровня. Такая необходимость может возникнуть в разных ситуациях:

  1.  К примеру, при создании опорной точки.
  2.  При создании смещения напряжения.
  3. При запитывании потребителя с малой мощностью, понижая уровни и ограничивая значения тока.

В таких ситуациях и применяются делители напряжения. Далее подробно рассмотрим принцип работы этих элементов в сети.

Значение понятия

схема

Можно назвать делители напряжений устройством, с помощью которых возможно понизить уровни напряжения на вход относительно напряжений на выход.

Значения будут пропорционально равны значениям коэффициента передачи, при этом они будут ниже нуля. Прибор получил своё название из-за того, что последовательно соединяет несколько участков цепи.

Существует несколько видов делителей напряжения:

  1. Линейный делитель. Есть как активное, так и реактивные сопротивления. О том, как находить коэффициенты передач, расскажем далее в нашей статье.
  2. Нелинейный тип делителя. Среди них больше остальных выделяется параметрический стабилизатор напряжения, работу которого мы подробно рассмотрит ниже.

Как различаются и действуют

схема

Для начала заметим, что все устройства этого вида в целом работают одинаково. Различия в работе могут зависеть от конструктивных особенностей устройства. Существует несколько ключевых видов в линейных схемах:

  1. Резистивный делитель.
  2. Ёмкостный делитель.
  3. Индуктивный делитель.

Первые считаются самыми используемыми, поскольку они лёгкие в использование, а расчеты с ними провести проще всего. На примере делителей первого типа опишем работу приборов.

Все делители обладают напряжением на выход и вход, если в нём есть один резистор или несколько. Когда в элементе встречается больше двух резисторов, например 3, напряжений на выход будет 2.

Увеличение напряжения на выход растёт с количеством резисторов. Количество ступеней не имеет значения, их можно увеличить по вашему усмотрению.

Напряжение на входе равняется значению напряжений питания. Выходное напряжение в этом случае зависит от отношений резисторов в элементе, они располагаются в так называемых «плечах».

За плечо гашения отвечает первый резистор. Второй, нижний резистор, считается плечом на выход.

Предположим, что напряжение питания равняется десяти Вольтам. Сопротивление верхнего резистора составит восемьдесят пять Ом, сопротивление нижнего резистора будет равняться пятнадцати Омам. Рассчитаем напряжение на выходе.

формула

Различаются и реактивные сопротивления. К ним относятся:

  1. Ёмкостный делитель. Работает с использованием конденсаторов.
  2. Индуктивный двигатель. Работает с помощью катушек индуктивности.

В целом, расчет в этом случае будет похож на пример, который мы описали выше. Тем не менее, формулы будут несколько отличаться.

При работе с использованием конденсаторов:

формула

При работе с катушками:

формула

Конечно, делители имеют свои особенности и различия. Делитель с резисторами используется как в цепях с переменным, так и в цепях с постоянным током.

Делители с катушками и конденсаторами могут функционировать только в цепях с переменными токами, поскольку именно по этой причине в них осуществляется реактивное сопротивление.

Обратите внимание. Иногда делители с конденсаторами работают и при постоянном токе, например, такой подход использован на входе компьютерного блока питания.

Реактивное сопротивление полезно, поскольку в процессе такой работы тепло почти не выделяется, соответственно не придётся беспокоиться о перегреве и пожарах. Резисторы выделяют больше тепла из-за активного сопротивления.

Использование в схемах на примерах

Существуют самые разные схемы, в которые включён делитель. Рассмотрим некоторые такие схемы.

схема

Предположим, что мы составляем схему усилительного каскада для транзистора А-класса. Зная, как работает прибор, необходимо создать такие условия смещений на транзисторе, чтобы рабочая точка работала на линии ВАХ.

Нужно учитывать, что значения тока, проходящие через устройство, не должны быть слишком большими. Предположим, что значения тока на базе должны быть 0,1 миллиампер с учётом 0,6 В.

Чтобы найти значение сопротивления во всех плечах, нужно провести расчёты в противоположном порядке от того вычисления, что мы описали ранее. С помощью делителя найдём значение тока.

Кроме того, необходимо задавать ток по значению больше, чем ток нагрузки. Это нужно для того, чтобы значения тока нагрузки не влияли на числа напряжений в плечах. Тогда оно должно равняться двенадцати Вольтам.

делитель напряжения

Чтобы найти сопротивление, необходимо выполнить расчёт по следующей формуле:

Rд=Uпитания/I=12/0.001=12000 Ом

R2/R=U2/U

Иначе это вычисление может выглядеть так:

R2/(R1+R2)=U2/Uпитания

10/20=3/6

20*3/6=60/6/10

R2=(R1+R2)*U1/Uпитания=12000*0.6/12=600

R1=12000-600=11400

Выполняем проверку:

U2=U*R2/(R1+R2)=12*600/12000=7200/12000=0,6 Вольт.

Тогда погашение первого плеча составит:

U2=U*R2/(R1+R2)=12*11400/12000=136800/12000=11,4 Вольт.

Это не является концом всех вычислений. Мощность резисторов тоже нужно определить, потому что если определить мощность примерно, детали могут сгореть. С током в один миллиампер на первом резисторе мощность составит:

P1=11,4*0,001=0,0114 Ватт

С током в один миллиампер на втором резисторе мощность составит:

P2=0,6*0,001=0,000006 Ватт

Значения получились очень маленькими. Если бы ток в делители составлял сто миллиампер один Ампер, какова тогда была бы мощность резистора?

В первом случае справедливо следующее вычисление:

P1=11,4*0,1=1,14 Ватт

P2=0,6*0,1=0,06 Ватт

Во втором случае справедливо следующее вычисление:

P1=11,4*1=11,4 Ватт

P2=0,6*1=0,6 Ватт

Такие цифры уже нельзя назвать маленькими, тем более при использовании усилителей. Хотя они являются не слишком эффективными, сегодня вместо них применяют схему с импульсами.

Линейные делители напряжения можно увидеть в схемах с самоделками. Кроме того, такие способы подключения деления иногда используют в электрическом оборудовании, где существуют особые требования для работы всей электрической цепи.

Другим примером являются делители, с помощью которых можно сформировать опорное напряжение в регулируемых стабилитронах ТЛ431.

Их чаще всего можно встретить в зарядных устройствах смартфонов или другой техники, обладающей блоками питания. Более наглядно принцип работы можно увидеть на схемах, приведённых ниже.

Опорное создано с помощью нескольких резисторов.

делитель напряжения

Микроконтроллеры могут послужить в качестве другого примера подключения. В цепи к таким контроллерам подключаются датчики. Мы рассмотрим контроллер модели АВР, с платами от Ардуино.

делитель напряжения

Разные измерительные приборы обладают разными измерительными пределами. Данные функции осуществляются за счёт групп резисторов.

При этом следует отметить, что такие делители применяются и для выполнения других функций.

Например, с их помощью можно гасить лишний ток с ограничениями светодиода. Так правильно распределяется нагрузка в лампах гирлянд, а ещё можно запитать устройства с малой мощностью.

Подробнее о нелинейном делителе

делитель напряжения

Параметрические стабилизаторы тоже относят к виду нелинейного делителя, о чём мы писали ранее. В их конструкцию всегда входят как резисторы, так и стабилитроны.

Причём вторые схематично похоже на диоды полупроводников, обладающий ещё одной небольшой чертой у катода.

Вычисление начинается со стабилизации элемента цепи. Если в сети есть стабилитрон с тремя целыми тремя десятыми Вольтами, а напряжение питание равняется десяти Вольтам, ток подаётся из даташита к стабилитрону.

Предположим, что он будет равняться двадцати миллиамперам, при этом нагрузка будет равняться десяти миллиамперам.

В этом случае получаем следующее:

R=12-3,3/0,02+0,01=8,7/0,03=290 Ом

Рассмотри принцип работы стабилизатора. При обратном включении стабилитроны начинают свою работу. Если выходное меньше значений напряжений стабилизации, ток не будет протекать.

Если напряжение питания будет повышено до стабилизации, случится пробами перехода PN. Тогда в нём произойдёт утечка тока, то есть ток стабилизации.

Его ограничивает первый резистор, погашающий разницу напряжения входа и напряжения стабилизации. Если значения максимального тока слишком завышены, случится пробой. В этом случае элемент цепи, в данном случае стабилитрон, сгорит.

Иногда стабилизаторы осуществляются с помощью диодов. U стабилизации равняется падению одного или нескольких диодов в цепи. При этом ток нужно задавать в соответствии с особенностью схем, хотя к подобному варианты люди прибегают нечасто.

Схемы с реализацией на диодах лучше назвать не стабилизатором, а ограничителем. Для цепей с переменным током такой вариант тоже может подойти.

Это основные моменты, которые следует знать о делителях напряжения и их работе. В некоторых схемах можно применять сразу несколько варианты реализаций делителя напряжения.

Потенциометры тоже являются делителями по своей сути, причем коэффициент передачи регулируется у них планов, вместе с постоянными резисторами. Расчёты и формулы при этом останутся такими же.

Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Adblock
detector