Делитель напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях

Расчет резистора для светодиода

Он-лайн расчет резистора (или резисторов) для неограниченного количества светодиодов. Есть небольшая база светодиодов с заданными параметрами. Рассчитывает номиналы резисторов, цветовую маркировку, рассеиваемую мощность и потребляемый ток.

Цветовая маркировка резисторов

Он-лайн калькулятор для расчета сопротивления и допуска резисторов с цветовой маркировкой в виде 4 или 5 колец

LM317/LM350/LM338 калькулятор

Он-лайн калькулятор популярного линейного стабилизатора напряжения LM317. Расчет стабилизатора напряжения и тока. Рассчитывает номинал резистора, цветовую маркировку, рассеиваемую мощность и др. параметры.

Калькулятор 555 таймера

Он-лайн калькулятор 555-го таймера работающего в режиме астабильного мультивибратора. Расчет как по заданию времени, так и по заданию сопротивлений (можно с учетом стандартных значений)

LM2596 калькулятор

Он-лайн калькулятор DC-DC стабилизатора напряжения LM2596 с ограничением тока. Рассчитывает значение сопротивления (с учетом стандартного ряда) для требуемого выходного напряжения.

TL431 калькулятор

Он-лайн калькулятор регулируемого стабилитрона TL431 (LM431).

Делитель напряжения

Он-лайн расчет делителя напряжения. Два вида расчета: расчет выходного напряжения или расчет сопротивлений (сопротивления).

Калькулятор маркировки на SMD резисторах

Вывод маркировки по указанию сопротивления, а также обратный расчет сопротивления по коду маркировки. Поддержка маркировки с 3-мя и 4-мя цифрами, а также стандарта EIA-96.

Расчет диаметра провода для плавких предохранителей

Он-лайн калькулятор для расчета диаметра провода для плавких предохранителей. А также расчет максимального тока по диаметру провода. Шесть видов различных материалов проводников.

Расчет сопротивления провода

Он-лайн калькулятор для расчета сопротивления провода. Также предусмотрено нахождение длины провода в зависимости от сопротивления.

Закон Ома

Он-лайн калькулятор закона Ома для постоянного тока. Вычисление напряжения, сопротивления или тока. А также расчет мощности.

Калькулятор колебательного контура LC

Он-лайн калькулятор LC колебательного контура.

Калькулятор однослойной катушки

Расчет однослойных катушек индуктивности. Расчет числа витков и индуктивности.

Последовательное соединение резисторов

Он-лайн расчет последовательного соединения резисторов

Параллельное соединение резисторов

Он-лайн расчет параллельного соединения резисторов

Последовательное соединение конденсаторов

Он-лайн расчет последовательного соединения конденсаторов

Параллельное соединение конденсаторов

Он-лайн расчет параллельного соединения конденсаторов

Делитель напряжения на резисторах расчет

Делитель напряжения (ДН) это электрическая цепь или схема различного соединения сопротивлений, используемая для получения разных напряжений от одного общего источника питания, при этом напряжение может быть как постоянным, так и переменным.

В самом простейшем примере делитель напряжения построен на двух последовательно соединенных сопротивлений (могут быть и конденсаторы (обладающие реактивным сопротивлением при протекании переменного тока). С помощью такой схемы можно очень легко разделить «разделить» входное напряжение (Uвх), и получить на выходе делителя — выходное Uвых , которое меньше Uвх.

Для того чтобы хорошо понять суть лекции по электротехнике на тему «Делитель напряжения» рекомендую освежить в своей памяти законы Кирхгофа и что такое падение напряжения на участке цепи.

Рассмотрим достаточно простую цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными номиналами сопротивлений.

• В соответствии с законом Ома если приложить к такой цепи напряжение, то его падение на обоих сопротивлениях будет также разным.
• UR1= I × R1 UR2= I × R2
• Схема, на рисунке выше, и является самым простым делителем на резисторах. Обычно в схемах электроники делитель напряжения изображают, так:

Для примера расчета делителя разберем эту схему более подробно. В ней R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и напряжение источника питания, оно же и является входным напряжением Uвх = 30 вольт.

Напряжение в точке А равно полному напряжению источника питания — 30 вольтам. Напряжение на выходе схемы Uвых, то есть в точке В и соответствует напряжению на сопротивлении R2.

Вычислим Uвых.

В нашем случае, UR2 = 0,01 А × 1000 Ом = 10 В.

Выходное напряжение можно определить и вторым способом:

1. Результат вычислений должен получится тоже 10 вольт.
2. Последнюю формулу можно использовать в расчетах любого делителя, состоящего из двух и более сопротивлений, включенных последовательно.
3. В случае если два сопротивления ДН имеют одинаковый номинал, получим:

На рисунке ниже представлен делитель, состоящий из трех одинаковых сопротивлений номиналом в 1 кОм = 1000 Ом каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.

Делитель может состоять так же и из реактивных компонентов (конденсаторы или катушки индуктивности), но в этом случае для его правильной работы необходимо питание синусоидальным током

• Емкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному, но рассчитывается несколько иначе, так как реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально номиналу их ёмкости:
• Rc — реактивное сопротивление конденсатора; π — число ПИ; ƒ частота синусоидального напр, Гц; C — емкость конденсатора
• То есть чем выше емкость конденсатора, тем выше его реактивное сопротивление, и следовательно в приведенной схеме ДН на конденсаторе с большей емкостью падение напряжения будет ниже, чем на конденсаторе с меньшей емкостью. Следовательно, формула для емкостного делителя напряжения будет такая:

UС1 = Uпит × С2 / (С1 + С2) (8 вольта) UС2 = Uпит × С1 / (С1 + С2) (2 вольта)

Индуктивный делитель так же как и емкостный требует для своей работы переменное питающее напряжение.

1. Так как, реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:
2. RL — реактивное сопротивление катушки индуктивности; π — число ПИ; ƒ частота синусоидального напряжения, Гц; L — индуктивность катушки, Генри.
3. UL1 = Uпит × L1 / (L1 + L2) (2 вольта) UL2 = Uпит × L2 / (L1 + L2) (2 вольта)
4. Следует добавить, что во всех расчетах величина нагрузки была условно принята бесконечности, поэтому полученные значения будут правильными при работе схем делителя напряжения на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем номиналы собственных сопротивлений.

Итак, делитель напряжения используются практически повсеместно. Но чаще всего специально заморачиваться с ними не нужно, кроме тех отдельных случаев, когда нужен делитель с определенным коэффициентом деления.

Кстати, всем известные переменные сопротивления могут использоваться как делители напряжения. Кстати кроме делителей напряжения существует еще делитель тока. Простейший делитель тока — это два сопротивления, соединенные параллельно.

Но оставим эту тему для другой лекции по электротехнике.

Делитель 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.

1. Так как наши резисторы соединены последовательно, то и их общее сопротивление будет выражаться формулой
2. 
3. То есть в нашем случае мы можем записать, что
4. 
5. Как найти напряжение, которое падает на резисторе R2?
6. 
7. Так как ток для обоих резисторов общий, то согласно закону Ома
8. 
9. Подставляем вместо I формулу
10. 
11. и получаем в итоге
12. 
13. Для другого резистора ситуация аналогичная. На нем падает напряжение
14. 
15. Для него формула запишется
16. 

Давайте докажем, что сумма падений напряжений на резисторах равняется напряжению питания, то есть нам надо доказать, что U=UR1 +UR2 . 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 Uобщ ? Так как резисторы соединены последовательно, следовательно, на каждом резисторе падает какое-то напряжение. Сумма падений напряжения на всех резисторах будет равняться Uобщ . В нашем случае формула запишется как

Как работает делитель напряжения на практике

1. Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультиметр:
2. Замеряем сопротивление маленького резистора, R1=109,7 Ом.
3. 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.

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.

1. 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.

Расчет делителя напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях — Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет

Делитель напряжения используется в электрических цепях, если необходимо понизить напряжение и получить несколько его фиксированных значений.

Состоит он из двух и более элементов (резисторов, реактивных сопротивлений). Элементарный делитель можно представить как два участка цепи, называемые плечами.

Участок между положительным напряжением и нулевой точкой – верхнее плечо, между нулевой и минусом – нижнее плечо.

Делитель напряжения на резисторах может применятmся как для постоянного, так и для переменного напряжений. Применяется для низкого напряжения и не предназначен для питания мощных машин. Простейший делитель состоит из двух последовательно соединенных резисторов:

На резистивный делитель напряжения подается напряжение питающей сети U, на каждом из сопротивлений R1 и R2 происходит падение напряжения. Сумма U1 и U2 и будет равна значению U.

В соответствии с законом Ома (1):

Падение напряжения будет прямо пропорционально значению сопротивления и величине тока. Согласно первому закону Кирхгофа, величина тока, протекающего через сопротивления одинакова. С чего следует, что падение напряжения на каждом резисторе (2,3):

Тогда напряжение на всем участке цепи (4):

Отсюда определим, чему равно значение тока без включения нагрузки (5):

Если подставить данное выражение в (2 и 3), то получим формулы расчета падения напряжения для делителя напряжения на резисторах (6, 7):

Необходимо упомянуть, что значения сопротивлений делителя должны быть на порядок или два (все зависит от требуемой точности питания) меньше, чем сопротивление нагрузки. Если же это условие не выполняется, то при приведенном расчете подаваемое напряжение будет посчитано очень грубо.

Для повышения точности необходимо сопротивление нагрузки принять как параллельно подсоединенный резистор к делителю. А также использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

Пусть источник питания выдает 24 В постоянного напряжения, примем, что величина сопротивления нагрузки переменная, но минимальное значение равно 15 кОм. Необходимо рассчитать параметры резисторов для делителя, выходное напряжение которого равно 6 В.

Таким образом, напряжения: U=24 B, U2=6 В; сопротивление резисторов не должно превышать 1,5 кОм (в десять раз меньше значения нагрузки). Принимаем R1=1000 Ом, тогда используя формулу (7) получим:

выразим отсюда R2:

Зная величины сопротивления обоих резисторов, найдем падение напряжения на первом плече (6):

Ток, который протекает через делитель, находится по формуле (5):

• Схема делителя напряжения на резисторах рассчитана выше и промоделирована:
• Использование делителя напряжения очень неэкономичный, затратный способ понижения величины напряжения, так как неиспользуемая энергия рассеивается на сопротивлении (превращается в тепловую энергию). КПД очень низкий, а потери мощности на резисторах вычисляются формулами (8,9):

По заданным условиям, для реализации схемы делителя напряжения необходимы два резистора:

1. R1=1 кОм, P1=0,324 Вт.

2. R2=333,3 Ом, P2=0,108 Вт.

Полная мощность, которая потеряется:

1. Делитель напряжения на конденсаторах применяется в схемах высокого переменного напряжения, в данном случае имеет место реактивное сопротивление.
2. Сопротивление конденсатора рассчитывается по формуле (10):

где С – ёмкость конденсатора, Ф;

f – частота сети, Гц.

Исходя из формулы (10), видно, что сопротивление конденсатора зависит от двух параметров: С и f. Чем больше ёмкость конденсатора, тем сопротивление его ниже (обратная пропорциональность). Для ёмкостного делителя расчет имеет такой вид (11, 12):

Еще один делитель напряжения на реактивных элементах – индуктивный, который нашел применение в измерительной технике. Сопротивление индуктивного элемента при переменном напряжении прямо пропорционально величине индуктивности (13):

где L – индуктивность, Гн.

Падение напряжения на индуктивностях (14,15):

Недостаточно прав для комментирования

Что такое делитель напряжения и как его рассчитать?

Бюджетным вариантом преобразования основных параметров электрического тока являются делители напряжения. Такое устройство легко изготовить самостоятельно, но чтобы сделать это, нужно знать назначение, случаи применения, принцип работы и примеры расчетов.

Назначение и применение

Для преобразования переменного напряжения применяется трансформатор, благодаря которому можно сохранить достаточно высокое значение тока. Если необходимо в электрическую цепь подключить нагрузку, потребляющую небольшой ток (до сотен мА), то использование трансформаторного преобразователя напряжения (U) не является целесообразным.

В этих случаях можно использовать простейший делитель напряжения (ДН), стоимость которого существенно ниже.

После получения необходимой величины U выпрямляется и происходит подача питания на потребитель. При необходимости для увеличения силы тока (I) нужно использовать выходной каскад увеличения мощности.

Кроме того, существуют делители и постоянного U, но эти модели применяются реже остальных.

ДН часто применяются для зарядок различных устройств, в которых нужно получить из 220 В более низкие значения U и токов для разного типа аккумуляторов. Кроме того, целесообразно использовать устройства для деления U для создания электроизмерительных приборов, компьютерной техники, а также лабораторных импульсных и обыкновенных блоков питания.

Принцип работы

Делитель напряжения (ДН) является устройством, в котором осуществляется взаимосвязь выходного и входного U при помощи коэффициента передачи. Коэффициент передачи — отношение значений U на выходе и на входе делителя.

Схема делителя напряжения проста и представляет собой цепочку из двух последовательно соединенных потребителей — радиоэлементов (резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности). По выходным характеристикам они отличаются.

У переменного тока существуют такие главные величины: напряжение, сила тока, сопротивление, индуктивность (L) и емкость (C). Формулы расчета основных величин электричества (U, I, R, C, L) при последовательном подключении потребителей:

1. Значения сопротивлений складываются;
2. Напряжения складываются;
3. Ток будет вычисляться по закону Ома для участка цепи: I = U / R;
4. Индуктивности складываются;
5. Емкость всей цепочки конденсаторов: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

Для изготовления простого резисторного ДН и используется принцип последовательно включенных резисторов. Условно схему можно разделить на 2 плеча. Первое плечо является верхним и находится между входом и нулевой точкой ДН, а второе — нижним, с него и снимается выходное U.

Сумма U на этих плечах равна результирующему значению входящего U. ДН бывают линейного и нелинейного типов.

К линейным относятся устройства с выходным U, которое изменяется по линейному закону в зависимости от входной величины. Они применяются для задания нужных U в различных частях схем.

Нелинейные применяются в функциональных потенциометрах. Их сопротивление может быть активным, реактивным и емкостным.

Кроме того, ДН может быть еще и емкостным. В нем используется цепочка из 2 конденсаторов, которые соединены последовательно.

Его принцип работы основан на реактивной составляющей сопротивления конденсаторов в цепи тока с переменной составляющей. Конденсатор обладает не только емкостными характеристиками, но и сопротивлением Xc. Это сопротивление называется емкостным, зависит от частоты тока и определяется по формуле: Xc = (1 / C) * w = w / C, где w — циклическая частота, C — значение конденсатора.

Циклическая частота вычисляется по формуле: w = 2 * ПИ * f, где ПИ = 3,1416, а f — частота переменного тока.

Конденсаторный, или емкостной, тип позволяет получать сравнительно большие токи, чем с резистивных устройств. Он получил широкое применение в высоковольтных цепях, в которых значение U необходимо снизить в несколько раз. Кроме того, он обладает существенным преимуществом — не перегревается.

Индуктивный тип ДН основан на принципе электромагнитной индукции в цепях тока с переменной составляющей. Ток протекает по соленоиду, сопротивление которого зависит от L и называется индуктивным. Его значение прямо пропорционально зависит от частоты переменного тока: Xl = w * L, где L — значение индуктивности контура или катушки.

Индуктивный ДН работает только в цепях с током, у которого есть переменная составляющая, и обладает индуктивным сопротивлением (Xl).

Преимущества и недостатки

Основными недостатками резистивного ДН являются невозможность его применения в высокочастотных цепях, существенное падение напряжений на резисторах и уменьшение мощности. В некоторых схемах нужно подбирать мощность сопротивлений, так как происходит существенный нагрев.

В большинстве случаев в цепях переменного тока применяются ДН с активной нагрузкой (резистивные), но с использованием компенсационных конденсаторов, подключенных параллельно к каждому из резисторов. Этот подход позволяет уменьшить нагрев, но не убирает основной недостаток, который заключается в потере мощности. Преимуществом является применение в цепях постоянного тока.

Для исключения потери мощности на резистивном ДН активные элементы (резисторы) следует заменить емкостными. Емкостный элемент относительно резистивного ДН обладает рядом преимуществ:

1. Применяется в цепях переменного тока;
2. Отсутствует перегрев;
3. Потеря мощности снижена, так как конденсатор не обладает, в отличие от резистора, мощностью;
4. Возможно применение в высоковольтных источниках напряжения;
5. Высокий коэффициент полезного действия (КПД);
6. Меньшие потери по I.

Недостатком является невозможность применения в схемах с постоянным U. Это связано с тем, что конденсатор в цепях с постоянным током не обладает емкостным сопротивлением, а лишь выступает в качестве емкости.

Индуктивный ДН в цепях с переменной составляющей также обладает рядом преимуществ, но его можно использовать и в цепях с постоянным значением U. Катушка индуктивности обладает сопротивлением, но из-за индуктивности этот вариант не подходит, так как происходит существенное падение U. Основные преимущества по сравнению с резистивным типом ДН:

1. Применение в сетях с переменным U;
2. Незначительный нагрев элементов;
3. Потеря мощности в цепях переменного тока меньше;
4. Сравнительно высокий КПД (выше емкостных);
5. Использование в высокоточной измерительной аппаратуре;
6. Обладает меньшей погрешностью;
7. Нагрузка, подключенная к выходу делителя, не влияет на коэффициент деления;
8. Потери по току меньше, чем у емкостных делителей.

К недостаткам следует отнести следующие:

1. Применение в сетях питания постоянного U приводит к существенным потерям по току. Кроме того, напряжение резко падает из-за расхода электрической энергии на индуктивность.
2. Выходной сигнал по частотным характеристикам (без применения выпрямительного моста и фильтра) изменяется.
3. Не применяется в высоковольтных цепях переменного тока.

Расчет делителя напряжения на резисторах конденсаторах и индуктивностях

После выбора типа делителя напряжения для расчета нужно воспользоваться формулами. При неверном расчете может сгореть само устройство, выходной каскад для усиления тока, потребитель. Последствия неправильных расчетов могут быть и хуже, чем выход из строя радиокомпонентов: пожар в результате короткого замыкания, а также поражение электрическим током.

При расчете и сборке схемы нужно четко соблюдать правила техники безопасности, проверять устройство перед включением на правильность сборки и не испытывать в сыром помещении (вероятность поражения током возрастает).

Основной закон, используемый при расчетах, — закон Ома для участка цепи. Формулировка его следующая: сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Запись в виде формулы выглядит следующим образом: I = U / R.

Алгоритм для расчета делителя напряжения на резисторах:

1. Общее напряжение: Uпит = U1 + U2, где U1 и U2 — значения U на каждом из резисторов.
2. Напряжения на резисторах: U1 = I * R1 и U2 = I * R2.
3. Uпит = I * (R1 + R2).
4. Ток без нагрузки: I = U / (R1 + R2).
5. Падение U на каждом из резисторов: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Uпит и U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Uпит.

• Значения R1 и R2 должны быть в 2 раза меньше, чем сопротивление нагрузки.
• Для расчета делителя напряжения на конденсаторах можно воспользоваться формулами: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Uпит и U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Uпит.
• Аналогичны формулы для расчета ДН на индуктивностях: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Uпит и U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Uпит.

Делители применяются в большинстве случаев с диодным мостом и стабилитроном. Стабилитрон — полупроводниковый прибор, выполняющий роль стабилизатора U.

Диоды следует выбирать с обратным U выше допустимого в этой цепи. Стабилитрон выбирается согласно справочнику для необходимого значения напряжения стабилизации.

Кроме того, перед ним необходимо включить в схему резистор, так как без него полупроводниковый прибор сгорит.

делитель напряжения — Voltage divider

Рисунок 1: Простой делитель напряжения

В электронике , А делитель напряжения (также известный как делитель напряжения ) является пассивной линейной цепью , которая формирует выходное напряжение ( V выход ) , который представляет собой часть его входное напряжения ( V в ). Разделение напряжения является результатом распределения входного напряжения между компонентами делителя. Простой пример делителя напряжения состоит из двух резисторов , соединенных последовательно , с входным напряжением , приложенным через резистор пару и выходное напряжение , выходящее из связи между ними.

Делители напряжения Резистора обычно используются для создания опорного напряжения, либо уменьшить величину напряжения , так что может быть измерен, а также могут быть использованы в качестве сигнала аттенюаторов на низких частотах.

Для получения постоянных тока и относительно низких частот, делитель напряжения может быть достаточно точным , если только из резисторов; где требуется частотная характеристика в широком диапазоне (например, в осциллографе зонда), делитель напряжения может иметь емкостные элементы , добавленные для компенсации емкости нагрузки.

В передаче электрической энергии, емкостной делитель напряжения используются для измерения высокого напряжения.

Общий случай

Делитель напряжения привязаны к земле создается путем соединения двух электрических сопротивлений последовательно, как показано на рисунке 1. Входное напряжение подается через импедансов серии Z 1 и Z 2 , и выход напряжения на Z 2 . Z 1 и Z 2 может состоять из любой комбинации таких элементов, как резисторы , катушки индуктивности и конденсаторы .

Если ток в выходном проводе равен нулю , то соотношение между входным напряжением, V в , и выходное напряжение, V вне , это:

В о U T знак равно Z 2 Z 1 + Z 2 ⋅ В я N { Displaystyle V _ { mathrm {} вне} = { гидроразрыва {Z_ {2}} {Z_ {1} + Z_ {2}}} CDOT V _ { mathrm {в}}}

Доказательство ( с помощью закона Ома ):

В я N знак равно я ⋅ ( Z 1 + Z 2 ) { Displaystyle V _ { mathrm {в}} = I CDOT (Z_ {1} + Z_ {2})}

В о U T знак равно я ⋅ Z 2 { Displaystyle V _ { mathrm {из}} = I CDOT Z_ {2}}

я знак равно В я N Z 1 + Z 2 { Displaystyle I = { гидроразрыва {V _ { mathrm {в}}} {Z_ {1} + Z_ {2}}}}

В о U T знак равно В я N ⋅ Z 2 Z 1 + Z 2 { Displaystyle V _ { mathrm {из}} = V _ { mathrm {в}} CDOT { гидроразрыва {Z_ {2}} {Z_ {1} + Z_ {2}}}}

Функция передачи (также известная как делитель отношение напряжения ) эта схема является:

ЧАС знак равно В о U T В я N знак равно Z 2 Z 1 + Z 2 { Displaystyle Н = { гидроразрыва {V _ { mathrm {из}}} {V _ { mathrm {в}}}} = { гидроразрыва {Z_ {2}} {Z_ {1} + Z_ {2}} }}

В целом эта передаточная функция представляет собой комплекс , рациональная функция от частоты .

Примеры

резистивный делитель

Рисунок 2: Простой резистивный делитель напряжения

Резистивный делитель является случай , когда оба импедансы, Z 1 и Z 2 , являются чисто резистивный (рисунок 2).

Подставляя Z 1 = R 1 и Z 2 = R 2 в предыдущее выражение дает:

В о U T знак равно р 2 р 1 + р 2 ⋅ В я N { Displaystyle V _ { mathrm {} вне} = { гидроразрыва {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} CDOT V _ { mathrm {в}}}

Если R 1 = R 2 , то

В о U T знак равно 1 2 ⋅ В я N { Displaystyle V _ { mathrm {} вне} = { гидроразрыва {1} {2}} CDOT V _ { mathrm {в}}}

Если V из = 6В и V в = 9В (оба обычно используются напряжения), то:

В о U T В я N знак равно р 2 р 1 + р 2 знак равно 6 9 знак равно 2 3 { Displaystyle { гидроразрыва {V _ { mathrm {из}}} {V _ { mathrm {в}}}} = { гидроразрыва {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} = { гидроразрыва {6} {9}} = { гидроразрыва {2} {3}}}

и путь решения с использованием алгебры , R 2 должен быть в два раза значения R 1 .

Для того, чтобы решить для R1:

р 1 знак равно р 2 ⋅ В я N В о U T — р 2 знак равно р 2 ⋅ ( В я N В о U T — 1 ) { Displaystyle R_ {1} = { гидроразрыва {R_ {2} CDOT V _ { mathrm {в}}} {V _ { mathrm {из}}}} — R_ {2} = R_ {2} CDOT влево ({{ гидроразрыва {V _ { mathrm {в}}} {V _ { mathrm {из}}}} — 1} справа)}

Для того, чтобы решить для R2:

р 2 знак равно р 1 ⋅ 1 ( В я N В о U T — 1 ) { Displaystyle R_ {2} = R_ {1} CDOT { гидроразрыва {1} { влево ({{ гидроразрыва {V _ { mathrm {в}}} {V _ { mathrm {из}}}} — 1} право)}}}

Любое отношение V из / V в более чем 1 не представляется возможным. То есть, используя только резисторы это не возможно , чтобы либо инвертировать напряжение или увеличить V из выше V в .

фильтр RC низких частот

Рисунок 3: резистор / конденсатор делитель напряжения

Рассмотрим делитель , состоящий из резистора и конденсатора , как показано на рисунке 3.

По сравнению с общим случаем, мы видим , Z 1 = R и Z 2 представляет собой импеданс конденсатора, определяется

Z 2 знак равно — J Икс С знак равно 1 J ω С   , { Displaystyle Z_ {2} = — mathrm {J} _ {Х mathrm {C}} = { гидроразрыва {1} { mathrm {J} омега-С}} ,}

где Х С представляет собой реактивное сопротивление конденсатора, С представляет собой емкость конденсатора, J представляет собой мнимую единицу , и ω (омега) является радиан частоты входного напряжения.

Этот делитель будет иметь соотношение напряжения:

В о U T В я N знак равно Z 2 Z 1 + Z 2 знак равно 1 J ω С 1 J ω С + р знак равно 1 1 + J ω р С   , { Displaystyle { гидроразрыва {V _ { mathrm {из}}} {V _ { mathrm {в}}}} = { гидроразрыва {Z _ { mathrm {2}}} {Z _ { mathrm {1}} + Z _ { mathrm {2}}}} = { гидроразрыва { гидроразрыва {1} { mathrm {J} омега-С}} {{ гидроразрыва {1} { mathrm {J} омега С}} + R}} = { гидроразрыва {1} {1+ mathrm {J} омега RC}} .}

Продукт τ (тау) = RC называется постоянным время цепи.

Соотношение затем зависит от частоты, в данном случае уменьшается с ростом частоты. Эта схема, на самом деле, одним из основных (первого порядка) фильтра нижних частот . Отношение содержит мнимое число, и фактически содержит как амплитуду и фазовый сдвиг информации фильтра. Для того, чтобы извлечь только отношение амплитуд, вычислить величину соотношения, то есть:

| В о U T В я N | знак равно 1 1 + ( ω р С ) 2   , { Displaystyle слева | { гидроразрыва {V _ { mathrm {из}}} {V _ { mathrm {в}}}} правый | = { гидроразрыва {1} { SQRT {1 + ( Omega RC ) ^ {2}}}} .}

Индуктивный делитель

• Индуктивные делители разделить входной сигнал переменного тока в соответствии с индуктивностью:
• В о U T знак равно L 2 L 1 + L 2 ⋅ В я N { Displaystyle V _ { mathrm {} вне} = { гидроразрыва {L_ {2}} {L_ {1} + L_ {2}}} CDOT V _ { mathrm {в}}}
• Выше уравнение для невзаимодействующих индукторов; взаимная индуктивность (как в автотрансформатора ) будет изменить результаты.
• Индуктивные делители разделить входной сигнал постоянного тока в соответствии с сопротивлением элементов, как для резистивного делителя выше.

емкостный делитель

1. Емкостные делители не проходят входной сигнал постоянного тока.

2. Для входа переменного тока простого емкостное уравнение:
3. В о U T знак равно С 1 С 1 + С 2 ⋅ В я N { Displaystyle V _ { mathrm {} вне} = { гидроразрыва {C_ {1}} {C_ {1} + {C_ 2}}} CDOT V _ { mathrm {в}}}

Любые утечки тока в Capactive элементов требует использования обобщенного выражения с двумя импедансов. При выборе параллельного R и элементов С в соответствующих пропорциях, то же коэффициент деления может поддерживаться на протяжении полезного диапазона частот. Это принцип применяется в компенсированных осциллографа зондов для увеличения пропускной способности измерений.

Загрузка эффекта

Выходное напряжение делителя напряжения будет меняться в зависимости от электрического тока , питающего его к внешней электрической нагрузке .

Эффективное сопротивление источника исходит от делителя Z 1 и Z 2 , как указано выше, будет Z 1 в параллельно с Z 2 (иногда пишется Z 1 // Z 2 ), то есть: ( Z 1 Z 2 ) / ( Z 1 + Z 2 ) = ГЦ 1 .

Для того, чтобы получить достаточно стабильное выходное напряжение, выходной ток должен быть либо стабильным (и так быть частью расчета возможных значений делителя) или ограничено соответствующий небольшой процент от входного тока в делителе.

Чувствительность нагрузки может быть уменьшена за счет уменьшения сопротивления обеих половинах делителя, хотя это увеличивает ток покоя входного сигнала делителя и приводит к более высокому потреблению энергии (и впустую тепла) в делитель.

Регуляторы напряжения часто используются вместо пассивных делителей напряжения , когда необходимо , чтобы приспособить высокие или колеблющиеся тока нагрузки.

Приложения

Делители напряжения используются для регулировки уровня сигнала, для смещения активных устройств в усилителях, а также для измерения напряжения. Мост Уитстона и мультиметр оба включают делители напряжения. Потенциометр используются в качестве переменного делителя напряжения в регуляторе громкости многих радиостанций.

измерения датчика

Делители напряжения может использоваться, чтобы позволить микроконтроллер для измерения сопротивления датчика. Датчик соединен последовательно с известным сопротивлением, чтобы сформировать делитель напряжения и известное напряжение подается через делитель.

Преобразователь микроконтроллера аналого-цифровой подключается к отводу делителя, так что он может измерять напряжение из-под крана, и, используя измеренное напряжение и известное сопротивление и напряжение, вычислить сопротивление датчика.

Пример, который обычно используется включает потенциометр (переменный резистор) в качестве одного из элементов резистивных. Когда вал потенциометра вращается сопротивление она производит либо увеличивается или уменьшается, изменение сопротивления соответствует изменению углового вала.

Если в сочетании со стабильным источником опорного напряжения, выходное напряжение может подаваться в аналого-цифровой и дисплей может показывать угол. Такие схемы обычно используются при чтении ручки управления.

Обратите внимание, что это очень полезно для потенциометра, чтобы иметь линейную конусность, как микроконтроллер или другую схему считывания, сигнал должен в противном случае правильный для нелинейности в расчетах.

Измерение высокого напряжения

Высокое напряжение резистора делителя зонда.

Делитель напряжения может быть использован для масштабирования вниз очень высокого напряжения , так что она может быть измерена с помощью вольтметра .

Подается высокое напряжение через делитель, а делитель выходного , который выдает более низкое напряжение, которое в пределах входного счетчика диапазона-измеряется с помощью расходомера. Высокое напряжение резистора делитель зонды , предназначенные специально для этой цели могут быть использованы для измерения напряжения до 100 кВ.

Специальные высоковольтные резисторы используются в таких зондов , как они должны быть способны выдерживать высокие входные напряжения и, чтобы произвести точные результаты, должны иметь согласованные температурные коэффициенты и коэффициенты очень низкого напряжения.

Емкостный делитель зонды , как правило , используются для напряжений выше 100 кВ, так как тепло , вызванные потерями мощности в резисторе делитель зондах при таких высоких напряжениях может быть чрезмерным.

Логический уровень сдвига

Делитель напряжения может быть использован в качестве сырого логического сдвига уровня для сопряжения два цепей, которые используют различные рабочие напряжения. Например, некоторые логические схемы работают на 5V, тогда как другие работают на 3.3V. Непосредственно сопряжение логического выхода 5V на вход 3.

3V может привести к повреждению схемы 3,. В этом случае делитель напряжения с отношением выходной 3,3 / 5 может быть использовано для уменьшения сигнала 5V до 3,3, чтобы позволить цепи взаимодействовать без повреждения цепи 3,3В.

Чтобы это было возможно, источник 5В импеданс и 3,3 входное сопротивление должно быть незначительным, или они должны быть постоянными и значения резисторов делителя должны учитывать их импедансов. Если входной импеданс емкостный, чисто резистивный делитель будет ограничивать скорость передачи данных.

Это может быть грубо преодолеть, добавив конденсатор последовательно с верхним резистором, чтобы сделать обе ногу емкостного делителя, а также резистивным.

Рекомендации

Смотрите также

• Текущий делитель
• преобразователь постоянного тока в постоянный ток

внешняя ссылка