Делитель напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях
С целью получения фиксированного значения напряжения, равного доле от исходного значения, в электрических цепях применяют делители напряжения. Делители напряжения могут состоять из двух или более элементов, которыми могут служить резисторы либо реактивные сопротивления (конденсаторы или катушки индуктивности).
Делитель напряжения — комбинация из сопротивлений, служащая для того, чтобы разделить подводимое напряжение на части.
В простейшем виде делитель напряжения представляется парой участков электрической цепи, соединенных последовательно друг с другом, которые и называются плечами делителя. Верхним плечом называется тот участок, который расположен между точкой положительного напряжения и выбранной точкой соединения участков, а нижним плечом — участок между точкой соединения (выбранной точкой, нулевой точкой) и общим проводом.
Делители напряжения на резисторах
Конечно, делители напряжения могут применяться как в цепях постоянного тока, так и в цепях тока переменного. Делители на резисторах подходят и для тех, и для других цепей, однако используются они только в цепях низкого напряжения. Для питания устройств делители напряжения на резисторах не применяют.
В простейшем виде резистивный делитель напряжения состоит всего из пары резисторов, соединенных последовательно. Делимое напряжение подается на делитель, в результате на каждом резисторе падает определенная доля этого напряжения, пропорциональная номиналу резистора. Сумма падений напряжений равна здесь напряжению подаваемому на делитель.
Согласно закону Ома для участка электрической цепи, на каждом резисторе падение напряжения будет прямо пропорционально току и величине сопротивления резистора. А согласно первому правилу Кирхгофа, ток через данную цепь будет везде один и тот же. Так, на каждый резистор придутся падения напряжения:
И напряжение на концах участка цепи будет равно:
А ток в цепи делителя составит:
Теперь если подставить выражение для тока в формулы для падений напряжений на резисторах, то получим формулы для нахождения величин напряжений на каждом из резисторов делителя:
Подбирая величины сопротивлений R1 и R2 можно выделить любую часть всего подводимого напряжения. В том случае, когда напряжение нужно разделить на несколько частей, последовательно с источником напряжения включается несколько сопротивлений.
Используя делитель напряжения на резисторах для тех или иных целей, важно понимать, что присоединенная к одному из плеч делителя нагрузка, будь то измерительный прибор или что-нибудь другое, должна иметь собственное сопротивление значительно большее, чем общее сопротивление резисторов, образующих делитель. В противном случае сопротивление нагрузки само должно учитываться в расчетах, будучи рассмотрено как параллельный плечу резистор, входящий в состав делителя.
Пример: есть источник постоянного напряжения 5 вольт, необходимо подобрать к нему резисторы для делителя напряжения, чтобы снимать с делителя измерительный сигнал величиной в 2 вольта. Допустимая рассеиваемая на делителе мощность не должна превышать 0,02 Вт.
Решение: Пусть максимальная мощность, рассеиваемая на делителе, равна 0,02 Вт, тогда минимальное общее сопротивление делителя при 5 вольтах найдем из закона Ома, оно получится равно 1250 Ом. Пусть 1,47 кОм — выбранное нами общее сопротивление делителя, тогда 2 вольта упадет на 588 омах. Выберем постоянный резистор на 470 Ом и переменный на 1 кОм. Установим на переменном резисторе значение в 588 Ом.
Делители напряжения на резисторах широко применяются сегодня в электронных схемах. На этих схемах значения величин резисторов для делителей выбираются исходя из параметров активных элементов схем. Как правило, делители стоят в измерительных цепях схем, в цепях обратной связи преобразователей напряжения и т. д. Минус таких решений заключается в том, что резисторы рассеивают на себе мощность в виде тепла, однако целесообразность оправдывает эти малые потери энергии.
Делители напряжения на конденсаторах
В цепях переменного тока, в высоковольтных схемах, применяют делители напряжения на конденсаторах. Здесь используется реактивный характер сопротивления конденсаторов в цепях переменного тока. Величина реактивного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока зависит от электроемкости конденсатора и от частоты напряжения. Вот формула для нахождения этого сопротивления:
Формула свидетельствует о том, что чем больше электроемкость конденсатора — тем его реактивное (емкостное) сопротивление меньше и чем выше частота — тем так же меньше реактивное сопротивление. Такие делители используются в измерительных схемах цепей переменного тока, падения напряжений на плечах считается аналогично случаю с постоянными активными сопротивлениями (резисторами, см. выше).
Достоинство конденсаторов, применяемых в делителях, состоит в том, что рассеивание энергии в форме тепла получается минимальным, и зависит только от качества диэлектрика.
Делитель напряжения на индуктивностях
Индуктивный делитель напряжения — еще один вид делителей, применяемых в измерительной электронике переменного тока, особенно в низковольтных схемах, работающих на высоких частотах. Сопротивление катушек для переменного тока высокой частоты носит преимущественно реактивный (индуктивный) характер, оно находится по формуле:
Формула свидетельствует о том, что чем больше индуктивность и чем выше частота — тем выше сопротивление катушки переменному току. Здесь важно понимать, что провод катушки имеет активное сопротивление, поэтому мощность, рассеиваемая в виде тепла, свойственная делителю на индуктивностях, значительно выше, чем у делителей на конденсаторах.
В любительской электронике делители напряжения часто используются при подключении аналоговых датчиков к модулям Ардуино.
- Как рассчитать радиатор для транзистора
- Управление симистором: управление мощной нагрузкой на переменном токе
- Кварцевый резонатор — структура, принцип работы, как проверить
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника
Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Делители напряжения и тока
В электротехнике очень часто применяются делители напряжения, работу которых можно рассмотреть, применяя правило распределения напряжений. На рисунке показаны схемы делителей напряжения, служащих для уменьшения заданного напряжения источника питания (например, 4, 6, 12 или 220 В) до напряжения любого меньшего значения.
Рис. 1. Схемы делителей напряжения
В электрических электрических приборах, а также при проведении измерений иногда необходимо получить несколько напряжений определенного значения от одного источника. Делители напряжения часто (и прежде всего в слаботочной технике) называют потенциометрами.
Изменяемое частичное напряжение получается при перемещении скользящего контакта реостата или другого типа резистора. Постоянное по значению частичное напряжение может быть получено посредством отпайки от резистора или же может сниматься с точки соединения двух отдельных резисторов.
При помощи скользящего контакта можно плавно изменять необходимое для приемника с сопротивлением (сопротивление нагрузки) частичное напряжение, при этом скользящий контакт обеспечивает параллельное соединение сопротивлений, с которого снимается частичное напряжение.
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. 2. 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. 2.
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 ,2 R1 + 0,2 R2 .
Поэтому можно выбрать R2 = 1 кОм, R1 — 4 кОм. Сопротивление R 1 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 R 1 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. 3 ток I составляет часть общего тока I вх, определяемую сопротивлениями резисторов R1 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 измерительного шунта так, чтобы стрелка прибора максимально отклонялась при входном токе 10 мА ( см. рис. 4) .
Рис. 3. Делитель тока
Коэффициент деления тока определяется соотношением:
I вых / I вх = 1/10 = 0,1 = R1 / R2 + R1 , R2 = 100 Ом.
0,1 R1 + 0,1 R2 = 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 внутреннее сопротивление измерительного прибора.
Для обеспечения хорошей точности деления токов следует использовать высокоточные (± 1 %) резисторы.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Делитель тока: все, что вам нужно знать об этой схеме
В предыдущей статье мы уже представили делитель напряжения и я объяснил, что было больше схем делителя и умножителя, таких как цепи частоты или тока. Ну что ж мы собираемся посвятить этот ввод текущему делителю. Как вы можете догадаться из названия, это в основном схема, которая может делить ток или интенсивность цепи на выходе на более низкие значения, чем введенные.
Правда в том, что все эти схемы, которые могут преобразовывать одни значения в другие, будь то тактовая частота, напряжение или ток, как в этом случае, являются самыми лучшими. общий и практичный для количества применений, которые могут быть предоставлены. Кроме того, он очень прост в сборке и дешев, и может стать хорошим экспериментом для студентов-электронщиков, которые хотят проверить эффект, который он оказывает, с помощью мультиметров .
Что такое текущий делитель?
Un текущий делитель, Как я уже сказал, это схема, которая может разделить силу тока, существующую на ее входе, на другие меньшие значения силы на ее выходе. Чтобы добиться этого эффекта, нужно всего несколько резисторов. Подобно тому, как делитель напряжения состоял из последовательно соединенных резисторов или умножитель напряжения состоял из параллельно включенных диодов, делитель тока представляет собой серию ступеней, состоящих из параллельно включенных резисторов.
Помните: последовательно включенные резисторы = делитель напряжения, параллельные резисторы = делитель тока.
Таким образом, если у вас есть делитель тока с двумя ступенями или двумя параллельными резисторами, каждый из них будет использовать часть общей интенсивности. Вот как можно разделить ток. Другими словами, более интуитивно, посмотрите на изображение, если вы используете только два резистора, чтобы рассчитать, какой выходной ток, вы можете разделить сопротивление R1 на сумму R1 + R2, а результат умножить на общую интенсивность (вход).
Как видите, вы можете рассчитать ток, который у вас есть на каждом этапе. по номиналу резисторов. И если хотите, вы можете добавить каскады или резисторы параллельно и изменить формулы, чтобы узнать конечный ток. Помните, что единицы измерения должны быть в омах, а сила в амперах . Легко, правда?
Принцип, на котором он основан
И в чем принцип основан на возможности делить текущий? Я не знаю, изучали ли вы электронику или нет, но когда вы изучаете простые последовательные и параллельные схемы резисторов, в руководствах и учебных пособиях вам говорят, что при параллельном размещении резисторов ток разделяется на несколько путей.
Если вы помните, с помощью последовательных резисторов напряжение или напряжение распределяются между ними (делитель напряжения), но сила тока, протекающего через них, такая же, как и подаваемая. В то время как в резисторы параллельно напряжение, которое проходит через каждый из них, одинаково, так как их концы подключены непосредственно к основной линии питания. С другой стороны, говоря об интенсивности для параллельных, усилители распределяются между ними, потому что они не циркулируют только по одному пути, как в серии.
Как получить текущий делитель
Вы уже видели это создать разделитель потока Вам просто нужно иметь несколько резисторов, выполнить необходимые вычисления, как я показал в предыдущем разделе, и поиграть с ступенями и значениями резисторов, чтобы получить желаемый результат. По правде говоря, это довольно просто, мне больше нечего сказать .
Вам следует подумать об использовании, например, потенциометр как мы сделали с делителем напряжения. Таким образом, вы можете отрегулировать значения и поэкспериментировать с мультиметром, чтобы увидеть, как изменения сопротивления влияют на интенсивность. Это довольно познавательное практическое упражнение.
Y одна последняя заметка, Если вы помните, когда мы видели делитель напряжения, я сказал, что распространенной ошибкой было думать, что если мы соединим несколько элементов параллельно их выходу, у нас вообще не будет одинакового напряжения. Причина? Помните, что сопротивление каждого из элементов влияет на напряжение и интенсивность, на самом деле делитель тока основан на этих принципах .
Полный путь к статье: Hardware libre » Электронные компоненты » Делитель тока: все, что вам нужно знать об этой схеме
Будьте первым, чтобы комментировать
Делитель напряжения
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
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:
И подставить его значение в формулу (2), то получится универсальная формула для расчёта делителя напряжения:
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:
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 = 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:
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.