Co je to dělič napětí a na co se používá
Definice
Dělič napětí je zařízení nebo zařízení, které snižuje úroveň výstupního napětí vzhledem ke vstupu, úměrně koeficientu přenosu (vždy bude pod nulou). Toto jméno dostal, protože to představuje dvě nebo více částí řetězce řetězu.
Jsou lineární a nelineární. První z nich jsou aktivní nebo reaktivní odpor, ve kterém je koeficient přenosu určen poměrem Ohmův zákon. Mezi výrazné nelineární děliče patří parametrické stabilizátory napětí. Podívejme se, jak je toto zařízení uspořádáno a proč je potřeba.
Druhy a princip činnosti
Okamžitě stojí za zmínku, že princip fungování děliče napětí je obecně stejný, ale závisí na prvcích, z nichž se skládá. Existují tři hlavní typy lineárních obvodů:
- odporový;
- kapacitní;
- induktivní.
Nejobvyklejší dělič na odporech, protože je jednoduchý a snadno vypočítatelný. Na jeho příkladu, a zvažte základní informace o tomto zařízení.
Každý dělič napětí má Uinput a Uoutput, pokud se skládá ze dvou odporypokud existují tři rezistory, pak budou existovat dvě výstupní napětí atd. Můžete provést libovolný počet fází rozdělení.
Uinput se rovná napájecímu napětí, Uoutput závisí na poměru odporů v ramenech děliče. Pokud vezmeme v úvahu obvod se dvěma odpory, pak horní, nebo jak se také říká, bude kalicí rameno R1. Dolní nebo výstupní rameno bude R2.
Předpokládejme, že máme napájení 10 V, odpor R1 je 85 Ohmů a odpor R2 je 15 Ohmů. Potřebujete vypočítat Uoutput.
Pak:
U = I * R
Protože jsou zapojeny v sérii, pak:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Pak, pokud přidáte výrazy:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Vyjádříme-li odtud aktuální proud, dostaneme:
Nahrazením předchozího výrazu máme následující vzorec:
Vezměme si pro náš příklad:
Dělič napětí lze provést na reaktancích:
- na kondenzátory (kapacitní);
- na induktory (induktivní).
Výpočty pak budou podobné, ale odpor se vypočítá pomocí níže uvedených vzorců.
U kondenzátorů:
Pro indukčnost:
Zvláštností a rozdílem těchto typů děličů je to, že odporový dělič lze použít v střídavých a stejnosměrných obvodech a kapacitní a induktivní pouze v střídavých obvodech, protože teprve potom bude jejich reaktance.
Zajímavý! V V některých případech bude kapacitní dělič fungovat ve stejnosměrných obvodech, dobrým příkladem je použití takového řešení ve vstupním obvodu napájecích zdrojů počítače.
Použití reaktance je způsobeno tím, že během jejich provozu není uvolňováno tolik tepla, jako při použití aktivních odporů (rezistorů) ve strukturách
Příklady použití v obvodu
Existuje mnoho schémat, kde se používají děliče napětí. Proto uvedeme několik příkladů najednou.
Předpokládejme, že navrhneme zesilovací stupeň na tranzistoru, který pracuje ve třídě A. Na základě jeho provozního principu musíme nastavit předpětí (U1) na základě tranzistoru tak, aby jeho pracovní bod byl na lineárním segmentu I - V charakteristiky, takže proud přes tranzistor nebyl nepřiměřený. Předpokládejme, že potřebujeme poskytnout základní proud 0,1 mA při U1 0,6 V.
Pak musíme vypočítat odpor v pažích děliče a toto je inverzní výpočet vzhledem k tomu, co jsme uvedli výše. Nejprve najdou proud skrz dělič. Aby zátěžový proud výrazně neovlivnil napětí na jeho bedrech, nastavili jsme proud děličem o řád vyšší než zátěžový proud v našem případě 1 mA. Napájecí zdroj nechal být 12 voltů.
Celkový odpor děliče je pak:
Rd = dodávka U / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohmů
R2 / R = U2 / U
Nebo:
R2 / (R1 + R2) = výkon U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U výkon = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Zkontrolujte výpočty:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 V.
Odpovídající horní část ramene zhasne
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 V.
To však není celý výpočet. Pro úplný výpočet děliče je třeba určit sílu rezistorů, aby nedošlo k jejich spálení. Při proudu 1 mA bude energie přidělena R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0111 wattů
A na R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 wattů
Zde je to zanedbatelné, ale představte si, jaký druh energie by potřeboval rezistory, pokud by byl děličový proud 100 mA nebo 1 A?
První případ:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 wattu
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 wattů
Pro druhý případ:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 wattů
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 wattu
To je již značné množství pro elektroniku, včetně pro použití v zesilovačích. Toto není efektivní, proto se v současné době používají pulzní obvody, ačkoli lineární obvody se nadále používají buď v amatérských konstrukcích, nebo ve specifických zařízeních se zvláštními požadavky.
Druhým příkladem je dělič pro vytvoření U-reference pro nastavitelnou zenerovou diodu TL431. Používají se ve většině levných napájecích zdrojů a nabíječek pro mobilní telefony. Schéma připojení a výpočtové vzorce, které vidíte níže. S pomocí dvou rezistorů se zde vytvoří bod s referencí U 2,5 voltů.
Dalším příkladem je připojení všech druhů senzorů k mikrokontrolérům. Podívejme se na několik schémat připojení senzorů k analogovému vstupu populárního mikrokontroléru AVR, jako příklad uvedeme desku řady Arduino.
Měřicí přístroje mají různé měřící limity. Taková funkce je také realizována pomocí skupiny odporů.
To však nekončí rozsahem děličů napětí. Tímto způsobem se při omezování proudu pomocí LED zhasnou další volty, rozdělí se také napětí žárovek ve věnec a můžete také napájet nízkoenergetickou zátěž.
Nelineární děliče
Zmínili jsme, že nelineární děliče obsahují parametrický stabilizátor. Ve své nejjednodušší podobě se skládá z odporu a zenerovy diody. Zenerova dioda v obvodu je podobná běžné polovodičové diodě. Jediným rozdílem je přítomnost dalšího prvku na katodě.
Výpočet je založen na stabilizaci Zenerovy diody. Pak, pokud máme 3,3 V zenerovou diodu a napájení je 10 V, pak se stabilizační proud přenese z datového listu do Zenerovy diody. Např. Nechte ji rovnat 20 mA (0,02 A) a zatěžovací proud 10 mA (0,01 A).
Pak:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 ohmů
Uvidíme, jak takový stabilizátor funguje. Zenerova dioda je součástí obvodu v zpětném spojení, to znamená, že pokud je Uoutput menší než Ustabilizace, proud protéká. Když přívod U stoupne na stabilizaci U, dojde k lavinové nebo tunelové poruše křižovatky PN a protéká jí proud, který se nazývá stabilizační proud. Je omezen odporem R1, na kterém je potlačen rozdíl mezi vstupem U a stabilizací U. Pokud je překročen maximální stabilizační proud, dojde k tepelnému zhroucení a zenerova dioda shoří.
Mimochodem, někdy můžete implementovat stabilizátor na diody. Stabilizační napětí se pak bude rovnat přímému poklesu diod nebo součtu poklesů v diodovém obvodu. Nastavíte proud tak, aby vyhovoval jmenovité hodnotě diod a potřebám vašeho obvodu. Nicméně takové řešení se používá velmi zřídka. Ale takové zařízení na diodách se lépe nazývá omezovač, ne stabilizátor. A varianta stejného obvodu pro střídavé obvody. Takže omezujete amplitudu střídavého signálu na úrovni přímého poklesu - 0,7 V.
Tak jsme zjistili, co je tento dělič napětí a proč je potřeba. Příklady, ve kterých se používá kterákoli z variant uvažovaných obvodů, mohou být uvedeny ještě více, dokonce i potenciometr je v podstatě dělič s nekonečně nastavitelným koeficientem přenosu a často se používá ve spojení s konstantním odporem. V každém případě zůstává princip činnosti, výběr a výpočet prvků nezměněn.
Nakonec doporučujeme sledovat video, na kterém podrobněji prozkoumáme, jak tento prvek funguje a z čeho se skládá:
Související materiály:
Načítání...
