Che cos'è un partitore di tensione ea cosa serve
definizione
Un divisore di tensione è un dispositivo o dispositivo che abbassa il livello della tensione di uscita rispetto all'ingresso, proporzionalmente al coefficiente di trasmissione (sarà sempre inferiore a zero). Ha ottenuto questo nome perché rappresenta due o più sezioni della catena collegate in serie.
Sono lineari e non lineari. In questo caso, i primi sono resistenza attiva o reattiva, in cui il coefficiente di trasmissione è determinato dal rapporto di Legge di Ohm. I divisori non lineari pronunciati includono stabilizzatori di tensione parametrici. Vediamo come è organizzato questo dispositivo e perché è necessario.
Tipi e principi di azione
Vale immediatamente la pena notare che il principio di funzionamento del divisore di tensione è generalmente lo stesso, ma dipende dagli elementi di cui è costituito. Esistono tre tipi principali di circuiti lineari:
- resistivo;
- capacitivo;
- induttivo.
Il divisore più comune sui resistori, per la sua semplicità e facilità di calcolo. Nel suo esempio, e considera le informazioni di base su questo dispositivo.
Qualsiasi partitore di tensione ha Uinput e Uoutput se è costituito da due resistenzese ci sono tre resistori, allora ci saranno due tensioni di uscita e così via. Puoi effettuare qualsiasi numero di fasi di divisione.
Uinput è uguale alla tensione di alimentazione, Uoutput dipende dal rapporto tra resistori nei bracci del divisore. Se consideriamo un circuito con due resistori, allora il braccio di spegnimento superiore, o come viene anche chiamato, sarà R1. Il braccio inferiore o di uscita sarà R2.
Supponiamo di avere un'alimentazione di 10 V, la resistenza R1 è di 85 Ohm e la resistenza R2 di 15 Ohm. È necessario calcolare Uoutput.
Poi:
U = I * R
Dal momento che sono collegati in serie, quindi:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Quindi se aggiungi le espressioni:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Se esprimiamo la corrente da qui, otteniamo:
Sostituendo l'espressione precedente, abbiamo la seguente formula:
Calcoliamo per il nostro esempio:
Il partitore di tensione può essere eseguito su reattanze:
- sul condensatori (Capacitivo);
- sugli induttori (induttivo).
Quindi i calcoli saranno simili, ma la resistenza viene calcolata usando le formule seguenti.
Per condensatori:
Per induttanza:
Una caratteristica e una differenza di questi tipi di divisori è che il divisore resistivo può essere utilizzato nei circuiti CA e CC e capacitivo e induttivo solo nei circuiti CA, perché solo allora la loro reattanza.
! interessante il In alcuni casi, un divisore capacitivo funzionerà nei circuiti CC, un buon esempio è l'uso di tale soluzione nel circuito di ingresso degli alimentatori per computer.
L'uso della reattanza è dovuto al fatto che durante il loro funzionamento non viene rilasciato molto calore come quando si usano resistenze attive (resistori) nelle strutture
Esempi di utilizzo nel circuito
Esistono molti schemi in cui vengono utilizzati i divisori di tensione. Pertanto, daremo diversi esempi contemporaneamente.
Supponiamo di progettare uno stadio amplificatore su un transistor che opera in classe A. In base al suo principio di funzionamento, dobbiamo impostare la tensione di polarizzazione (U1) sulla base del transistor in modo che il suo punto operativo si trovi sul segmento lineare della caratteristica I - V, in modo che la corrente attraverso il transistor non era eccessivo. Supponiamo di dover fornire una corrente di base di 0,1 mA a U1 di 0,6 Volt.
Quindi dobbiamo calcolare la resistenza nelle spalle del divisore, e questo è il calcolo inverso rispetto a quello che abbiamo dato sopra. Prima di tutto, trovano la corrente attraverso il divisore. Affinché la corrente di carico non influisca notevolmente sulla tensione sulle sue spalle, impostiamo la corrente attraverso il divisore su un ordine di grandezza superiore alla corrente di carico nel nostro caso 1 mA. L'alimentatore lo lascia essere 12 volt.
Quindi la resistenza totale del divisore è:
Rd = U supply / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
O:
R2 / (R1 + R2) = Potenza U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * U1 / U potenza = 12000 * 0.6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Controlla i calcoli:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0.6 Volt.
La parte superiore della spalla corrispondente si spegne
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Volt.
Ma questo non è l'intero calcolo. Per un calcolo completo del divisore, è necessario determinare la potenza dei resistori in modo che non si brucino. A una corrente di 1 mA, la potenza verrà assegnata a R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 watt
E su R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 watt
Qui è trascurabile, ma immagina che tipo di alimentazione avrebbe bisogno di resistori se la corrente del divisore fosse 100 mA o 1 A?
Per il primo caso:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 watt
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 watt
Per il secondo caso:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 watt
P2 = 0.6 * 1 = 0.6 watt
Si tratta già di cifre considerevoli per l'elettronica, anche per l'uso negli amplificatori. Ciò non è efficace, pertanto vengono attualmente utilizzati circuiti a impulsi, sebbene i circuiti lineari continuino ad essere utilizzati in costruzioni amatoriali o in attrezzature specifiche con requisiti speciali.
Il secondo esempio è un divisore per formare il riferimento a U per il diodo zener regolabile TL431. Sono utilizzati nella maggior parte degli alimentatori e dei caricabatterie economici per telefoni cellulari. Lo schema di connessione e le formule di calcolo che vedi di seguito. Con l'aiuto di due resistori, qui viene creato un punto con un riferimento U di 2,5 volt.
Un altro esempio è la connessione di tutti i tipi di sensori ai microcontrollori. Consideriamo diversi schemi per collegare i sensori all'ingresso analogico del popolare microcontrollore AVR, usando come esempio la famiglia di schede Arduino.
Gli strumenti di misurazione hanno limiti di misurazione diversi. Tale funzione è anche realizzata usando un gruppo di resistori.
Ma ciò non pone fine all'ambito dei divisori di tensione. È in questo modo che si estinguono i volt extra limitando la corrente attraverso il LED, inoltre viene distribuita la tensione delle lampadine nella ghirlanda e si può anche alimentare un carico a bassa potenza.
Divisori non lineari
Abbiamo menzionato che i divisori non lineari includono uno stabilizzatore parametrico. Nella sua forma più semplice, è costituito da un resistore e un diodo zener. Un diodo zener nel circuito è simile a un diodo a semiconduttore convenzionale. L'unica differenza è la presenza di una funzione aggiuntiva sul catodo.
Il calcolo si basa sulla stabilizzazione del diodo Zener. Quindi se abbiamo un diodo zener di 3,3 volt e l'alimentazione è di 10 volt, la corrente di stabilizzazione viene presa dal foglio dati al diodo zener. Ad esempio, lascia che sia uguale a 20 mA (0,02 A) e la corrente di carico 10 mA (0,01 A).
Poi:
R = 12-3.3 / 0.02 + 0.01 = 8.7 / 0.03 = 290 Ohm
Vediamo come funziona un tale stabilizzatore. Il diodo zener è incluso nel circuito nella connessione inversa, ovvero se l'Uoutput è inferiore all'Ustabilizzazione, la corrente non scorre attraverso di essa. Quando l'offerta U sale alla stabilizzazione U, si verifica una rottura a valanga o tunnel della giunzione PN e una corrente inizia a fluire attraverso di essa, che è chiamata corrente di stabilizzazione. È limitato dal resistore R1, sul quale viene soppressa la differenza tra l'ingresso U e la stabilizzazione U. Se viene superata la massima corrente di stabilizzazione, si verifica un guasto termico e il diodo zener si brucia.
A proposito, a volte è possibile implementare uno stabilizzatore sui diodi. La tensione di stabilizzazione sarà quindi uguale alla caduta diretta dei diodi o alla somma delle gocce nel circuito dei diodi. Si imposta la corrente adatta al valore nominale dei diodi e alle esigenze del proprio circuito. Tuttavia, tale soluzione viene utilizzata estremamente raramente. Ma un tale dispositivo sui diodi è meglio chiamato un limitatore, non uno stabilizzatore. E una variante dello stesso circuito per i circuiti AC. Quindi si limita l'ampiezza del segnale variabile a livello di caduta diretta - 0,7 V.
Quindi abbiamo capito cos'è questo divisore di tensione e perché è necessario. Esistono ancora più esempi in cui viene utilizzata una qualsiasi delle varianti dei circuiti considerati, anche un potenziometro è essenzialmente un divisore con coefficiente di trasmissione infinitamente variabile ed è spesso usato in combinazione con un resistore costante. In ogni caso, il principio di azione, selezione e calcolo degli elementi rimane invariato.
Alla fine, ti consigliamo di guardare un video in cui esaminiamo più in dettaglio come funziona questo elemento e in cosa consiste:
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