Что такое делитель напряжения и для чего он используется

Определение

Делитель напряжения — это устройство или устройство, которое снижает уровень выходного напряжения относительно входного напряжения пропорционально усилению (оно всегда будет ниже нуля). Он назван так потому, что представляет собой два или более последовательно соединенных участка цепи.

Они могут быть линейными и нелинейными. Первые являются активными или реактивными сопротивлениями, в которых коэффициент проникновения определяется соотношением из закона Ома. Явные нелинейные делители содержат параметрические регуляторы напряжения. Давайте разберемся, как устроено это устройство и зачем оно нужно.

Виды и принцип действия

Сразу стоит отметить, что принцип действия делителя напряжения в целом такой же, но зависит от элементов, из которых он состоит. Есть три основных типа линейных цепей:

  • Огнеупорный;
  • Емкостный;
  • Индуктивный.

Самым распространенным является резисторный делитель благодаря простоте и удобству расчетов. На его примере и рассмотрим основные сведения об этом устройстве.

Каждый делитель напряжения имеет входное и выходное напряжение, если он состоит из двух резисторов, если есть три резистора, он будет иметь два выходных напряжения и так далее. Вы можете сделать любое количество шагов деления.

Входное напряжение равно напряжению питания, выходное напряжение зависит от соотношения резисторов в плечах делителя. Если рассматривать систему с двумя резисторами, верхним или, как его еще называют, гасящим плечом будет R1. Нижний или выходной рычаг будет R2.

Допустим, у нас есть блок питания 10VU, сопротивление R1 составляет 85 Ом, а сопротивление R2 — 15 Ом. Нам нужно рассчитать выход U.

U = I * R

Поскольку они соединены последовательно, то:

U1 = I * R1

U2 = I * R2

Затем, если вы добавите выражения:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Если выразить ток отсюда, то получим:

Подставляя предыдущее выражение, получаем следующую формулу:

Рассчитаем для нашего примера:

Делитель напряжения также может быть выполнен с реактивными резисторами:

  • на конденсаторах (емкостных);
  • С индукторами (индукторами).

Тогда расчеты будут аналогичными, но сопротивления рассчитываются по формулам ниже.

Особенность и различие между этими типами делителей заключается в том, что резистивный делитель может использоваться в цепях переменного и постоянного тока, а емкостной и индуктивный — только в цепях переменного тока, потому что только тогда сработает их реактивное сопротивление.

Интересно! В некоторых случаях емкостной делитель будет работать в цепях постоянного тока, хорошим примером является использование такого решения во входных цепях компьютерных блоков питания.

Использование реактивного сопротивления связано с тем, что в конструкциях они не выделяют столько тепла, как в случае активных резисторов (резисторов).

Примеры использования в схеме

Есть много схем, в которых используются делители напряжения. Итак, мы приведем вам несколько примеров.

Предположим, что мы проектируем каскадный усилитель с транзистором класса А. Следуя его принципу работы, мы должны установить напряжение смещения (U1) на базе транзистора так, чтобы его рабочая точка находилась на линейном участке TFT, а ток через транзистор не был чрезмерным. Предположим, нам нужно обеспечить базовый ток 0,1 мА при U1 0,6 В.

Затем нам нужно рассчитать сопротивление в плечах делителя, которое является обратным тому, которое мы дали выше. Сначала найдите ток через делитель. Чтобы ток нагрузки не оказывал существенного влияния на напряжение на ее плечах, ток через делитель следует установить на порядок больше тока нагрузки в нашем случае — 1 мА. Пусть напряжение питания будет 12 В.

Тогда полное сопротивление делителя будет равно:

Соответствующее плечо гаснет

Но это еще не весь расчет. Для расчета полного делителя необходимо также определить мощность резисторов, чтобы они не сгорели. При 1 мА питание будет выпущено на R1:

Это неважно, но представьте, сколько мощности потребовалось бы резисторам, если бы ток делителя был 100 мА или 1 А?

В первом случае:

Для второго случая:Их много для электроники, в том числе усилители. Это неэффективно, поэтому в настоящее время используются импульсные схемы, хотя линейные схемы все еще используются либо в любительских проектах, либо в специальном оборудовании с особыми требованиями.

Второй пример — это делитель, который создает U-образное отверстие для контроллера TL431. Они используются в большинстве недорогих адаптеров и зарядных устройств для сотовых телефонов. Вы можете увидеть схему подключения и формулы расчета ниже. С двумя резисторами здесь создается точка с напряжением U-open 2,5 В.

Другой пример — подключение к микроконтроллерам всевозможных датчиков. Рассмотрим несколько схем подключения датчиков к аналоговому входу популярного микроконтроллера AVR на примере семейства плат Arduino.

Измерительные приборы имеют разные пределы измерения. Эта функция также выполняется с помощью группы резисторов.

Но это еще не конец области применения делителей напряжения. Таким образом, вы можете смачивать лишнее напряжение при ограничении тока через светодиод, распределять напряжение между лампочками в гирляндной цепи, а также обеспечивать питание небольшой токовой нагрузки.

Мы упоминали, что нелинейные делители включают параметрический стабилизатор. В простейшем виде он состоит из резистора и стабилизатора. В случае стабилизирующего диода схематическое обозначение аналогично обычному полупроводниковому диоду. Единственное отличие — это дополнительная функция на катоде.

Нелинейные делители

Расчеты производятся начиная с момента стабилизации U стабилизатора. Итак, если у вас есть стабилизатор питания 3,3 В и напряжение питания 10 В, то вы получите ток стабилизации из каталожной карточки регулятора. Например, пусть это будет 20 мА (0,02 А) и ток нагрузки 10 мА (0,01 А).

Давайте разберемся, как работает такой регулятор. Стабилизатор подключается к системе в обратном направлении, т. Е. Если выход U ниже, чем U стабилизации — через него не течет ток. Когда питание U возрастает до стабилизации U, происходит лавина или прорыв туннеля PN-перехода и через него начинает течь ток, который называется током стабилизации. Он ограничен резистором R1, который подавляет разницу между входом и стабилизацией U. При превышении максимального тока стабилизации происходит термический распад и сгорает стабилизатор.

Кстати, иногда можно реализовать стабилизатор на диодах. Тогда стабилизирующее напряжение будет равно прямому провалу диодов или сумме падений в диодной цепи. Вы устанавливаете ток в соответствии с номиналом диода и потребностями вашей схемы. Но это решение используется очень редко. Но такое устройство на диодах лучше срабатывает ограничителем, чем регулятором. И вариант такой же схемы для цепей переменного тока. Таким образом вы ограничите амплитуду сигнала переменного тока на уровне прямого падения — 0,7 В.

Итак, теперь мы узнали, что такое делитель напряжения и для чего он нужен. Например, хотя любой из обсуждаемых вариантов схемы может применяться еще больше, даже потенциометр на самом деле является бесступенчатым делителем и часто используется вместе с постоянным резистором. В любом случае принцип работы, подбор и расчет элементов остается прежним.

Наконец, мы рекомендуем посмотреть видео, в котором более подробно объясняется, как работает этот элемент и из чего он состоит: