В электронике правило делителя напряжения простое и самое важное. Электронная схема , который используется для преобразования большого напряжения в малое. Используя только напряжение i / p и два последовательных резистора, мы можем получить напряжение o / p. Здесь выходное напряжение составляет часть напряжения i / p. Лучший пример делителя напряжения - два последовательно соединенных резистора. Когда напряжение i / p приложено к паре резисторов, напряжение o / p появится из соединения между ними. Как правило, эти разделители используются для уменьшения величины напряжения или для создания опорного напряжения, а также используются на низких частотах в качестве сигнала аттенюатора. Для постоянного тока и относительно низких частот делитель напряжения может быть подходящим образом идеальным, если он состоит только из резисторов, где частотная характеристика требуется в широком диапазоне.
Что такое правило делителя напряжения?
Определение: В области электроники делитель напряжения представляет собой базовую схему, используемую для генерации части входного напряжения, например выходного. Эта схема может быть сконструирована с двумя резисторами или любыми пассивными компонентами вместе с источником напряжения. Резисторы в цепи могут быть подключены последовательно, в то время как источник напряжения подключен к этим резисторам. Эту схему еще называют делителем потенциала. Входное напряжение может передаваться между двумя резисторами в цепи, так что происходит разделение напряжения.
Когда использовать правило делителя напряжения?
Правило делителя напряжения используется для решения схем, чтобы упростить решение. Применение этого правила также может полностью решить простые схемы. Основная идея этого правила делителя напряжения заключается в том, что «напряжение делится между двумя резисторами, которые соединены последовательно, прямо пропорционально их сопротивлению. Делитель напряжения состоит из двух важных частей: схемы и уравнения.
Схема различных делителей напряжения
Делитель напряжения включает в себя источник напряжения, состоящий из двух резисторов. Вы можете увидеть различные схемы напряжения, нарисованные по-разному, как показано ниже. Но эти разные схемы всегда должно быть одинаково.
Схема делителя напряжения
В приведенных выше схемах делителя напряжения резистор R1 находится ближе всего к входному напряжению Vin, а резистор R2 находится ближе всего к клемме заземления. Падение напряжения на резисторе R2 называется Vout, которое представляет собой разделенное напряжение цепи.
Расчет делителя напряжения
Рассмотрим следующую схему, подключенную с помощью двух резисторов R1 и R2. Где переменный резистор включен между источником напряжения. В приведенной ниже схеме R1 - это сопротивление между скользящим контактом переменной и отрицательной клеммой. R2 - сопротивление между положительной клеммой и скользящим контактом. Это означает, что два резистора R1 и R2 включены последовательно.
Правило делителя напряжения с использованием двух резисторов
Закон Ома гласит, что V = IR
Из приведенного выше уравнения мы можем получить следующие уравнения
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
Применение закона Кирхгофа о напряжении
KVL утверждает, что когда алгебраическая сумма напряжений вокруг замкнутого пути в цепи равна нулю.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
Следовательно
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
Следовательно
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
Подставляя III в уравнения I и II
V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R2 / R1 + R2)
На приведенной выше схеме показан делитель напряжения между двумя резисторами, который прямо пропорционален их сопротивлению. Это правило делителя напряжения можно распространить на схемы, в которых используется более двух резисторов.
Правило делителя напряжения с использованием трех резисторов
Правило деления напряжения для схемы с двумя резисторами
V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4
V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4
V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4
V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4
Уравнение делителя напряжения
Уравнение правила делителя напряжения принимает, когда вы знаете три значения в приведенной выше схеме, это входное напряжение и два значения резистора. Используя следующее уравнение, мы можем найти выходное напряжение.
Vault = Vin. R2 / R1 + R2
В приведенном выше уравнении указано, что Vout (напряжение o / p) прямо пропорционально Vin (входное напряжение) и соотношению двух резисторов R1 и R2.
Резистивный делитель напряжения
Это очень легкая и простая схема для разработки и понимания. Основной тип схемы пассивного делителя напряжения может состоять из двух последовательно соединенных резисторов. Эта схема использует правило делителя напряжения для измерения падения напряжения на каждом последовательном резисторе. Схема резистивного делителя напряжения показана ниже.
В схеме резистивного делителя два резистора, такие как R1 и R2, соединены последовательно. Таким образом, ток в этих резисторах будет одинаковым. Следовательно, он обеспечивает падение напряжения (I * R) на каждом резисторе.
Резистивный тип
С помощью источника напряжения на эту цепь подается напряжение. Применяя к этой схеме закон КВЛ и Ома, мы можем измерить падение напряжения на резисторе. Таким образом, поток тока в цепи можно представить как
Применяя КВЛ
VS = VR1 + VR2
По закону Ома
VR1 = I x R1
VR2 = I x R2
VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)
Я = VS / R1 + R2
В соответствии с законом Ома ток через последовательную цепь равен I = V / R. Таким образом, ток в обоих резисторах одинаков. Итак, теперь можно рассчитать падение напряжения на резисторе R2 в цепи.
IR2 = VR2 / R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
Точно так же падение напряжения на резисторе R1 можно рассчитать как
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
Емкостные делители напряжения
Схема емкостного делителя напряжения генерирует падение напряжения на конденсаторах, которые включены последовательно с источником переменного тока. Обычно они используются для снижения чрезвычайно высокого напряжения для обеспечения сигнала низкого выходного напряжения. В настоящее время эти разделители применимы в планшетах с сенсорным экраном, мобильных телефонах и устройствах отображения.
В отличие от схем резистивного делителя напряжения, емкостные делители напряжения работают с синусоидальным источником переменного тока, потому что деление напряжения между конденсаторами можно рассчитать с помощью реактивного сопротивления конденсаторов (XC), который зависит от частоты источника переменного тока.
Емкостный Тип
Формула емкостного реактивного сопротивления может быть получена как
Хс = 1 / 2πfc
Где:
Xc = емкостное реактивное сопротивление (Ом)
π = 3,142 (числовая константа)
ƒ = частота, измеренная в герцах (Гц)
C = емкость, измеренная в фарадах (Ф)
Реактивное сопротивление каждого конденсатора можно измерить по напряжению, а также по частоте источника переменного тока и подставить их в приведенное выше уравнение, чтобы получить эквивалентное падение напряжения на каждом конденсаторе. Схема емкостного делителя напряжения показана ниже.
Используя эти конденсаторы, которые соединены последовательно, мы можем определить среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления после их подключения к источнику напряжения.
Xc1 = 1 / 2πfc1 и Xc2 = 1 / 2πfc2
ИксCT= XC1+ XC2
VC1= Vs (XC1/ ИКСCT)
VC2= Vs (XC2/ ИКСCT)
Емкостные делители не допускают ввода постоянного тока.
Простое емкостное уравнение для входа переменного тока:
Хранилище = (C1 / C1 + C2). Вин
Индуктивные делители напряжения
Индуктивные делители напряжения будут создавать падение напряжения на катушках, в противном случае индукторы подключаются последовательно через источник переменного тока. Он состоит из катушки, иначе одиночной обмотки, которая разделена на две части, где бы ни поступало напряжение o / p с одной из частей.
Лучшим примером этого индуктивного делителя напряжения является автотрансформатор, имеющий несколько точек отвода с его вторичной обмоткой. Индуктивный делитель напряжения между двумя катушками индуктивности можно измерить с помощью реактивного сопротивления катушки индуктивности, обозначенной XL.
Индуктивный Тип
Формула индуктивного реактивного сопротивления может быть получена как
XL = 1 / 2πfL
«XL» - это индуктивное реактивное сопротивление, измеряемое в Ом (Ом).
π = 3,142 (числовая константа)
‘’ - частота, измеренная в герцах (Гц).
«L» - это индуктивность, измеряемая в Генри (Гн).
Реактивное сопротивление двух катушек индуктивности можно рассчитать, если мы знаем частоту и напряжение источника переменного тока и используем их с помощью закона делителя напряжения, чтобы получить падение напряжения на каждой катушке индуктивности, как показано ниже. Схема индуктивного делителя напряжения показана ниже.
Используя две катушки индуктивности, которые соединены последовательно в цепи, мы можем измерить среднеквадратичные падения напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления после их подключения к источнику напряжения.
ИксL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2
ИксLT знак равно ИксL1+ XL2
VL1 = Vs ( ИксL1/ ИКСLT)
VL2 = Vs ( ИксL2/ ИКСLT)
Вход переменного тока может быть разделен индуктивными делителями в зависимости от индуктивности:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
Это уравнение предназначено для катушек индуктивности, которые не взаимодействуют друг с другом, и взаимная индуктивность автотрансформатора изменит результаты. Вход постоянного тока может быть разделен на основе сопротивления элементов в соответствии с правилом резистивного делителя.
Примеры проблем с делителем напряжения
Примерные проблемы делителя напряжения могут быть решены с помощью вышеуказанных резистивных, емкостных и индуктивных цепей.
1). Предположим, общее сопротивление переменного резистора составляет 12 Ом. Скользящий контакт расположен в точке, где сопротивление делится на 4 Ом и 8 Ом. Переменный резистор подключен к батарее 2,5 В. Давайте посмотрим, какое напряжение появляется на вольтметре, подключенном к 4-омному участку переменного резистора.
Согласно правилу делителя напряжения, падение напряжения будет:
Vout = 2,5 В x 4 Ом / 12 Ом = 0,83 В
2). Когда два конденсатора C1-8uF и C2-20uF соединены последовательно в цепи, среднеквадратичные падения напряжения могут быть рассчитаны на каждом конденсаторе, когда они подключены к источнику питания 80 Гц RMS и напряжению 80 В.
Хс1 = 1 / 2πfc1
1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6
= 248,8 Ом
Хс2 = 1 / 2πfc2
1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6
= 99,52 Ом
XCT = XC1 + XC2
= 248,8 + 99,52 = 348,32
VC1 = Vs (XC1 / XCT)
80 (248,8 / 348,32) = 57,142
VC2 = Vs (XC2 / XCT)
80 (99,52 / 348,32) = 22,85
3). Когда две катушки индуктивности L1-8 мГн и L2-15 мГн соединены последовательно, мы можем рассчитать среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе, которое можно рассчитать, когда они подключены к источнику питания 40 В, 100 Гц.
XL1 = 2πfL1
= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 Ом
XL2 = 2πfL2
= 2 × 3,14x100x15x10-3
9,42 Ом
XLT = XL1 + XL2
14,444 Ом
VL1 = Vs (XL1 / XLT)
= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 вольт
VL2 = Vs (XL2 / XLT)
= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 вольт
Точки отвода напряжения в сети делителя
Когда несколько резисторов подключены последовательно к источнику напряжения Vs в цепи, тогда различные точки отвода напряжения могут рассматриваться как A, B, C, D и E
Общее сопротивление в цепи можно рассчитать, сложив все значения сопротивления, например 8 + 6 + 3 + 2 = 19 кОм. Это значение сопротивления ограничивает ток, протекающий по цепи, которая генерирует источник напряжения (VS).
Для расчета падения напряжения на резисторах используются следующие уравнения: VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD и VR4 = VDE.
Уровни напряжения в каждой точке ответвления рассчитываются относительно клеммы GND (0 В). Следовательно, уровень напряжения в точке «D» будет эквивалентен VDE, тогда как уровень напряжения в точке «C» будет эквивалентен VCD + VDE. Здесь уровень напряжения в точке «C» - это величина двух падений напряжения на двух резисторах R3 и R4.
Таким образом, выбрав соответствующий набор номиналов резисторов, мы можем сделать серию падений напряжения. Эти падения напряжения будут иметь относительное значение напряжения, которое достигается только за счет напряжения. В приведенном выше примере каждое значение напряжения o / p является положительным, поскольку отрицательная клемма источника напряжения (VS) подключена к клемме заземления.
Применение делителя напряжения
В применения разделителя голосования включая следующее.
- Делитель напряжения используется только там, где напряжение регулируется путем снижения определенного напряжения в цепи. Он в основном используется в таких системах, где энергоэффективность не обязательно должна рассматриваться всерьез.
- В нашей повседневной жизни делитель напряжения чаще всего используется в потенциометрах. Лучшими примерами потенциометров являются ручки регулировки громкости, прикрепленные к нашим музыкальным системам, радиотранзисторам и т. Д. Базовая конструкция потенциометра включает три контакта, которые показаны выше. При этом два контакта подключены к резистору, который находится внутри потенциометра, а оставшийся контакт подключен к очищающему контакту, который скользит по резистору. Когда кто-то меняет ручку потенциометра, напряжение будет появляться на стабильных контактах и очищающем контакте в соответствии с правилом делителя напряжения.
- Делители напряжения используются для регулировки уровня сигнала, измерения напряжения и смещения активных устройств в усилителях. Мультиметр и мост Уитстона включают делители напряжения.
- Делители напряжения можно использовать для измерения сопротивления датчика. Чтобы сформировать делитель напряжения, датчик подключается последовательно с известным сопротивлением, и известное напряжение подается на делитель. В аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера подключен к центральному отводу делителя, чтобы можно было измерить напряжение отвода. Используя известное сопротивление, можно рассчитать измеренное сопротивление датчика напряжения.
- Делители напряжения используются для измерения датчика, напряжения, сдвига логического уровня и регулировки уровня сигнала.
- Как правило, правило резисторного делителя в основном используется для создания опорных напряжений, в противном случае величина напряжения уменьшается, так что измерение становится очень простым. Кроме того, они работают как аттенюаторы сигнала на низкой частоте.
- Он используется в случае чрезвычайно меньшего количества частот и постоянного тока.
- Емкостной делитель напряжения, используемый при передаче энергии для компенсации емкости нагрузки и измерения высокого напряжения.
Это все о делении напряжения Это правило применимо как для источников переменного, так и для постоянного тока. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или электроника и электротехника , пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция правила делителя напряжения?
