Divizarea fracțiunilor într-o coloană. Distribuitor de tensiune

Un separator de tensiune pe rezistori este un circuit care permite obținerea unei tensiuni joase de la o tensiune înaltă. Folosind doar două rezistoare, putem crea orice tensiune de ieșire care face parte mai mică din tensiunea de intrare. Divizorul de tensiune este un circuit fundamental în electronică și robotică. Pentru început, ia în considerare circuit electric  și formula de calcul.

Cum funcționează un separator de tensiune pe rezistențe

Pentru a înțelege principiul funcționării dividerului de tensiune rezistor și pentru a înțelege cum să calculezi dividerul de tensiune pe rezistențe, ar trebui să te familiarizezi cu conceptul său (vezi imaginea de mai jos - mai multe opțiuni pentru imaginea divizorului). Circuitul include o tensiune de intrare și două rezistoare.

Rezistor mai aproape de tensiunea de intrare pozitivă Vineste desemnat R1, rezistorul cel mai apropiat de negativ este indicat R2. Scăderea tensiunii Vout  - Aceasta este o tensiune de ieșire mai mică, care rezultă dintr-un separator de tensiune rezistor. Pentru a calcula tensiunea de ieșire, este necesar să se cunoască trei cantități din circuitul dat - tensiunea de intrare și rezistența ambelor rezistențe.

Calcularea dividerului de tensiune pe rezistoare se bazează pe legea lui Ohm.

V out = R2 x V out / R1 + R2

Această formulă arată că tensiunea de ieșire a separatorului rezistorului este direct proporțională cu tensiunea de intrare și invers proporțională cu raportul dintre rezistențele R1 și R2. Potențiometrele funcționează pe acest principiu ( rezistoare variabile) și mulți senzori de rezistență, de exemplu, un senzor de lumină al fotorezistorului. Vedeți calculatorul separator de tensiune rezistor online.

Cum se face un separator de tensiune pe rezistențe? Adesea, în practica unui inginer de electronică este necesar să se reducă tensiunea de intrare sau tensiunea pe o secțiune separată a circuitului printr-un număr strict definit de ori. De exemplu, valoarea tensiunii de intrare   50 Viar tensiunea de ieșire trebuie obținută de 10 ori mai puțin, adică 5 V (fig. 1 ). Pentru aceasta se folosesc divizoare de tensiune.

Fig. 1 - Diagrama bloc a divizorului de tensiune

Acestea sunt de diferite tipuri și se efectuează pe meringuri, inductoare ( fig. 2 ). Cu toate acestea, luăm în considerare numai cele mai frecvent utilizate separatoare de tensiune.

Fig. 2 - Elemente utilizate ca separatoare de tensiune

Cel mai simplu divizor de tensiune sunt două rezistoare conectate în serie. R1   și R2 care sunt conectate la o sursă de tensiune U (fig. 3 ). Dacă rezistența rezistențelor este aceeași R1 = R2 atunci tensiunea sursei de energie este împărțită în mod egal de ele U1 = U2 = U / 2 .

Fig. 3 - Schema generală a unui separator de tensiune pe rezistențe

Calculul rezistoarelor de divizare a tensiunii

Să ne uităm la modul în care are loc diviziunea de tensiune. Pentru a face acest lucru, avem nevoie doar de cunoașterea legii lui Ohm, care, în general, este: actuală eu care curge în circuit (sau pe partea sa) este direct proporțională cu tensiunea aplicată   U   și invers proporțional cu rezistența lanțului (sau a părții sale) R , T. E.

  de unde

De asemenea, trebuie să știți că într-un circuit serial, adică într-un circuit în care toate rezistoarele sunt conectate în serie, curentul eu   curge aceeași valoare prin toate rezistențele și rezistența totală a rezistențelor conectate la serie este egală cu suma rezistențelor tuturor rezistențelor Rtot = R1 + R2 .

Acum, pe baza celor de mai sus, să determinăm tensiunea pe rezistențe în funcție de mărimea rezistențelor lor și de tensiunea sursei de alimentare.

curent eu care curge într-un circuit este egal cu raportul de tensiune U   la suma rezistenței R1 + R2 , T. E.

Căderea de tensiune pe primul rezistor este

Prin analogie, găsim căderea de tensiune pe al doilea rezistor

Acum, în expresiile (2) și (3) înlocuim valoarea curentă cu expresia (1), ca rezultat

Distribuitor de tensiune pe rezistențe. Ratinguri diferite ale rezistenței

Folosind formulele obținute, se poate determina căderea de tensiune pe rezistență, cunoscând numai magnitudinea tensiunii de intrare și rezistența propriu-zisă a rezistențelor. Cu toate acestea, astfel de formule sunt adesea aplicabile numai în calculele teoretice. În practică, este mult mai ușor să utilizați proprietatea principală a oricărui divizor de tensiune, care este cu o selecție adecvată de rezistențe R1   și R2   tensiunea de ieșire este adesea introdusă ( fig. 4 ).

Fig. 4 - Scheme de separatoare de tensiune pe rezistențe

Trebuie notat că tensiunea de ieșire depinde de rudă   rezistența la rezistență   R1   și   R2 și nu de la absolut.

Fig. 5 - Scheme de divizoare de tensiune cu același factor de divizare pentru diferite valori ale rezistenței

Aceasta ridică întrebarea: care sunt valorile rezistențelor R1   și   R2   pentru a aplica, 3 kΩ  și 1 kΩ  sau 30 kΩ  și 10 kΩ? Totul depinde de caz. Cu toate acestea, există o recomandare care vine din legea lui Ohm, cu cât valoarea rezistenței este mai mică R1   și R2 prin asta mai curent  va curge în circuit și mai multă putere poate fi obținută de la ieșirea separatorului de tensiune, dar trebuie să ne amintim că această putere este limitată de puterea sursei de alimentare și nu poate fi depășită.

De asemenea, separatorul de tensiune poate fi realizat din mai multe rezistoare conectate în serie ( fig. 6 ).

Fig. 6 - Circuit separator de tensiune cu mai multe rezistoare

Și așa, am considerat un separator de tensiune rezistor cu o valoare fixă ​​a tensiunii de ieșire. Cu toate acestea, este adesea necesar să modificați fără probleme tensiunea de ieșire. De exemplu, la reglarea volumului sunetului, modificăm fără probleme tensiunea pe amplificator.

Rezistențe variabile și de tăiere ( fig. 7 ).

Fig. 7 - Rezistoare variabile și de tăiere

Rezistența variabilă este numită și potențiometru. Structurally, ea constă dintr-un corp care are trei conducte și un mâner. Când mânerul este rotit, se face contactul alunecător al plăcii metalice mobile, care închide cele două șine de grafit conductoare având conductivitate diferită în funcție de lungime. Din acest motiv, rezistența dintre cele două concluzii din apropiere se schimbă. Iar rezistența dintre cele două extreme rămâne întotdeauna neschimbată.

Schema de conectare a rezistenței variabile sau a potențiometrului este prezentată mai jos ( fig. 8 ). Cele două conductori extreme sunt conectate la sursa de alimentare, iar între mijlocul și celălalt conductor, se ia tensiunea de ieșire a cărei valoare poate fi schimbată de la zero la valoarea tensiunii de intrare Uout = 0 ... Uout .

Fig. 8 - Circuitul de conectare al unui rezistor variabil pentru divizarea tensiunii

Dacă, prin rotirea butonului rezistorului, vom introduce toată rezistența (așa cum se arată în diagramă ( fig. 9 )), atunci tensiunea de ieșire va fi egală cu cea de intrare Uout = Uout , deoarece tensiunea de intrare va cădea complet pe rezistența rezistorului.

Dacă luați toată rezistența, atunci tensiunea de ieșire va fi zero   Uout = 0 .

Fig. 9 - Schema schimbării netede a tensiunii

Unele tipuri de rezistențe variabile

În funcție de gradul de schimbare relativă a rezistenței în timpul rotirii mânerului rezistenței variabile, ele sunt împărțite în trei tipuri ( fig. 10 ):

1) cu dependență liniară;

2) cu dependență logaritmică;

3) cu dependență exponențială.

Fig. 10 - Dependențe ale rezistențelor variabile

Rezistențele variabile cu dependență logaritmică sunt adesea folosite pentru reglarea nivelului sunetului, deoarece urechea unei persoane percepe sunetul tocmai datorită acestei dependențe.

În plus, rezistențele variabile sunt atât simple cât și duale. Acestea din urmă sunt utilizate pe scară largă în tehnologia audio.

Divizoarele de tensiune pe rezistențe funcționează în același mod și sunt calculate atât pentru constante, cât și pentru tensiune alternativă. Cu toate acestea, condensatoarele sunt, de asemenea, adesea folosite ca divizoare de tensiune AC și, mai puțin frecvent, bobine inductoare.

Pentru a obține numai partea din tensiunea inițială, se utilizează divizorul de tensiune. Acesta este un circuit construit pe baza unei perechi de rezistențe.

În exemplu, standard 9V este alimentat la intrare.Dar ce tensiune va fi la ieșire V out? Sau întrebare echivalentă: ce tensiune va arăta voltmetrul?

Curentul curge prin R1  și R2  la fel până la ieșire V out  nimic nu este conectat. Și rezistența totală a unei perechi de rezistențe în serie:

Astfel, curentul care trece prin rezistențe

Acum că știm curentul în R2, calculați tensiunea din jurul acestuia:

Sau dacă formula otavit în general:

Prin urmare, folosind o pereche de rezistoare, am schimbat valoarea tensiunii de intrare de la 9 la 5 V. Aceasta este o modalitate ușoară de a obține mai multe tensiuni diferite într-un circuit, lăsând în același timp o singură sursă de alimentare.

Utilizarea unui divizor pentru citirea senzorului

O altă aplicație a unui divizor de tensiune este de a lua citirile de la senzori. Există multe componente care își schimbă rezistența în funcție de condițiile externe. Deci, termistorii schimba rezistenta de la zero la o anumita valoare in functie de temperatura, fotorezistori schimba rezistenta in functie de intensitatea luminii care le incadreaza, etc.

Dacă înlocuiți schema de mai sus R1  sau R2  pe una dintre aceste componente V out  va varia în funcție de condițiile externe care afectează senzorul. Prin conectarea acestei tensiuni de ieșire la intrarea analogică Arduino, puteți obține informații despre temperatură, nivelul luminii și alți parametri de mediu.

Valoarea tensiunii de ieșire la anumiți parametri ai mediului poate fi calculată prin compararea documentației pentru componenta variabilă cu formula generală pentru calcul V out.

Încărcați conexiunea

Cu un divizor de tensiune, totul nu este atât de simplu atunci când orice consumator curent, de asemenea, numit taxă  (Încărcare):

În acest caz V out nu poate fi calculată numai pe baza valorilor V in, R1  și R2: încărcarea în sine provoacă o scădere suplimentară de tensiune (scădere de tensiune). Lăsați încărcarea să fie ceva care consumă un curent de 10 mA cu 5 V prevăzut, apoi rezistența sa

În cazul unei sarcini conectate, partea inferioară a divizorului trebuie considerată ca fiind două rezistoare conectate în paralel:

Înlocuind valoarea din formula generală pentru calcul V out, primim:

După cum puteți vedea, am pierdut mai mult de o jumătate de volți din cauza încărcării conexiunii. Și cu cât este mai evident pierderea, cu atât mai mare este valoarea nominală R2  în ceea ce privește rezistența L. Pentru a echilibra acest efect am putea folosi ca R1  și R2  Rezistoarele, de exemplu, sunt de 10 ori mai mici.

Proporția păstrată V out  nu se modifică:

Și pierderile vor scădea:

Cu toate acestea, reducerea rezistenței rezistoarelor de divizare are o parte inversă a monedei. O cantitate mare de energie din sursa de energie va ajunge în pământ. Inclusiv când sarcina este deconectată. Aceasta este o mică problemă în cazul în care dispozitivul este alimentat de la rețeaua de alimentare, ci este o risipă irațională în cazul alimentării bateriei.

În plus, trebuie să vă amintiți că rezistențele sunt proiectate pentru o anumită putere de limitare. În cazul nostru, încărcătura este activată R1  este egal cu:

Și aceasta este de 4-8 ori mai mare decât puterea maximă a celor mai frecvente rezistoare! O încercare de a utiliza circuitul descris cu rezistențe reduse nominale și standard de 0,25 sau 0,5 W nu se va termina cu nimic bun. Este foarte probabil că rezultatul va fi un incendiu.

aplicabilitate

Distribuitor de tensiune potrivit  pentru obținerea tensiunii necesare subestimate în cazurile în care sarcina conectată consumă un curent mic (fracții sau unități de milliampere). Un exemplu de utilizare adecvată este citirea tensiunii prin intrarea analogică a unui microcontroler, controlul bazei / porții tranzistorului.

compas nu se potrivește  pentru alimentarea de tensiune a consumatorilor puternici, cum ar fi motoare sau benzi LED.

Cu cât sunt mai mici ratingurile pentru rezistoarele de divizare, cu atât mai multă energie este irosită și cu atât mai mare este sarcina pe rezistențele în sine. Cu cât sunt mai mari ratingurile, cu atât este mai mare căderea adițională (nedorită) de tensiune cauzată de sarcina însăși.

Dacă consumul curent al încărcăturii este neuniform în timp, V out  va fi, de asemenea, inegală.

Se utilizează un divizor de tensiune dacă este necesar să se obțină o tensiune predeterminată în condițiile unei puteri stabilizate. Acum vorbim curent continuu și separatoare de rezistori. Despre divizoare folosind condensatoare, diode, diode zener, inductanțe și alte elemente va fi un articol separat. Abonați-vă la știri pentru a nu fi dor de el. La sfârșit, de exemplu, vă voi spune cum să faceți un separator de tensiune pentru un osciloscop pentru a capta oscilograme de înaltă tensiune.

De asemenea, separatoarele de rezistoare pot fi folosite pentru a reduce semnalele unei forme complexe de un număr determinat de timp. De exemplu, comenzile de volum sunt construite pe separatoare de tensiune cu un coeficient de atenuare ajustabil.