Что такое делитель напряжения. Как работает делитель напряжения

Что такое делитель напряжения

Делители напряжения получили широкое распространение в электронике, потому что именно они позволяют оптимальным образом решать задачи регулировки напряжения. Существуют различные схематичные решения: от простейших, например, в некоторых настенных светильниках, до достаточно сложных, как в платах управления переключением обмоток нормализаторов сетевого напряжения.

Что такое делитель напряжения? Формулировка проста – это устройство, которое в зависимости от коэффициента передачи (настраивается отдельно) регулирует значение выходного напряжения относительно входного.

Раньше на прилавках магазинов часто можно было встретить светильник-бра, рассчитанный на две лампы. Его особенностью являлось то, что сами лампы были рассчитаны на работу с напряжением 127 Вольт. При этом вся система подключалась к бытовой электросети с 220 В и вполне успешно работала. Никаких чудес! Все дело в том, что способ соединения проводников формировал не что иное, как делитель напряжения. Вспомним основы электротехники, а именно параллельное и последовательное соединение потребителей. Как известно, при последовательном способе включения сила тока равна, а напряжение изменяется (вспоминаем закон Ома). Поэтому в примере со светильником однотипные лампы включены последовательно, что дает уменьшение питающего их напряжения в два раза (110 В). Также делитель напряжения можно встретить в устройстве, распределяющем сигнал с одной антенны на несколько телевизоров. На самом деле примеров много.

Давайте рассмотрим простейший делитель напряжения на основе двух резисторов R1 и R2. Сопротивления включены последовательно, на свободные выводы подается входное напряжение U. Из средней точки проводника, соединяющего резисторы, есть дополнительный вывод. То есть получается три конца: два – это внешние выводы (между ними полное значение напряжения U), а также средний, формирующий U1 и U2.

Выполним расчет делителя напряжения, воспользовавшись законом Ома. Так как I = U / R, то U является произведением тока на сопротивление. Соответственно, на участке с R1 напряжение составит U1, а для R2 составит U2. Ток при этом равен (последовательное соединение). Учитывая закон для полной цепи, получаем, что питающее U является суммой U1+U2.

Чему же равен ток при данных условиях? Обобщая уравнения, получаем:

I = U / (R1+R2).

Отсюда можно определить значение напряжения (U exit) на выходе делителя (это может быть как U1, так и U2):

U exit = U * R2 / (R1+R2).

Для делителей на регулируемых сопротивлениях существует ряд важных особенностей, которые необходимо учитывать как на этапе расчетов, так и при эксплуатации.

Прежде всего, такие решения нельзя использовать для регулировки напряжения мощных потребителей. Например, таким способом невозможно запитать электродвигатель. Одна из причин – это номиналы самих резисторов. Сопротивления на киловатты если и существуют, то представляют собой массивные устройства, рассеивающие внушительную часть энергии в виде тепла.

Значение сопротивления подключенной нагрузки не должно быть меньше, чем электрическое сопротивление схемы самого делителя, в противном случае всю систему потребуется пересчитывать. В идеальном варианте различие R делителя и R нагрузки должно быть максимально большим. Важно точно подобрать значения R1 и R2, так как завышенные номиналы повлекут за собой излишнее падение напряжения, а заниженные будут перегреваться, затрачивая энергию на нагрев.

Рассчитывая делитель, обычно подбирают значение его тока в несколько раз (например, в 10) больше, чем ампераж подключаемой нагрузки. Далее, зная ток и напряжение, вычисляют суммарное сопротивление (R1+R2). Далее по таблицам подбирают ближайшие стандартные значения R1 и R2 (учитывая их допустимую мощность, чтобы избежать чрезмерного нагрева).

fb.ru

Шаг 3. Что такое делитель напряжения?

В самом простом случае делитель напряжения представляет собой два последовательно соединенных резистора (могут быть и конденсаторы - такой делитель будет работать для переменного напряжения). Казалось бы, что тут такого. Но изюминка в том, что можно с его помощью "разделить" напряжение, и получить на выходе напряжение, которое меньше входного. На сколько меньше? Это зависит от трех переменных: напряжения поданного на вход делителя и резисторов R1-R2. Если тебе лень разбираться, можно просто пользоваться формулой выше. А мы пойдём дальше.

Чтобы понять как возможно такое "разделение" напряжения следует вспомнить правила Кирхгофа и что такое падение напряжения на элементе цепи.

Падение напряжения

Это вообще просто. Напряжением же называется разность потенциалов. UR1 =φ1 - φ2. Так вот если измерить напряжение, к примеру, до резистора R1 и после него, то после R1 напряжение будет меньше — оно "упало" (закон Ома!). Поэтому напряжение, измеренное на выводах какого-либо компонента схемы и называют падением напряжения.

Правила Киргофа

Их всего два. Во-первых, в узлах цепи сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из узла. Таким образом токи в узлах не теряются — сколько вошло, столько же вышло.

Во-вторых, сумма ЭДС замкнутой цепи равняется сумме падений напряжений вдоль этой цепи. Звучит замудрённо. Для схемы на картинке выше второе правило Кирхгофа будет выполняться так: Uвх = UR1+UR2, — т.е. напряжение никуда просто так не исчезает. Оно "падает" на компонентах цепи и сумма "падений" напряжения будет равна исходному значению напряжения. В нашем случае Uвх.

Вывод формулы

Как я уже говорил, можно просто пользоваться формулой на картинке выше. Она работает. Но тебе же этого мало? Хочется понять почему так?

По первому правилу Кирхгофа следует что через R1, R2 будет протекать один и тот же ток I. Тогда по второму правилу Кирхгофа:

Uвх = UR1+UR2 = I*R1 + I*R2 = I*(R1 + R2). Выразим ток и получим: I = Uвх / (R1 + R2).Пользуясь законом Ома: UR2 = Uвых = I*R2 = Uвх / (R1 + R2) * R2

Всё просто!

Где применять?

Хочется того или нет, делители напряжения используются повсеместно. Но чаще всего специально думать о них не приходиться, кроме тех случаев, когда нужен делитель с определенным коэффициентом деления. Кстати, всем известные переменные резисторы могут использоваться как делители напряжения.

Открою секрет. Есть ещё делители тока. Простейший делитель тока — это два резистора, соединенных параллельно.

mp16.ru

Резистивный делитель напряжения. Расчет делителя напряжения на резисторах

При проектировании электрических цепей возникают случаи, когда необходимо уменьшить величину напряжения (разделить его на несколько частей) и только часть подавать на нагрузку. Для этих целей используют делители напряжения. Они основаны на втором законе Кирхгофа.

Самая простая схема - резистивный делитель напряжения. Последовательно с источником напряжения подключаются два сопротивления R1 и R2.

При последовательном подключении сопротивлений через них протекает одинаковый ток I.

В результате, согласно закону Ома, напряжения на резисторах делится пропорционально их номиналу.

Подключаем нагрузку параллельно к R1 или к R2. В результате на нагрузке будет напряжение равное UR2.

Примеры применения делителя напряжения

Как делитель напряжения. Представьте, что у Вас есть лампочка, которая может работать только от 6 вольт и есть батарейка на 9 вольт. В этом случае при подключении лампочки к батарейке, лампочка сгорит. Для того, чтобы лампочка работала в номинальном режиме, напряжение 9 В необходимо разделить на 6 и 3 вольта. Данную задачу выполняют простейшие делители напряжения на резисторах.
Датчик параметр - напряжение. Сопротивление резистивных элементов зависит от многих параметров, например температура. Помещаем одно из сопротивлений в среду с изменяющейся температурой. В результате при изменении температуры будет изменяться сопротивление одного из делителей напряжения. Изменяется ток через делитель. Согласно закону Ома входное напряжение перераспределяется между двумя сопротивлениями.

Усилитель напряжения. Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения. Это возможно, если динамическое сопротивление одного из элементов делителя отрицательное, например на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Ограничения при использовании резистивных делителей напряжения

Номинал сопротивлений делителя напряжения на резисторах должен быть в 100 - 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки, подключаемой к делителю. В противном случае сопротивление нагрузки уменьшит величину разделенного делителем напряжения.
Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к большим потерям активной мощности. Через делитель протекают большие токи. Необходимо подбирать сопротивления, чтобы они не перегорали и могли рассеять такую величину отдаваемой энергии в окружающую среду.
Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы, индукционные печи.

Снижение КПД схемы за счет потерь на активных элементах делителя напряжения.
Для получения точных результатов в делителе напряжения необходимо использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

www.kurstoe.ru

Расчет делителя напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях - Help for engineer

Расчет делителя напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях

Делитель напряжения используется в электрических цепях, если необходимо понизить напряжение и получить несколько его фиксированных значений. Состоит он из двух и более элементов (резисторов, реактивных сопротивлений). Элементарный делитель можно представить как два участка цепи, называемые плечами. Участок между положительным напряжением и нулевой точкой – верхнее плечо, между нулевой и минусом – нижнее плечо.

Делитель напряжения на резисторах может применятmся как для постоянного, так и для переменного напряжений. Применяется для низкого напряжения и не предназначен для питания мощных машин. Простейший делитель состоит из двух последовательно соединенных резисторов:

На резистивный делитель напряжения подается напряжение питающей сети U, на каждом из сопротивлений R1 и R2 происходит падение напряжения. Сумма U1 и U2 и будет равна значению U.

В соответствии с законом Ома (1):

Падение напряжения будет прямо пропорционально значению сопротивления и величине тока. Согласно первому закону Кирхгофа, величина тока, протекающего через сопротивления одинакова. С чего следует, что падение напряжения на каждом резисторе (2,3):

Тогда напряжение на всем участке цепи (4):

Отсюда определим, чему равно значение тока без включения нагрузки (5):

Если подставить данное выражение в (2 и 3), то получим формулы расчета падения напряжения для делителя напряжения на резисторах (6, 7):

Необходимо упомянуть, что значения сопротивлений делителя должны быть на порядок или два (все зависит от требуемой точности питания) меньше, чем сопротивление нагрузки. Если же это условие не выполняется, то при приведенном расчете подаваемое напряжение будет посчитано очень грубо.

Для повышения точности необходимо сопротивление нагрузки принять как параллельно подсоединенный резистор к делителю. А также использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

Онлайн подбор сопротивлений для делителя

Пусть источник питания выдает 24 В постоянного напряжения, примем, что величина сопротивления нагрузки переменная, но минимальное значение равно 15 кОм. Необходимо рассчитать параметры резисторов для делителя, выходное напряжение которого равно 6 В.

Таким образом, напряжения: U=24 B, U2=6 В; сопротивление резисторов не должно превышать 1,5 кОм (в десять раз меньше значения нагрузки). Принимаем R1=1000 Ом, тогда используя формулу (7) получим:

выразим отсюда R2:

Зная величины сопротивления обоих резисторов, найдем падение напряжения на первом плече (6):

Ток, который протекает через делитель, находится по формуле (5):

Схема делителя напряжения на резисторах рассчитана выше и промоделирована:

Использование делителя напряжения очень неэкономичный, затратный способ понижения величины напряжения, так как неиспользуемая энергия рассеивается на сопротивлении (превращается в тепловую энергию). КПД очень низкий, а потери мощности на резисторах вычисляются формулами (8,9):

По заданным условиям, для реализации схемы делителя напряжения необходимы два резистора:

		1. R1=1 кОм, P1=0,324 Вт.
		2. R2=333,3 Ом, P2=0,108 Вт.

Полная мощность, которая потеряется:

Делитель напряжения на конденсаторах применяется в схемах высокого переменного напряжения, в данном случае имеет место реактивное сопротивление.

Сопротивление конденсатора рассчитывается по формуле (10):

		где С – ёмкость конденсатора, Ф;
		f – частота сети, Гц.

Исходя из формулы (10), видно, что сопротивление конденсатора зависит от двух параметров: С и f. Чем больше ёмкость конденсатора, тем сопротивление его ниже (обратная пропорциональность). Для ёмкостного делителя расчет имеет такой вид (11, 12):

Еще один делитель напряжения на реактивных элементах – индуктивный, который нашел применение в измерительной технике. Сопротивление индуктивного элемента при переменном напряжении прямо пропорционально величине индуктивности (13):

где L – индуктивность, Гн.

Падение напряжения на индуктивностях (14,15):

Добавить комментарий

h4e.ru

Делитель напряжения | Электронные печеньки

Что такое делитель напряжения?

Делитель напряжения — устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи. Делитель можно представить, как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Чаще всего делитель напряжения строится из двух резисторов. Такой делитель называют резисторным. Каждый резистор в таком делителе называют плечом. Плечо соединённое с землёй называют нижним, то что соединено с плюсом — верхним. Точка соединения двух резисторов называется средним плечом или средней точкой. Если говорить совсем упрощённо, то можно представить среднее плечо, как бассейн. Делитель напряжения позволяет нам управлять двумя «шлюзами», «сливая» напряжение в землю (уменьшая сопротивление нижнего плеча) или «подливая» напряжения в бассейн (уменьшая сопротивление верхнего плеча). Таким образом, делитель может использоваться для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть.

Принципиальная схема делителя напряжения

В рассматриваемом примере на вход (Uвх) подаётся напряжение 9В. Предположим, нам нужно получить на выходе (Uвых) 5В. Каким образом расчитать резисторы для делителя напряжения?

Расчёт делителя напряжения

Многие сталкиваются с тем, что не существует формул для расчёта сопротивлений в делителе. На самом деле, такие формулы легко вывести. Но обо всё по порядку. Для наглядности, начнём расчёт с конца, т.е. расчитаем напряжение на выходе, зная номиналы резисторов.

Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков, пока к среднему плечу (Uвых) ничего не подключено. Общее сопротивление резисторов при последовательном соединении равняется сумме их сопротивлений:

Rобщ = R1 + R2 = 400 + 500 = 900 Ом

По закону Ома находим силу тока, протекающего через резисторы:

I = Uвх / Rобщ = 9В / 900 Ом = 0.01 А = 10 мА

Теперь, когда нам известен ток в нижнем плече (ток, проходящий через R2), раcчитаем напряжение в нижнем плече (Опять закон Ома):

Uвых = I * R2 = 0.01А * 500 Ом = 5В

Или упрощая цепочку вычислений:

Uвых = Uвх * (R2 / (R1+R2))

Применив немного математики и прочих знаний, сдобрив всё законом Ома, можно получить следующие формулы:

R1 = (Uвх-Uвых)/Iд+Iн

R2 = Uвых / Iд

Здесь Iд и Iн — ток делителя и ток нагрузки соответственно. В общем случае, не нужно даже знать, что это за токи такие. Можно просто принять их равными Iд = 0.01 А (10 мА), а Iн = 0. То есть рассматривать делитель без нагрузки. Это приемлемо до тех пор, пока мы используем делитель только для измерений напряжения (а во всех примерах в нашей базе знаний он именно так и используется). Тогда формулы упростятся:

R1 = (Uвх-Uвых) * 100

R2 = Uвых * 100

P.S. Это совсем не важно, но обратите внимание: 100 — это не физическая величина. После принятия условия, что Iд у нас всегда равен 0.01 А, это просто коэффициент, получившийся при переносе 0.01 в числитель.

Проверяем:

Входящее напряжение у нас 9 вольт, хотим получить 5 вольт на выходе. Подставляем значения в формулу, получаем:

R1 = (9-5) * 100 = 400 Ом

R2 = 5 * 100 = 500 Ом

Всё сходится!

Применение делителя напряжений

В основном делитель напряжения используется там, где нужно измерить изменяющееся сопротивление. На этом принципе основано считывание значений с фоторезистора: фоторезистор включается в делитель в качестве одного плеча. Второе плечо представляет собой постоянный резистор. Аналогичным образом можно считывать показания терморезистора.

uscr.ru

Делитель напряжения

Делитель напряжения применяют с целью получения части напряжения, для отдельных компонентов схемы, используя всего один источник питания.

Принципиальная схема делителя напряжения до элементарного проста и состоит всего из двух резисторов. Главным в ее сборке остается правильный расчет сопротивления резисторов, необходимый для получения конкретного напряжения, и мощности, проходящей через них.

К примеру, для делителя напряжения возьмем сопротивлением исходя из расчетов:

Расчет резисторов для делителя напряжения происходит с конца схемы, а именно имеем изначальные данные: Нагрузка устройства (части компонентов на схеме), для которого рассчитываем делитель напряжения (I) – 20 mA; необходимо получить ток (Uout) – 5 v.

R2 = Uout / I = 5 v / 0.02A = 250 Om;

Зная сопротивление резистора R2, можем найти сопротивление резистора R1:

R1 = Uin / I – R2 = 12 v / 0.02A – 250 Om = 350 Om;

Расчет делителя напряжения окончен, но не все на практике так хорошо, как в теории. Так как нагрузка на выходе делителя напряжения имеет свое сопротивление, расчет необходимо производить с поправкой на это.

Помним, что нагрузка у нас составляет 20 mA, исходя из этого, по закону Ома, рассчитываем сопротивление нагрузки:

Rнагр = U / I = 5 v / 0.02 A = 250 Om;

Как видно, данный расчет мы уже производили выше для резистора R2 делителя напряжения.

В данном случае нагрузка служит параллельным сопротивлением резистору R2, и все расчеты следует поправить, иначе мы потеряем почти 2v:

Rобщ(Rнагр и R2) = Rнагр *R2 / (Rнагр +R2) = 250 * 250 / 250 + 250 = 125 Om;

Uout = Uin( Rобщ / (R1 + Rобщ ) ) = 12 v ( 125 Om / ( 350 Om + 125 Om) ) = 3,16 v;

Исходя из этого, сопротивление резистора R1 необходимо рассчитывать по формуле:

R1 = Uin / Uout * Rобщ – Rобщ = 12 v / 5 v * 125 Om – 125 Om = 175 Om;

Делаем проверку:

Uout = Uin( Rобщ / (R1 + Rобщ ) ) = 12 v ( 125 Om / ( 175 Om + 125 Om) ) = 5 v;

Расчет резисторов необходимых для нашего делителя напряжения закончен, осталось выяснить тип резистора, способный выдержать нагрузку. Рассчитываем мощность, проходящую через резистор делителя напряжения:

P = Uin2 / R1 = 12 v * 12 v / 175 Om ≈ 0,823 Watt;

Делаем вывод, что нам подойдут резисторы, например МЛТ-1 – мощностью не менее 1 Watt.

Применять такого типа делители напряжения можно, только если подключаемая нагрузка потребляет от долей до нескольких десятков миллиампер тока. Данный делитель напряжения никак нельзя использовать для питания мощных приборов, таких как ламп, двигателей и т.д.

Также в качестве эксперимента можно произвести масштабируемость сопротивлений делителя напряжения. Но помните, что чем меньше сопротивление в резисторах делителя напряжения, тем больше на них нагрузка и больше расход энергии.

Делители напряжения удачно подходят для преобразования сигнала с датчиков на основе резисторов. Такие резисторы как фоторезисторы, терморезисторы, тензорезисторы и т.д. способны изменять свое сопротивление в ходе воздействия на них окружающей среды. Подключение такого сенсора к выходу делителя напряжения или вместо одного из резисторов R1 и R2 и вольтметра к точке Uout можно снимать показания.

Страницы:

best-chart.ru

Делитель напряжения - это... Что такое Делитель напряжения?

Дели́тель напряже́ния — устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи .[1]

В качестве делителя напряжения обычно применяют регулируемые сопротивления (потенциометры). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним, а другое — верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах.[1] Сопротивление может быть как активным, так и реактивным.

Резистивный делитель напряжения

Схема простейшего резистивного делителя напряжения

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора и , подключённых к источнику напряжения . Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с Первым правилом Кирхгофа. Падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению (ток, как было установлено ранее, одинаков):

Для каждого резистора:Разделив выражение для на выражение для в итоге получаем: Таким образом, отношение напряжений и в точности равно отношению сопротивлений и .Используя равенство, в котором , а И, выражая из него соотношение для тока:Получим формулу, связывающую выходное ( ) и входное ( ) напряжение делителя:

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму. Сначала необходимо определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), потребляемого нагрузкой, но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения . Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления . Остается только взять конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда, отношение величин которых близко́ требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетной. При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления, допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов — она должна превышать выделяемую на них мощность , где — ток источника при отключенной нагрузке (в этом случае через резисторы течет максимально возможный ток) .

Применение

Делитель напряжения имеет важное значение в схемотехнике. В качестве реактивного делителя напряжения как пример можно привести простейший электрический фильтр, а в качестве нелинейного — параметрический стабилизатор напряжения.

Делители напряжения использовались как электромеханическое запоминающее устройство в АВМ. В таких устройствах запоминаемым величинам соответствуют углы поворота реостатов. Подобные устройства могут неограниченное время хранить информацию.[1]

Усилитель напряжения

Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения — это возможно, если , а — отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода[источник не указан 213 дней]

Ограничения в применении резистивных делителей напряжения

Номинал сопротивлений делителя должен быть в 100 - 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки.

Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к возникновению больших токов в делителе. Снижается КПД схемы из-за нагрева сопротивлений.

Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы.

Нормативно-техническая документация

ГОСТ 11282-93 (МЭК 524-75) — Резистивные делители напряжения постоянного тока

Примечания

↑ 1 2 3 Словарь по кибернетике / Под редакцией академика В. С. Михалевича. — 2-е. — Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии имени М. П. Бажана, 1989. — 751 с. — (С48). — 50 000 экз. — ISBN 5-88500-008-5

Ссылки

dic.academic.ru