Jaka jest reguła dzielnika napięcia: przykłady i jej zastosowania

Jaka jest reguła dzielnika napięcia: przykłady i jej zastosowania

W elektronice zasada dzielnika napięcia jest prosta i najważniejsza obwód elektryczny , który służy do zmiany dużego napięcia na małe napięcie. Używając tylko napięcia i / p i dwóch rezystorów szeregowych, możemy uzyskać napięcie o / p. Tutaj napięcie wyjściowe jest ułamkiem napięcia i / p. Najlepszym przykładem dzielnika napięcia jest to, że dwa rezystory są połączone szeregowo. Kiedy napięcie i / p zostanie przyłożone do pary rezystorów, a napięcie o / p pojawi się z połączenia między nimi. Ogólnie rzecz biorąc, dzielniki te są używane do zmniejszania wielkości napięcia lub do tworzenia napięcia odniesienia, a także używane przy niskich częstotliwościach jako tłumik sygnału. W przypadku prądu stałego i stosunkowo niskich częstotliwości dzielnik napięcia może być odpowiednio doskonały, jeśli jest wykonany tylko z rezystorów, w przypadku których wymagana jest odpowiedź częstotliwościowa w szerokim zakresie.



Jaka jest reguła dzielnika napięcia?

Definicja: W dziedzinie elektroniki dzielnik napięcia jest podstawowym obwodem, używanym do generowania części napięcia wejściowego, podobnie jak wyjście. Ten obwód może być zaprojektowany z dwoma rezystorami, w przeciwnym razie dowolne elementy pasywne wraz ze źródłem napięcia. Rezystory w obwodzie mogą być połączone szeregowo, podczas gdy źródło napięcia jest podłączone do tych rezystorów. Ten obwód jest również nazywany potencjalnym dzielnikiem. Napięcie wejściowe może być przenoszone między dwoma rezystorami w obwodzie, dzięki czemu następuje podział napięcia.


Kiedy stosować regułę dzielnika napięcia?

Reguła dzielnika napięcia służy do rozwiązywania obwodów w celu uproszczenia rozwiązania. Stosowanie tej zasady może również dogłębnie rozwiązywać proste obwody. Główna koncepcja tej zasady dzielnika napięcia brzmi: „Napięcie jest dzielone między dwa rezystory połączone szeregowo wprost proporcjonalnie do ich rezystancji. Dzielnik napięcia składa się z dwóch ważnych części: obwodu i równania.





Różne schematy dzielnika napięcia

Dzielnik napięcia zawiera źródło napięcia na szeregu dwóch rezystorów. Możesz zobaczyć różne obwody napięciowe narysowane na różne sposoby, które pokazano poniżej. Ale te różne obwody powinien być zawsze taki sam.

Schemat dzielnika napięcia

Schemat dzielnika napięcia



W powyższych różnych obwodach dzielnika napięcia rezystor R1 znajduje się najbliżej napięcia wejściowego Vin, a rezystor R2 znajduje się najbliżej zacisku uziemienia. Spadek napięcia na rezystorze R2 nazywa się Vout, które jest podzielonym napięciem obwodu.

Obliczanie dzielnika napięcia

Rozważmy następujący obwód połączony za pomocą dwóch rezystorów R1 i R2. Gdzie rezystor zmienny jest podłączony między źródłem napięcia. W poniższym obwodzie R1 jest rezystancją między ślizgowym stykiem zmiennej a zaciskiem ujemnym. R2 to rezystancja między zaciskiem dodatnim a stykiem ślizgowym. Oznacza to, że dwa rezystory R1 i R2 są połączone szeregowo.


Zasada dzielnika napięcia przy użyciu dwóch rezystorów

Zasada dzielnika napięcia przy użyciu dwóch rezystorów

Prawo Ohma mówi, że V = IR

Z powyższego równania możemy otrzymać następujące równania

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Stosowanie prawa napięcia Kirchhoffa

KVL stwierdza, że ​​gdy algebraiczna suma napięcia wokół zamkniętej ścieżki w obwodzie jest równa zeru.

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0

V (t) = V1 (t) + v2 (t)

W związku z tym

V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

W związku z tym

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Podstawienie III w równaniach I i 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)

Powyższy obwód pokazuje dzielnik napięcia między dwoma rezystorami, który jest wprost proporcjonalny do ich rezystancji. Tę zasadę dzielnika napięcia można rozszerzyć na obwody zaprojektowane z więcej niż dwoma rezystorami.

Zasada dzielnika napięcia za pomocą trzech rezystorów

Zasada dzielnika napięcia za pomocą trzech rezystorów

Zasada podziału napięcia dla obwodu dwóch rezystorów powyżej

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

Równanie dzielnika napięcia

Równanie z regułą dzielnika napięcia przyjmuje, gdy znasz trzy wartości w powyższym obwodzie, są to napięcie wejściowe i dwie wartości rezystora. Korzystając z następującego równania, możemy znaleźć napięcie wyjściowe.

Vault = Vin. R2 / R1 + R2

Z powyższego równania wynika, że ​​Vout (napięcie o / p) jest wprost proporcjonalne do Vin (napięcie wejściowe) i stosunku dwóch rezystorów R1 i R2.

Rezystancyjny dzielnik napięcia

Jest to bardzo łatwy i prosty obwód do zaprojektowania i zrozumienia. Podstawowy typ obwodu pasywnego dzielnika napięcia może być zbudowany z dwóch rezystorów połączonych szeregowo. Ten obwód wykorzystuje zasadę dzielnika napięcia do pomiaru spadku napięcia na każdym rezystorze szeregowym. Obwód rezystancyjnego dzielnika napięcia pokazano poniżej.

W obwodzie dzielnika rezystancyjnego dwa rezystory, takie jak R1 i R2, są połączone szeregowo. Więc przepływ prądu w tych rezystorach będzie taki sam. Dlatego zapewnia spadek napięcia (I * R) na każdym oporniku.

Typ rezystancyjny

Typ rezystancyjny

Za pomocą źródła napięcia do tego obwodu doprowadzane jest napięcie. Stosując KVL i prawo Ohma do tego obwodu, możemy zmierzyć spadek napięcia na rezystorze. Zatem przepływ prądu w obwodzie można podać jako

Stosując KVL

VS = VR1 + VR2

Zgodnie z prawem Ohma

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

Przepływ prądu przez obwód szeregowy wynosi I = V / R zgodnie z prawem Ohma. Więc przepływ prądu jest taki sam w obu rezystorach. Teraz można obliczyć spadek napięcia na rezystorze R2 w obwodzie

IR2 = VR2 / R2

Vs / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

Podobnie spadek napięcia na rezystorze R1 można obliczyć jako

IR1 = VR1 / R1

Vs / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Pojemnościowe dzielniki napięcia

Pojemnościowy obwód dzielnika napięcia generuje spadki napięcia na kondensatorach, które są połączone szeregowo z zasilaniem AC. Zwykle są one używane do redukcji bardzo wysokich napięć w celu zapewnienia niskiego napięcia wyjściowego. Obecnie te separatory mają zastosowanie w tabletach z ekranem dotykowym, telefonach komórkowych i urządzeniach wyświetlających.

W odróżnieniu od rezystancyjnych obwodów dzielnika napięcia, pojemnościowe dzielniki napięcia działają z zasilaniem sinusoidalnym, ponieważ podział napięcia między kondensatorami można obliczyć za pomocą reaktancji kondensatorów (Xdo), która zależy od częstotliwości zasilania AC.

Typ pojemnościowy

Typ pojemnościowy

Wzór na reaktancję pojemnościową można wyprowadzić jako

Xc = 1 / 2πfc

Gdzie:

Xc = Reaktancja pojemnościowa (Ω)

π = 3,142 (stała liczbowa)

ƒ = częstotliwość mierzona w hercach (Hz)

C = pojemność mierzona w faradach (F)

Reaktancję każdego kondensatora można zmierzyć na podstawie napięcia, a także częstotliwości źródła prądu przemiennego i zastąpić je w powyższym równaniu, aby uzyskać równoważne spadki napięcia na każdym kondensatorze. Obwód pojemnościowego dzielnika napięcia pokazano poniżej.

Korzystając z tych kondensatorów, które są połączone szeregowo, możemy określić spadek napięcia RMS na każdym kondensatorze pod względem ich reaktancji po podłączeniu do źródła napięcia.

Xc1 = 1 / 2πfc1 i Xc2 = 1 / 2πfc2

XCT= XC1+ XC2

VC1= Vs (XC1/ XCT)

VC2= Vs (XC2/ XCT)

Dzielniki pojemnościowe nie pozwalają na wejście DC.

Proste równanie pojemnościowe dla wejścia AC to

Vault = (C1 / C1 + C2). Win

Indukcyjne dzielniki napięcia

Indukcyjne dzielniki napięcia spowodują spadki napięcia na cewkach, w przeciwnym razie cewki indukcyjne są połączone szeregowo przez zasilanie AC. Składa się z cewki, w przeciwnym razie pojedynczego uzwojenia, które jest rozdzielone na dwie części, gdy tylko napięcie o / p jest pobierane z jednej z części.

Najlepszym przykładem tego indukcyjnego dzielnika napięcia jest autotransformator z kilkoma punktami odczepowymi wraz z uzwojeniem wtórnym. Indukcyjny dzielnik napięcia między dwoma cewkami można zmierzyć za pomocą reaktancji cewki oznaczonej jako XL.

Typ indukcyjny

Typ indukcyjny

Wzór na reaktancję indukcyjną można wyprowadzić jako

XL = 1 / 2πfL

„XL” to reaktancja indukcyjna mierzona w omach (Ω)

π = 3,142 (stała liczbowa)

„Ƒ” to częstotliwość mierzona w hercach (Hz)

„L” to indukcyjność mierzona w Henries (H)

Reaktancję dwóch cewek można obliczyć, znając częstotliwość i napięcie zasilania AC i wykorzystując je za pomocą prawa dzielnika napięcia, aby uzyskać spadek napięcia na każdej cewce, pokazano poniżej. Poniżej przedstawiono indukcyjny obwód dzielnika napięcia.

Używając dwóch cewek połączonych szeregowo w obwodzie, możemy zmierzyć spadki napięcia RMS na każdym kondensatorze pod względem ich reaktancji po podłączeniu do źródła napięcia.

XL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2

XLT = XL1+ XL2

VL1 = Vs ( XL1/ XLT)

VL2 = Vs ( XL2/ XLT)

Wejście AC można podzielić za pomocą dzielników indukcyjnych na podstawie indukcyjności:

Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin

To równanie dotyczy cewek indukcyjnych, które nie oddziałują ze sobą, a wzajemna indukcyjność w autotransformatorze zmieni wyniki. Wejście DC można rozdzielić na podstawie rezystancji elementów zgodnie z zasadą dzielnika rezystancyjnego.

Przykładowe problemy z dzielnikiem napięcia

Przykładowe problemy z dzielnikiem napięcia można rozwiązać za pomocą powyższych obwodów rezystancyjnych, pojemnościowych i indukcyjnych.

1). Załóżmy, że całkowita rezystancja rezystora zmiennego wynosi 12 Ω. Styk ślizgowy jest umieszczony w punkcie, w którym rezystancja jest podzielona na 4 Ω i 8 Ω. Rezystor zmienny jest podłączony do akumulatora 2,5 V. Zbadajmy napięcie, które pojawia się na woltomierzu podłączonym do sekcji 4 Ω rezystora zmiennego.

Zgodnie z zasadą dzielnika napięcia spadki napięcia będą wynosić,

Vout = 2,5 V x 4 Ω / 12 Ω = 0,83 V.

2). Gdy dwa kondensatory C1-8uF i C2-20uF są połączone szeregowo w obwodzie, spadki napięcia RMS można obliczyć na każdym kondensatorze, gdy są one podłączone do zasilania 80 Hz RMS i 80 woltów.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 oma

Xc2 = 1 / 2πfc2

1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 omów

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). Gdy dwie cewki indukcyjne L1-8 mH i L2-15 mH są połączone szeregowo, możemy obliczyć spadek napięcia RMS na każdym kondensatorze po ich podłączeniu do zasilania 40 V, 100 Hz RMS.

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 omów

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3,14x100x15x10-3

9,42 oma

XLT = XL1 + XL2

14,444 omów

VL1 = Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 V.

VL2 = Vs (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 V.

Punkty odczepu napięcia w sieci rozdzielaczy

Gdy liczba rezystorów jest połączona szeregowo przez źródło napięcia Vs w obwodzie, wówczas różne punkty odczepu napięcia można uznać za A, B, C, D i E

Całkowity opór w obwodzie można obliczyć, dodając wszystkie wartości rezystancji, takie jak 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kiloomów. Ta wartość rezystancji ograniczy przepływ prądu w całym obwodzie, który wytwarza napięcie zasilające (VS).

Różne równania, które są używane do obliczenia spadku napięcia na rezystorach, to VR1 = VAB,

VR2 = VBC, VR3 = VCD i VR4 = VDE.

Poziomy napięcia w każdym punkcie odczepu są obliczane w odniesieniu do zacisku GND (0V). Dlatego poziom napięcia w punkcie „D” będzie odpowiadał VDE, natomiast poziom napięcia w punkcie „C” będzie odpowiadał VCD + VDE. Tutaj poziom napięcia w punkcie „C” to wielkość dwóch spadków napięcia na dwóch rezystorach R3 i R4.

Zatem dobierając odpowiedni zestaw wartości rezystorów, możemy wykonać serię spadków napięcia. Te spadki napięcia będą miały względną wartość napięcia, którą można uzyskać tylko z napięcia. W powyższym przykładzie każda wartość napięcia o / p jest dodatnia, ponieważ zacisk ujemny źródła napięcia (VS) jest podłączony do zacisku uziemienia.

Zastosowania dzielnika napięcia

Plik zastosowania dzielnika głosowania obejmują następujące elementy.

  • Dzielnik napięcia stosuje się tylko tam, gdzie napięcie jest regulowane poprzez obniżenie określonego napięcia w obwodzie. Jest stosowany głównie w takich systemach, w których efektywność energetyczna niekoniecznie musi być traktowana poważnie.
  • W naszym codziennym życiu najczęściej dzielnik napięcia stosowany jest w potencjometrach. Najlepszym przykładem potencjometrów jest pokrętło regulacji głośności dołączane do naszych systemów muzycznych, tranzystory radiowe itp. Podstawowa konstrukcja potencjometru zawiera trzy piny, które pokazano powyżej. W tym przypadku dwa piny są połączone z rezystorem, który znajduje się wewnątrz potencjometru, a pozostały pin jest połączony ze stykiem wycierającym, który ślizga się po rezystorze. Gdy ktoś zmieni gałkę na potencjometrze to na stabilnych stykach pojawi się napięcie i styk wyciera się zgodnie z zasadą dzielnika napięcia.
  • Dzielniki napięcia służą do regulacji poziomu sygnału, pomiaru napięcia i polaryzacji aktywnych urządzeń we wzmacniaczach. Multimetr i mostek Wheatstone'a zawierają dzielniki napięcia.
  • Do pomiaru rezystancji czujnika można użyć dzielników napięcia. Aby utworzyć dzielnik napięcia, czujnik jest połączony szeregowo ze znaną rezystancją, a znane napięcie jest przykładane do dzielnika. Plik Analogowy do cyfrowego konwertera mikrokontrolera jest podłączony do środkowego zaczepu dzielnika, dzięki czemu można zmierzyć napięcie zaczepu. Korzystając ze znanej rezystancji, można obliczyć zmierzoną rezystancję czujnika napięcia.
  • Dzielniki napięcia służą do pomiaru czujnika, napięcia, przesunięcia poziomu logicznego i regulacji poziomu sygnału.
  • Zasadniczo zasada dzielnika rezystora jest używana głównie do wytwarzania napięć odniesienia, w przeciwnym razie zmniejsza się wielkość napięcia, dzięki czemu pomiar jest bardzo prosty. Dodatkowo działają one jako tłumiki sygnału przy niskiej częstotliwości
  • Jest stosowany w przypadku skrajnie mniejszej liczby częstotliwości i prądu stałego
  • Pojemnościowy dzielnik napięcia stosowany w przesyłaniu mocy do kompensacji pojemności obciążenia i pomiaru wysokiego napięcia.

To wszystko o podziale napięcia zasada z obwodami, zasada ta ma zastosowanie zarówno do źródeł napięcia AC, jak i DC. Ponadto wszelkie wątpliwości dotyczące tej koncepcji lub projekty elektroniczne i elektryczne , prosimy o wyrażenie opinii, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest główna funkcja reguły dzielnika napięcia?