Резистивный делитель напряжения: Voltage Divider Calculator

Емкостной делитель напряжения ⋆ diodov.net

Простейший емкостной делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов и используется для снижения величины U на отдельных элементах электрической цепи.

Делитель постоянного напряжения на конденсаторах чаще всего применяют многоуровневых инверторов напряжения, широко используемых как на электроподвижном составе, так и в других направлениях силовой электроники.

Главная сложность практического применения такой схемы (и всех подобных схем) заключается в невозможности обеспечения равномерного разряда конденсаторов, вследствие чего напряжения на них будет распределяться не поровну. Чем сильнее разряжен один конденсатор по сравнению с другим (иди с другими), тем большая разница в U будет на них, что наглядно отображает формула:

По этой причине подобные схемы крайне нестабильно работают и обязательно предусматривают узлов подзарядки конденсаторов с целью выравнивания напряжения на последних.

Емкостной делитель напряжения в цепи переменного тока

В радиоэлектронике в большей степени находят применение емкостные делители переменного напряжения.

Конденсатор, как и катушка индуктивности, относится к реактивному элементу, то есть потребляет реактивную мощность от источника переменного тока, в отличие от резистора, который является активным элементов и потребляет исключительно активную мощность.

Реактивный элемент

Здесь следует кратко пояснить разницу между активной и реактивной мощностями. Активная мощность выполняет полезную работу и реализуется только в том случае, когда ток и напряжение направлены в одном направлении и не отстают друг от друга, то есть находятся в одной фазе, что имеет место только на резисторе. На конденсаторе ток отстает от напряжения на угол φ = 90°. В результате чего ток напряжение находятся в противофазе, поэтому когда ток имеет максимальное значение напряжение равно нулю, а произведение этих двух величин дают мощность, которая в таком случае равна нулю, так как один из множителей равен нулю. Следовательно, мощность не потребляется.

Аналогичные процессы протекают и в цепи с катушкой индуктивности. Разница лишь в том, что на индуктивности i отстает от u на угол φ = 90°.

Реактивная мощность проявляется только в цепях переменного тока. Она составляет часть полной мощности и определяется по формуле:

Реактивная мощность в отличие от активной, не потребляется нагрузкой, а циркулирует между источником питания и нагрузкой. Поэтому конденсатора и катушка индуктивности являются реактивными элементами, не потребляющими активную мощность и по этой причине они практически не нагреваются.

Расчет сопротивления делителя напряжения на конденсаторах заключается в определении необходимых значений сопротивлений.

Сопротивление конденсатора X_C является величиной не постоянной и зависит от частоты переменного тока f и емкости C:

Как видно из формулы, сопротивление снижается с увеличением частоты и емкости. Для постоянного тока, частота которого равна нулю, сопротивление стремится к бесконечности, поэтому, рассматриваемая далее схема емкостного делителя напряжения не применяется постоянном токе.

Для снижения величины u_вых, например в два раза, емкости C1 и C2 должны быть равны. Универсальные формулами для определения выходных u_вых1 и u_вых2 в зависимости от входного и емкостей C1 и C2 имеют вид, аналогичный для резисторных делителей:

Поскольку частота переменного тока для всех конденсаторов одинакова, то формулу можно упростить:

Индуктивный делитель напряжения

В качестве делителей переменного напряжения также, но гораздо реже, применяют катушки индуктивности, которые относятся к реактивным элементам. Однако, в отличие от конденсаторов, которые являются накопителями электрического поля, катушки индуктивности накапливают магнитное поле.

Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности L и частоты переменного тока f. С ростом этих параметров сопротивление катушки переменному току возрастает.

X_L = 2πfL.

Упрощенный вариант формулы:

Как вы наверняка уже заметили, чтобы рассчитать емкостной делитель напряжения достаточно знать емкости конденсаторов, а индуктивный делитель – индуктивности.

Еще статьи по данной теме

Делитель тока | Практическая электроника

Что такое делитель тока

Какие ассоциации у вас возникают при словосочетании “делитель тока”? У меня сразу возникает ассоциация с делителем потока. Давайте представим себе реку, у которой очень большой поток.

Это поток воды бежит с очень большой скоростью! Он смывает на своем пути камни, землю, деревья. Представьте, что эта река находится рядом с вашим домом. Через год-два ваш дом смоет под чистую! Чтобы этого не произошло, надо ослабить течение реки, чтобы ее поток был слабый. Например как здесь:

Но как это сделать? А почему бы нам  не прорыть большой канал, чтобы бОльшая часть воды текла через него. А это хорошая идея не так ли?

Весь смак заключается в том, что в каждой отдельной речке скорость воды будет меньше. В электротехнике и электронике все тоже самое! Река – это провод, сила потока  – это сила тока, ширина реки – сопротивление, напряжение – угол наклона реки. Все элементарно и просто!

Делитель тока на резисторах

Для того, чтобы разделить силу тока, нам потребуются два резистора. В статье про сопротивление мы знаем, что резисторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном соединении резисторов у нас на каждом резисторе падало напряжение, тем самым мы получили делитель напряжения. При параллельном соединении резисторов мы получим делитель тока.

Давайте рассмотрим вот такую схемку, состоящую из двух резисторов, соединенных параллельно:

Вот эти два резистора можно заменить одним резистором. Общее сопротивление будет равно:

Напряжение U между точками A и В считается общим для каждого резистора, так как у нас эти два резистора соединены параллельно. Значит, через них должен также протекать общий ток. Запомните правило, при параллельном соединении напряжение на резисторах одно и то же, а ток будет равен:

Как же нам определить, какой ток у нас проходит через каждый резистор? Согласно Закону Ома

Следовательно  получаем:

Отсюда 

и

Проще говоря, если вместо какого-то резистора подсоединить какую-нибудь нагрузку, например, вентилятор от компьютера, то мы можем регулировать в ней силу тока, а следовательно и мощность, параллельно выводам подключив какой-нибудь резистор. А какой именно, можно посмотреть на формулы. Этот процесс называется шунтирование.

Делитель тока на практике

Вот два наших резистора

Замеряем значение сопротивления первого толстого резистора. Кто не помнит, как это делается, прошу сюда.

Замеряем значение второго маленького резистора

Берем наш лабораторный блок питания и выставляем на нем 12 Вольт

Спаиваем два конца резисторов и замеряем силу тока сначала на толстом резисторе

Потом замеряем силу тока на тонком резисторе

Спаиваем их параллельно и замеряем силу тока на параллельно соединенных резисторах

У нас получилось, что общая сила тока через оба резистора будет равняться сумме токов, протекающих через каждый  отдельный резистор. 0,06 + 0,14 = 20. У нас же амперметр на блоке питания показал 0,21 Ампер. 0,01   – погрешность прибора.

Отсюда делаем вывод: сила тока, протекающая через параллельно соединенные резисторы будет равняться сумме токов, протекающих через каждый отдельный резистор.

Также про делитель тока можно прочитать в Википедии по этой ссылке.

как рассчитать формулой на резисторах

В электронике, радиотехнике, робототехнике, системотехнике и ещё ряде практических дисциплин важно добиться оптимальных значений для рабочих компонентов. Именно для этого и используются всевозможные элементы, как-то резисторы, транзисторы, тиристоры, конденсаторы и множество подобных им.

Что это

Делитель напряжения — это устройство, позволяющее получать из большего напряжения (как постоянного, так и переменного) меньшее. При построении схемы используется, как минимум, два элемента сопротивления. Если их величины одинаковые, то на выходе полученное значение составит половину значения на входе. В других случаях конечный результат определяется с помощью формул.

Делитель напряжения

Эти устройства особенно необходимы, если проводятся высоковольтные испытания электрооборудования. Дело в том, что большинство измерительных приборов предназначены для использования, если значение не превышает 1000В. Чтобы выполнить поставленную задачу и используется рассматриваемое устройство. Тогда полученное значение умножается на коэффициент и получается фиксируемое значение.

Разновидности

Разным сопротивлением выдерживается разная нагрузка. Но при этом существуют делители, отличающиеся не только по своим основным, но и по дополнительным параметрам. Несмотря на все эти нюансы и тонкости, главным является один — электрическое сопротивление.

Резисторные

Могут использоваться и для постоянного, и для переменного тока. Резисторы предназначены для низкого напряжения. Их нельзя использовать, если речь заходит о питании мощных машин. Самый простой вариант исполнения предусматривает последовательное соединение двух резисторов.

Резисторные делители напряжения

Как рассчитать делитель напряжения на резисторах? Для этого используется первый закон Кирхгофа и положения Ома. Так, величина тока, протекающая через резисторы, будет одинаковой. И для каждого из них необходимо рассчитывать получаемое значение. Падение при этом прямо пропорциональное величинам тока и сопротивления.

Емкостные

Это устройство предусматривает, что решено подключать конденсаторы для деления. Простейшая схема также состоит из двух элементов, соединённых последовательно. Такое решение популярно, если делается многоуровневый инвертор напряжения. Без них немыслимо ни одно направление силовой электроники. Например, работа электроподвижного состава.

Расчёт значения емкостного делителя

Расчет емкостного делителя напряжения в теории является более лёгким делом, нежели его реализация на практике. Ведь на пути стоит сложность невозможности обеспечения ситуации, когда конденсаторы разряжаются равномерно. Из-за этого, как бы не старались, не получиться добиться, чтобы напряжение распределялось поровну. Так, чем сильнее разряжен один конденсатор, тем ощутимее разница будет на другом. Ведь напряжение в этом случае определяется как результат деления заряда на емкость.

Создаваемые с конденсаторами схемы работают очень нестабильно. При их создании всегда должно предусматриваться создание узлов подзарядки. Они используются для выравнивания напряжения на конденсаторах.

Индуктивные

Широко применяются в измерительных устройствах. Являются масштабными электромагнитными преобразователями. В процессе работы могут возникать погрешности. Их источник — неравенство активных сопротивления и индуктивностей из-за рассеяния разных секций обмоток, переход напряжения на коммутационные и соединительные элементы, шунтирующие взаимовоздействия обмоток, проявление емкости нагрузки и паразитных факторов. Если возникают проблемы с самого начала, вероятнее всего, проблема именно в последнем.

Индуктивные делители

Важно! Дополнительно паразитные емкости являются основной причиной возникновения частотной погрешности, что ограничивается использование индуктивных делителей напряжения на высоких частотах. Самые простейшие варианты имеют довольно много недостатков. Но использование на индуктивных делителях напряжений микропроцессоров позволяет использовать алгоритм уравновешивания.

Формула расчёта делителя напряжения

Самый простой вариант в использовании — схема, построенная на резисторах. Для неё рассчитываются значения по каждому элементу. В таком случае формула расчёта: UR1 = I * R1 и UR2 = I * R2.

UR1 и UR2 показывают, как упадёт напряжение. Их сумма равна параметрам источника питания. Часто необходимо подсчитать ток. Для этого используют формулу: I = Uпит / (R1+R2).

Для лучшего понимания расчета резистивного делителя напряжения подойдёт небольшой пример. Допустим, что создана схема, в которой источник составляет 10 А и используются элементы на 20 000 и 80 000 Ом. В таком случае расчёт будет выглядеть следующим образом: I = 10 / (20 000 + 80 000) = 0,0001 А = 0,1 мА.

Формулы для расчёта значений

Результат этой формулы уже можно подставлять, чтобы узнать требуемые показатели:

• UR1 = 0,0001 * 20 000 = 2 В;
• UR2 = 0,0001 * 80 000 = 8 В.

Если немного изменить расчет делителя напряжения, то можно получить универсальную формулу: UR1 / R1 = Uпит / (R1+R2). За рамки был вынесен ток. Из формулы получается, что UR1 равно: = Uпит * R1 / (R1+R2). Как проверить правдивость этих размышлений? А очень просто — необходимо поставить данные и посмотреть, сходятся ли они с уже полученными значениями:

• UR1 = 10 * 20000 / (20000+80000) = 2 В;
• UR2 = 10 * 80000 / (20000+80000) = 8 В.

Как видно, получаемые значения совпадают. Это говорит о том, что расчеты правильные.

Как работает

На практике использование устройств несколько сложнее, чем просто рассчитать требуемые значения для элементов. Использование схемы замещения для делителей напряжения усложняет реалистичный учет фазовых и амплитудных характеристик. Эта проблема может быть решена исключительно экспериментальным путём. Затруднительно так сделать только если наблюдаются очень высокие частоты.

Графическое изображение работы

В качестве доступной альтернативы используется экспериментальное определение реакции схемы на прямоугольный импульс. Его суть — наблюдение за состоянием, когда на входе происходит скачкообразное изменение напряжения. При единичном воздействии можно наблюдать особенности работы благодаря переходной функции измерительной схемы.

Реакция определяется двумя способами:

• Первый предполагает, что на вход полностью собранной схемы подают периодически импульсы с амплитудой в 100В (50 или 100 раз в секунду). Фронт их нарастания должен составлять меньше 10-9 с. Получение таких импульсов не является делом сложным. Для этого можно воспользоваться механическими коммутаторами с герконом или ртутным реле. На выходе схемы измеряется реакция посредством осциллографа, на котором присутствует широкополосной усилитель, величина пропускания которого составляет до 109 Гц.
• Второй способ используется для схем, у которых напряжение составляет несколько десятков киловольт. В таком случае делают крутой срез посредством малоиндуктивного искрового промежутка, помещенного в условия сжатого газа. На выходе с помощью обычного осциллографа записывается реакция. Также вместо среза часто обращаются к использованию разряда заряженного кабеля и волнового сопротивления через искровой промежуток.

Описывая работу делителей напряжения, нельзя обойти вниманием постоянную времени. Чтобы правильно измерять показатели быстропротекающих процессов, необходимо добиться различия в 5-10 раз. Постоянная времени делителя должна быть меньше характеристического времени процесса. Если не получить разницу в 5-10 раз, то будут фиксироваться различные искажения. Наиболее вероятные — это затягивание фронта вместе с уменьшением амплитуды сигнала на выходе в сравнении с расчетными показателями.

Важно! При выборе делителя в первую очередь внимание обращают на его возможное влияние, оказываемое на источник напряжения, равно как и искажения основного параметра при измерении. Например, в случае использования обычных ГИН допустимыми считаются резисторные, емкостные и смешанные устройства, но только при соблюдении оговоренных условий. К таковым относятся значения емкости плеча высокого напряжения и сопротивление.

Схема

Вот четыре варианта возможного исполнения:

Схема интегрального делителя напряжения

Можно добиться разных значений, изменяя схему подключения и ориентируясь на задачи. Каждый элемент можно использовать как регулятор для напряжения, необходимо только правильно выстроить цепь, чтобы были отображены именно необходимые данные.

Область применения

Делитель очень важен в схемотехнике. Он может использоваться как простейший электрический фильтр или же быть параметрическим стабилизатором напряжения. Они могут выполнять роль электромеханических запоминающих устройств, которые помнят величину угла поворота реостата. Особенность делителей напряжения в том, что они могут хранить информацию неограниченное количество времени, хотя и не используются широко, поскольку присутствуют более совершенные средства. Современное использование заключается в следующем:

Коммерческое изделие

• Создание в усилителях цепей обратной связи. Резистивный делитель напряжения может использоваться для задания коэффициента усиления каскадов.
• Простейшие электрические фильтры.
• Усилители напряжения. Это возможно при условии, что второе сопротивление больше или равно первому, которое отрицательное. Подобное используется в туннельных диодах.
• Параметрический стабилизатор напряжения. Поработать с входным значением можно, если как нижнее плечо делителя используется стабилитрон.

Только перечисленным дело не ограничивается. Возможности применения делителя напряжения придумывает человек, использующий их в рамках доступных физических возможностей.

Делитель напряжения — это простое техническое устройство, что в определённых случаях бывает очень полезным. Выбор и создание конкретного прибора должен отталкиваться от поставленных технических целей.

Делитель напряжения: теория и принцип действия

Делитель напряжения позволяет получить меньшее напряжение из большего, напряжение может быть как постоянным, так и переменным.

Рис. 1. Схема простейшего делителя напряжения

Простейшая схема делителя напряжения содержит минимум два сопротивления. Если величины сопротивлений одинаковы, то согласно закону Ома, на выходе делителя будет получено напряжение, в два раза меньшее, чем на входе, так как падение напряжений на резисторах будет одинаковым. Для других случаев величина падения напряжений на резисторах делителя определяется по формулам

U_R1 = I*R1; U_R2 = I*R2       (1)

где U_R1, U_R2 — падения напряжения на резисторах R1 и R2 соответственно, I — ток в цепи. В схемах делителей выходное напряжение обычно снимают с нижнего по схеме резистора.

Сумма падений напряжений U_R1, U_R2 на резисторах равна напряжению источника питания. Ток в цепи будет равен напряжению источника питания, делённому на сумму сопротивлений резисторов R1 и R2:

I = U_пит / (R1 + R2)       (2)

Рассмотрим практическую схему делителя постоянного напряжения (рис.2)

Рис. 2. Делитель постоянного напряжения.

Ток, протекающий в этой схеме, согласно формуле (2) будет равен

I = 10 / (10000+40000) = 0,0002 А = 0,2 мА.

Тогда согласно формуле (1) падение напряжения на резисторах делителя напряжения будет равно:

U_R1 = 0,0002*10000 = 2 В;
U_R2 = 0,0002*40000 = 8 В.

Если из формулы (1) вывести ток:

I = U_R1 / R1       (3)

И подставить его значение в формулу (2), то получится универсальная формула для расчёта делителя напряжения:

U_R1 / R1 = U_пит / (R1 + R2)

Откуда

U_R1 = U_пит * R1 / (R1 + R2)       (4)

Подставляя значения напряжения и сопротивлений в формулу (4), получим величину напряжения на резисторе R1:

U_R1 = 10 * 10000 / (10000+40000) = 2 В,

и на резисторе R2:

U_R2 = 10 * 40000 / (10000+40000) = 8 В.

Делитель напряжения с реактивными элементами в цепи переменного тока

В вышеприведённой схеме делителя напряжения (рис. 2) были использованы активные элементы — резисторы, и питание схемы осуществлялось постоянным напряжением (хотя схему можно питать и переменным током). Делитель напряжения может содержать так же и реактивные компоненты (конденсаторы, катушки индуктивности), но в этом случае для нормальной работы потребуется питание синусоидальным током (рис. 3).

Рис. 3. Ёмкостный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Изображённый на рисунке 3 ёмкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному делителю, но рассчитывается несколько иначе, поскольку реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально их ёмкости:

R_c = 1/(2 * π * f * C)

Здесь R_c — реактивное сопротивление конденсатора;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
C — ёмкость конденсатора, Фарад.

То есть чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше его сопротивление, и следовательно в схеме делителя напряжения на конденсаторе с большей ёмкостью падение напряжения будет меньше, чем на конденсаторе с меньшей ёмкостью. Следовательно, формула (4) для ёмкостного делителя напряжения примет следующий вид:

U_С1 = U_пит * С2 / (С1 + С2)       (5)

U_С1 = 10 * 40*10^-9 / (10*10^-9+40*10^-9) = 8 В,
U_С2 = 10 * 10*10^-9 / (10*10^-9+40*10^-9) = 2 В.

Индуктивный делитель напряжения (рис. 4.) так же как и ёмкостный требует для своей работы синусоидальное питающее напряжение.

Рис. 4. Индуктивный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Поскольку реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:

R_L = 2 * π * f * L

Здесь R_c — реактивное сопротивление катушки индуктивности;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
L — индуктивность катушки, Генри.

То следовательно и формула для расчёта индуктивного делителя напряжения будет точно такой же, как и формула для расчёта резистивного делителя напряжения (4), где вместо сопротивлений будут использоваться индуктивности:

U_L1 = U_пит * L1 / (L1 + L2)       (6)

Подставив в эту формулу параметры элементов из рисунка 4, получим:

U_L1 = 10 * 10*10^-6 / (10*10^-6+40*10^-6) = 2 В,
U_L2 = 10 * 40*10^-6 / (10*10^-6+40*10^-6) = 8 В.

В заключении следует отметить, что во всех расчётах величина нагрузки была принята равной бесконечности, поэтому полученные значения верны при работе рассмотренных делителей на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем величина собственных сопротивлений.

BACK

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:

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):

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):

Падение напряжения на индуктивностях (14,15):

Недостаточно прав для комментирования

Делитель напряжения — Основы электроники

Делитель напряжения это цепь или схема соединения резисторов, применяемая для получения разных напряжений от одного источника питания.

Рассмотрим цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными сопротивлениями (рис. 1).

Рисунок 1. Последовательная цепь есть простейший делитель напряжения.

Согласно закону Ома если приложить к такой цепи напряжение, то падение напряжения на этих резисторах будет тоже разным.

U_R1=I*R1;

U_R2=I*R2.

Схема, изображенная на рисунке 1, и есть простейший делитель напряжения на резисторах. Обычно делитель напряжения изображают, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Классическая схема делителя напряжения.

Для примера разберем простейший делитель напряжения, изображенный на рисунке 2. В нем R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и на­пряжение источника питания, оно же и есть входное напряжения делителя Uвх = 30 вольт. Напряжение в точке А равно полному напряжению источника, т. е. 30 вольт. Напряжение Uвых, то есть в точке В равно напряжению на R2.Определим напряжение Uвых.

Общий ток в цепи равен:

(1)

Для нашего примера I=30 В/ (1 кОм + 2 кОм) = 0,01 А = 10 мА.

Напряжение на R2 будет равно:

(2)

Для нашего примера UR2 = 0,01 А*1000 Ом = 10 В.

Выходное напряжение можно вычислить вторым способом, подставив в выражение (2) значение тока (1), тогда получим:

(3)

U_R2 = 30 В*1 кОм/(1 кОм + 2 кОм) = 10 В.

Второй способ применим для любого делителя напряжения, состоящего из двух и более резисторов, включенных последовательно. Напряжение в любой точке схемы можно вычислить с помощью калькулятора за один прием, минуя вычисление тока.

Делитель напряжения из двух последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

Если делитель напряжения состоит из двух одинаковых резисторов, то приложенное напряжение делится на них пополам.

Uвых = Uвх/2

Делитель напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

На рисунке 3 изображен делитель напряжения, состоящий из трех одинаковых резисторов сопротивлением в 1 кОм каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.

Рисунок 3. Делитель напряжения из трех резисторов.

Общее сопротивление R= R1+R2+R3 = 1 кОм + 1 кОм + 1 кОм = 3 кОм

Напряжение в точке А относительно точки Е будет равно:

Тгда Ua-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*1 кОм = 10 В.

Напряжение в точке В относительно точки Е будет равно:

Тгда Ub-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*(1 кОм + 1 кОм) = 20 В.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Калькулятор делителя напряжения

— Рассчитайте номиналы резисторов в цепи двухрезисторного делителя напряжения. Калькулятор делителя напряжения

— Рассчитайте номиналы резисторов в цепи двухрезисторного делителя напряжения.

Двухрезисторный делитель напряжения
это одна из самых основных и распространенных схем в электронике. Часто это первая схема, которую изучает новичок.
Делитель напряжения превращает большое напряжение в меньшее.
Как это работает, соотношение резисторов (R1 и R2) делит вход
напряжение до более низкого выходного напряжения.Выходное напряжение — это часть входного напряжения, и эта часть равна R2, деленному на
сумма R1 + R2. Формула VOUT = VIN * (R2 / (R1 + R2)).
Калькулятор делителя напряжения предполагает, что вам известны любые три значения схемы делителя напряжения.
Воспользуйтесь калькулятором ниже, чтобы вычислить значение отсутствующего параметра.

Общее использование делителя напряжения

Делители напряжения обычно используются для уменьшения входного напряжения на канал АЦП.Например, если вы хотите узнать напряжение
источника питания 12 вольт, но ваш АЦП имеет максимальный входной уровень 5 вольт, делитель напряжения уменьшит напряжение до
безопасный уровень.

Многие датчики резистивные, и АЦП не может получить с них правильные показания.
Добавляя резистор к резистивному датчику, вы создаете делитель напряжения. Как только станет известен выходной сигнал делителя напряжения,
можно рассчитать сопротивление датчика.

Используя делитель напряжения в сочетании с АЦП, можно считывать показания всех типов датчиков.

• обрезки
• слайдеры
• батареи
• термисторы
• джойстики
• партии еще

Когда не использовать делитель напряжения

Цепи делителя напряжения не подходят для понижения напряжения для использования в качестве источника питания. Мало того, что это было бы ужасно
неэффективно, достаточно тока, протекающего через R1, скорее всего, вызовет сгорание резистора. Как правило, никогда не используйте делитель напряжения.
как источник напряжения для всего, что требует даже небольшого количества энергии.Если вам нужно понизить напряжение, чтобы использовать его в качестве источника питания, обратите внимание на регуляторы напряжения или импульсные источники питания.

Также не забудьте ознакомиться с нашим инструментом преобразования конденсаторов uF — nF — pF, чтобы помочь вам выбрать
подходящие конденсаторы для вашего следующего проекта.

Делители напряжения с частотной компенсацией [Analog Devices Wiki]

Цель:

Цель этой лабораторной работы — изучить проблемы емкостной нагрузки резистивных делителей напряжения и ее влияние на частотную характеристику.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока –V добавляется, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.Следы осциллографа также обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Делитель или аттенюатор напряжения с частотной компенсацией представляет собой простую двухпортовую RC-цепь, обеспечивающую фиксированный коэффициент деления напряжения или затухание в широком диапазоне частот, а не только при постоянном токе. Такие сети используются там, где часть схемы, нагружающая выход делителя напряжения, является емкостной.Это особенно важно, когда сигнал имеет широкую полосу пропускания, то есть не является синусоидальным.
Простейший аттенюатор напряжения представляет собой чисто резистивный делитель напряжения с передаточной функцией: H (jω) = В ₂ / В _S = R ₂ / (R ₁ + R ₂ ), где на входе В _S = В ₁ + В ₂ , а на выходе В ₂ , как на рисунке 1. Передаточная функция резистивного делителя напряжения не зависит. частоты, только если резисторы идеальны и любые паразитные емкости, связанные с цепью, пренебрежимо малы.

Рисунок 1, простой резисторный делитель напряжения

Проблема, наблюдаемая на высоких частотах, заключается в том, что паразитная емкость влияет на общий отклик резистивного делителя напряжения. Самый простой способ исправить эту проблему — установить конденсаторы параллельно резисторам. Рассмотрим схему делителя на рисунке 2. Конденсатор C ₂ , который находится на выходе, В ₂ , можно рассматривать как любую паразитную паразитную емкость на выходе делителя, которая может быть частью системы.Мы можем видеть, что эта схема, известная как делитель с частотной компенсацией, работает как резистивный делитель напряжения на постоянном токе или низких частотах и ​​как емкостной делитель напряжения на высоких частотах. Делители напряжения могут быть построены из реактивных компонентов так же, как они могут быть построены из резисторов. Также, как и в случае резисторных делителей, на коэффициент делителя емкостного делителя напряжения не влияют изменения частоты сигнала, даже если реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты.

Передаточное отношение делителя В ₂ / В _S = X _C2 / (X _C1 + X _C2 ).Емкостное реактивное сопротивление X _C пропорционально 1 / C, поэтому В ₂ / В _S = C ₁ / (C ₁ + C ₂ ) аналогично формуле для резисторный делитель. В простом случае, когда R ₁ = R ₂ , мы имеем коэффициент делителя 1/2 для резисторов. Чтобы иметь такое же отношение делителя 1/2 для конденсаторов C ₁ = C ₂ .

Рисунок 2, Делитель с частотной компенсацией

В компенсированном делителе используется подавление полюс-ноль для подавления нежелательной частотной зависимости, вызываемой паразитной емкостью на выходной стороне сети.Если номиналы резистора и конденсатора отрегулированы так, что полюс и нуль H (s) накладываются друг на друга, | H (jω) | становится независимым от частоты.

Поучительный способ узнать об условиях компенсации полюс-нуль состоит в том, чтобы записать предельные, низкочастотные и высокочастотные выражения для | H (jω) | а затем установить их равными друг другу. Результатом является простое соотношение между R ₁ , R ₂ , C ₁ и C ₂ .

Рис. 3. Показывает (а) правильную настройку, (б) при компенсации, © чрезмерную компенсацию на краях прямоугольной волны.

Эксперимент по компенсации входной емкости ALM1000

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
1 — резистор 1 МОм
1 — конденсатор, значение подлежит определению

Направление:

Возвращаясь к рисунку 2, мы можем рассматривать R ₂ для представления входного сопротивления 1 МОм каналов ALM1000 в режиме Hi-Z. Точно так же C ₂ можно рассматривать как представление паразитной паразитной емкости входов.Резистор и конденсатор внутри зеленого прямоугольника показаны на рисунке 4. Используйте еще 1 МОм в качестве R ₁ , чтобы получить коэффициент делителя 1/2. Начните без включения C ₁ , чтобы измерить влияние C ₂ на частотную характеристику.

Рисунок 4, Настройка делителя напряжения.

Процедура:

Установите AWG A в режим SVMI с минимальным значением 1,0 и максимальным значением 4,0. Установите Shape на Square и Frequency на 500 Гц. Установите AWG B в режим Hi-Z.В разделе «Кривые» выберите CA- V и CB- V для отображения.
Нажмите «Выполнить» и отрегулируйте горизонтальную шкалу времени так, чтобы было видно около 3 циклов. Вы должны увидеть резкую прямоугольную волну на канале A, а форма волны на каналах B должна выглядеть как красная кривая (b) на рисунке 3. Это потому, что C ₁ еще не включен. Оцените постоянную времени RC и значение C ₂ по форме сигнала канала B.

Откройте окно Bode Plotting. Вы можете отключить временную диаграмму, если хотите, при построении кривых частотной характеристики.Установите минимальное значение AWG A на 1,082 и максимальное значение на 3,92 (1 VRMS или 0 дБВ). Убедитесь, что форма была изменена на синусоидальную. Установите начальную частоту на 100 и конечную частоту на 20000. Выберите CH-A в качестве источника развертки. Под кривыми выберите кривые CA-dBV, CB-dBV и CA- дБ — CB- дБ для отображения. В окне БПФ лучше всего работает окно с плоским верхом. Установите количество точек развертки на 300 и одиночную развертку. Нажмите кнопку «Выполнить».

Теперь у вас должно быть соотношение усиления (затухания) к частотной характеристике для нескомпенсированного делителя.Из точки -3 дБ графика усиления оцените постоянную времени RC и значение C ₂ . Как эти значения соотносятся с тем, что вы рассчитали, используя отклик во временной области?
Основываясь на ваших наилучших оценках значения C ₂ , вычислите значение для C ₁ , которое точно компенсирует C ₂ . Полученное вами значение, вероятно, не будет близко к стандартному значению конденсатора. Найдите параллельную комбинацию (или последовательную комбинацию) двух или более конденсаторов, которая в сумме дает необходимое значение для C ₁ .

Добавьте свою новую комбинацию C ₁ напротив R ₁ на макете.

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой новой цепи. Будет ли теперь реакция выхода делителя во временной области больше походить на синюю форму волны (a) на рисунке 3? Если нет, то почему? Сравните частотную характеристику схемы до и после добавления C ₁ . Какая сейчас частота -3 дБ ?

Характеристики цепи конденсаторного делителя:

Давайте теперь посмотрим только на путь конденсаторного делителя.Отсоедините R ₁ от конца C ₁ и подключите его к фиксированному источнику питания 2,5 В , как показано на рисунке 5. Путь только через C ₁ блокирует путь постоянного тока от канала A. Подключение R ₁ на фиксированное питание 2,5 В восстанавливает уровень постоянного напряжения на входе канала B.

Рисунок 5, только путь через конденсаторный делитель

Повторите тесты временной и частотной области для этой версии схемы.Сравните характеристики схемы во временной и частотной областях с тем, что вы получили только с R ₁ и с R ₁ и C ₁ , подключенными параллельно (рисунок 4). Какая сейчас частота -3 дБ ? Частотная характеристика ровная, низкая или высокая? Объяснить, почему.

Использование делителя для измерения батареи 9 В:

Теперь мы будем использовать делитель напряжения для измерения напряжений, превышающих значение от 0 до +5 В , разрешенное аппаратным обеспечением ALM1000.Но сначала нам нужно откалибровать смещение и усиление делителя.

Отсоедините конец R ₁ , C ₁ от канала A, рисунок 4, и подключите их к земле. Установите значение усиления канала B на 2,0, приблизительное соотношение делителя, на данный момент. Контролируя среднее значение постоянного тока для канала B, отрегулируйте значение, введенное в окне ввода смещения канала B.

Теперь снова подключите R ₁ / C ₁ к выходу канала A. Сигналы каналов A и B теперь должны более точно совпадать друг с другом.При необходимости слегка увеличьте или уменьшите значение усиления так, чтобы плоские части верхней и нижней части прямоугольных волн располагались прямо друг над другом. Возможно, вам придется немного подправить смещение, чтобы получить идеальное выравнивание. Программное обеспечение теперь откалибровано по делителю напряжения.

Отсоедините R ₁ / C ₁ от канала A. Подключите отрицательную (-) клемму батареи 9 В к массе, а положительную (+) клемму — к R ₁ / C ₁ .Среднее значение постоянного тока, считываемое каналом B, теперь должно соответствовать напряжению постоянного тока батареи 9 В, . Вам нужно будет изменить вертикальный диапазон канала B на 1 В / Div и положение на 5,0, чтобы увидеть 9 вольт на сетке осциллографа.

Пробники осциллографа:

В пассивном пробнике осциллографа 10X используется последовательный резистор (9 МОм) для обеспечения ослабления 10: 1, когда он используется с входным сопротивлением 1 МОм самого осциллографа. Импеданс 1 МОм является стандартным для большинства входов осциллографов. Это позволяет заменять пробники осциллографа между осциллографами разных производителей.На рисунке представлена ​​схема типичного датчика 10X. Пробники осциллографа 10X также допускают некоторую частотную компенсацию, чтобы учесть изменения входной емкости канала осциллографа. Схема конденсаторного делителя в пробнике, как показано на рисунке. Затем можно использовать регулируемый конденсатор, подключенный к земле, для выравнивания частотной характеристики пробника.

Вы можете найти дополнительную информацию о том, как подключить разъем BNC пробника осциллографа к вашей макетной плате или входам ALM1000: Подключите кабели BNC к модулям активного обучения

Рисунок 6, Типовая схема пробника осциллографа

Входные каналы ALM1000 имеют входное сопротивление 1 МОм, но входная емкость намного больше, чем диапазон регулировки примерно 10 пФ от до 50 пФ большинства пробников 10X.Конденсатор, подключенный параллельно резистору 9 МОм, обычно составляет 10 пФ , а параллельная комбинация входной емкости осциллографа и регулируемого компенсационного конденсатора в пробнике должна быть близка к 90 пФ . Это означает, что если стандартный пробник был подключен непосредственно ко входу ALM1000, то компенсация частотной характеристики невозможна.

Буферный усилитель с единичным коэффициентом усиления (AD8541 или AD8542) можно вставить между схемой пробника и входом ALM1000, как показано на рисунке 7.R ₁ и C ₁ замыкают цепь резистора / конденсаторного делителя 10-кратного пробника.

Рис. 7. Вставьте буфер единичного усиления для уменьшения входной емкости.

Если резистор R ₁ подключен к земле, можно измерять только положительное напряжение. Если R ₁ подключен к 2,5 В , середине диапазона входного сигнала 0–5 В усилителя, вводится смещение, и можно измерять как положительное, так и отрицательное напряжение.

Для дальнейшего чтения:

Емкостной делитель напряжения
Пробники осциллографа
Создание собственных пробников осциллографа
Новая функция в ALICE добавляет компенсацию частоты входного делителя

Вернуться к лабораторной деятельности Содержание

университет / курсы / alm1k / circuit1 / alm-cir-Voltage-Dividerr.txt · Последнее изменение: 02 декабря 2019 г., 19:23, автор: dmercer

VPG — Фольговые резисторы — Делители напряжения и сети

Резисторные сети

Резисторные сети

Китай производитель генератора импульсного тока, генератор импульсного напряжения, поставщик резонансных систем переменного тока

Основанная в 2004 году компания Shanghai GrandTop Lightning Technology Co., Ltd стремится предоставить силовое импульсное оборудование и испытательные решения. Мы можем предоставить испытательное оборудование SPD, испытательное оборудование высокого напряжения, системы управления и измерения на базе компьютера и специального импульсного источника питания для электрических устройств низкого и высокого напряжения, таких как молниеотводы, авиационные устройства, SPD, MOV, GDT, мощность. ..

Основанная в 2004 году компания Shanghai GrandTop Lightning Technology Co., Ltd нацелена на поставку силового импульсного оборудования и тестовых решений.Мы можем предоставить испытательное оборудование SPD, испытательное оборудование высокого напряжения, системы управления и измерения на основе компьютера и специального импульсного источника питания для электрического оборудования низкого и высокого напряжения, такого как молниеотводы, авиационные устройства, SPD, MOV, GDT, силовые трансформаторы. , изоляторы, распределительные устройства, силовые кабели, трансформаторы напряжения, трансформаторы тока, вводы и т. д.

Наша продукция включает в себя следующий ассортимент:

1. Оборудование для импульсных испытаний

1.1 Генератор импульсного тока (8/20 мкс, 4/10 мкс, 30/80 мкс, 10/350 мкс, 10/250 мкс, 10/1000 мкс и 2 мс и т. Д.) для тестирования SPD, MOV, газоразрядной трубки, варистора ZnO и ограничителя перенапряжения.

Генератор импульсного напряжения 1,2 (форма волны молнии 1,2 / 50 мкс, форма волны переключения 250/2500 мкс, режущий промежуток, крутая форма волны) на аппаратах среднего и высокого напряжения, таких как автоматические выключатели, силовые трансформаторы, трансформаторы тока, силовые кабели, изоляторы, вводы и т. д.

1,3 горизонтальных и вертикальных сферических зазора до 1000 мм

1,4 демпфированный емкостной делитель напряжения до 3000 кВ

1.5 резистивный делитель напряжения до 1600 кВ 12 кОм

2. Испытание выдерживаемого напряжения

2.1 Испытательный трансформатор типа цилиндра до 2250 кВ

2.2 Испытательный трансформатор типа резервуара до 900 кВ 900 кВА

2.3 Испытательный трансформатор, заполненный газом SF6,

2.4 Резонансная система переменного тока до 1600 кВ

2.5 Конденсатор связи до 800 кВ

3. Конструктор высокого напряжения переменного, постоянного и импульсного тока в одном оборудовании.

4. Измеритель частичных разрядов онлайн и офлайн

5.Дельта измерительный мост C & Tan

6. Измерение потерь нагрузки и сопротивления короткого замыкания

7. Генератор высокого напряжения постоянного тока

8. Измеритель коэффициента трансформации

9. Испытательный комплект TOV

10. Испытание термостабильности

11. Комбинированный генератор волн (форма волны 1,2 / 50 мкс и 8/20 мкс)

Форма волны прямоугольного сечения 12,2 мс

Мы делаем все возможное, чтобы предоставлять нашим клиентам передовые технологии, надежные продукты и всестороннее обслуживание. Наша продукция стабильна и отличается высоким качеством.Мы поставляем нашу продукцию многим известным производителям SPD, провинциальным центрам и лабораториям SPD, производителям MOV, университетам, лабораториям высокого напряжения и исследовательским центрам, таким как Политехнический университет Гонконга, Университет Гуйчжоу, CITEL France, littel fuse, EPCOS, Китайская академия железных дорог. наук, центр молниезащиты в Шанхае, испытательный центр СПД в Пекине, центр СПД в Хубэй, Intertek и т. д.

Ниже приводится список некоторых наших клиентов.

Делитель напряжения

Wikipedia

Рисунок 1: Простой делитель напряжения

В электронике делитель напряжения (также известный как делитель потенциала ) представляет собой пассивную линейную схему, которая вырабатывает выходное напряжение ( В, _из ), составляющее часть входного напряжения ( В, _{). в} ). Деление напряжения является результатом распределения входного напряжения между компонентами делителя. Простым примером делителя напряжения являются два последовательно соединенных резистора, при этом входное напряжение прикладывается к паре резисторов, а выходное напряжение возникает при соединении между ними.

Резисторные делители напряжения обычно используются для создания опорных напряжений или для уменьшения величины напряжения, чтобы его можно было измерить, а также могут использоваться в качестве аттенюаторов сигналов на низких частотах.Для постоянного тока и относительно низких частот делитель напряжения может быть достаточно точным, если он состоит только из резисторов; там, где требуется частотная характеристика в широком диапазоне (например, в пробнике осциллографа), в делитель напряжения могут быть добавлены емкостные элементы для компенсации емкости нагрузки. При передаче электроэнергии емкостной делитель напряжения используется для измерения высокого напряжения.

Общий случай []

Делитель напряжения относительно земли создается путем последовательного соединения двух электрических сопротивлений, как показано на рисунке 1.Входное напряжение прикладывается к последовательным сопротивлениям Z ₁ и Z ₂ , а выходное напряжение — через Z ₂ .
Z ₁ и Z ₂ могут состоять из любой комбинации элементов, таких как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.

Если ток в выходном проводе равен нулю, то соотношение между входным напряжением V _в и выходным напряжением V _из будет следующим:

Vout = Z2Z1 + Z2⋅Vin {\ displaystyle V _ {\ mathrm {out}} = {\ frac {Z_ {2}} {Z_ {1} + Z_ {2}}} \ cdot V _ {\ mathrm {in }}}

Доказательство (с использованием закона Ома):

Vin = I⋅ (Z1 + Z2) {\ displaystyle V _ {\ mathrm {in}} = I \ cdot (Z_ {1} + Z_ {2})}

Vout = I⋅Z2 {\ displaystyle V _ {\ mathrm {out}} = I \ cdot Z_ {2}}

I = VinZ1 + Z2 {\ displaystyle I = {\ frac {V _ {\ mathrm {in}}} {Z_ {1} + Z_ {2}}}}

Vout = Vin⋅Z2Z1 + Z2 {\ displaystyle V _ {\ mathrm {out}} = V _ {\ mathrm {in}} \ cdot {\ frac {Z_ {2}} {Z_ {1} + Z_ {2}} }}

Передаточная функция (также известная как коэффициент напряжения делителя ) этой схемы:

H = VoutVin = Z2Z1 + Z2 {\ displaystyle H = {\ frac {V _ {\ mathrm {out}}} {V _ {\ mathrm {in}}}} = {\ frac {Z_ {2}} {Z_ {1} + Z_ {2}}}}

В целом эта передаточная функция является сложной рациональной функцией частоты.

Примеры []

Резистивный делитель []

Рисунок 2: Простой резистивный делитель напряжения

Резистивный делитель — это случай, когда оба импеданса Z ₁ и Z ₂ являются чисто резистивными (рисунок 2).

Подстановка Z ₁ = R ₁ и Z ₂ = R ₂ в предыдущее выражение дает:

Vout = R2R1 + R2⋅Vin {\ displaystyle V _ {\ mathrm {out}} = {\ frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} \ cdot V _ {\ mathrm {in }}}

Если R ₁ = R ₂ , то

Vout = 12⋅Vin {\ displaystyle V _ {\ mathrm {out}} = {\ frac {1} {2}} \ cdot V _ {\ mathrm {in}}}

If V _out = 6 В и 90 800 В _в = 9 В (оба обычно используются напряжения), тогда:

VoutVin = R2R1 + R2 = 69 = 23 {\ displaystyle {\ frac {V _ {\ mathrm {out}}} {V _ {\ mathrm {in}}}} = {\ frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} = {\ frac {6} {9}} = {\ frac {2} {3}}}

и, решая с помощью алгебры, R ₂ должно быть удвоенное значение R ₁ .

Чтобы решить для R1:

R1 = R2⋅VinVout − R2 = R2⋅ (VinVout − 1) {\ displaystyle R_ {1} = {\ frac {R_ {2} \ cdot V _ {\ mathrm {in}}} {V _ {\ mathrm { out}}}} — R_ {2} = R_ {2} \ cdot \ left ({{\ frac {V _ {\ mathrm {in}}} {V _ {\ mathrm {out}}}} — 1} \ right )}

Чтобы решить для R2:

R2 = R1⋅1 (VinVout − 1) {\ displaystyle R_ {2} = R_ {1} \ cdot {\ frac {1} {\ left ({{\ frac {V _ {\ mathrm {in}}}) {V _ {\ mathrm {out}}}} — 1} \ right)}}}

Любое соотношение V _out / V _in больше 1 невозможно.То есть, используя только резисторы, невозможно ни инвертировать напряжение, ни увеличить В _из выше В _в .

RC-фильтр нижних частот []

Рисунок 3: Резисторный / конденсаторный делитель напряжения

Рассмотрим делитель, состоящий из резистора и конденсатора, как показано на рисунке 3.

Сравнивая с общим случаем, мы видим, что Z ₁ = R, а Z ₂ — импеданс конденсатора, определяемый формулой

Z2 = −jXC = 1jωC, {\ displaystyle Z_ {2} = — \ mathrm {j} X _ {\ mathrm {C}} = {\ frac {1} {\ mathrm {j} \ omega C}} \ ,}

где X _C — реактивное сопротивление конденсатора, C — емкость конденсатора, j — мнимая единица, а ω (омега) — радианная частота входного напряжения.

Этот делитель будет иметь соотношение напряжений:

VoutVin = Z2Z1 + Z2 = 1jωC1jωC + R = 11 + jωRC. {\ Displaystyle {\ frac {V _ {\ mathrm {out}}} {V _ {\ mathrm {in}}}} = {\ frac {Z_ { \ mathrm {2}}} {Z _ {\ mathrm {1}} + Z _ {\ mathrm {2}}}} = {\ frac {\ frac {1} {\ mathrm {j} \ omega C}} {{ \ frac {1} {\ mathrm {j} \ omega C}} + R}} = {\ frac {1} {1+ \ mathrm {j} \ omega RC}} \.}

Произведение τ (tau) = RC называется постоянной времени схемы.

Соотношение зависит от частоты, в данном случае уменьшается с увеличением частоты.{2}}}} \.}

Индуктивный делитель []

Индуктивные делители разделяют вход переменного тока по индуктивности:

Vout = L2

Делитель напряжения — Infogalactic: ядро ​​планетарных знаний

Рисунок 1: Простой делитель напряжения

В электронике делитель напряжения (также известный как делитель потенциала ) представляет собой пассивную линейную схему, которая вырабатывает выходное напряжение ( В, _из ), составляющее часть входного напряжения ( В, _{). в} ). Деление напряжения является результатом распределения входного напряжения между компонентами делителя. Простым примером делителя напряжения являются два последовательно соединенных резистора, при этом входное напряжение прикладывается к паре резисторов, а выходное напряжение возникает при соединении между ними.

Резисторные делители напряжения обычно используются для создания опорных напряжений или для уменьшения величины напряжения, чтобы его можно было измерить, а также могут использоваться в качестве аттенюаторов сигналов на низких частотах.Для постоянного тока и относительно низких частот делитель напряжения может быть достаточно точным, если он состоит только из резисторов; там, где требуется частотная характеристика в широком диапазоне (например, в пробнике осциллографа), в делитель напряжения могут быть добавлены емкостные элементы для компенсации емкости нагрузки. При передаче электроэнергии емкостной делитель напряжения используется для измерения высокого напряжения.

Общий чемодан

Делитель напряжения относительно земли создается путем последовательного соединения двух электрических сопротивлений, как показано на рисунке 1.Входное напряжение прикладывается к последовательным сопротивлениям Z ₁ и Z ₂ , а выходное напряжение — через Z ₂ . Z ₁ и Z ₂ могут состоять из любой комбинации элементов, таких как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.

Если ток в выходном проводе равен нулю, то соотношение между входным напряжением, V _в , и выходным напряжением, V _из , составляет:

Доказательство (с использованием закона Ома):

Передаточная функция (также известная как отношение напряжений делителя ) этой схемы:

Как правило, эта передаточная функция является сложной рациональной функцией частоты.

Примеры

Делитель резистивный

Рисунок 2: Простой резистивный делитель напряжения

Резистивный делитель — это случай, когда оба импеданса Z ₁ и Z ₂ являются чисто резистивными (рисунок 2).

Подстановка Z ₁ = R ₁ и Z ₂ = R ₂ в предыдущее выражение дает:

Если R ₁ = R ₂ , то

Если V _out = 6V и V _in = 9V (оба обычно используемых напряжения), то:

и при решении с использованием алгебры R ₂ должно быть в два раза больше, чем R ₁ .

Чтобы решить для R1:

Чтобы решить для R2:

Любое соотношение V _out / V _in больше 1 невозможно. То есть, используя только резисторы, невозможно ни инвертировать напряжение, ни увеличить В _из выше В _в .

RC-фильтр нижних частот

Рисунок 3: Резисторный / конденсаторный делитель напряжения

Рассмотрим делитель, состоящий из резистора и конденсатора, как показано на рисунке 3.

Сравнивая с общим случаем, мы видим, что Z ₁ = R и Z ₂ — импеданс конденсатора, определяемый как

.

, где X _C — реактивное сопротивление конденсатора, C — емкость конденсатора, j — мнимая единица, а ω (омега) — радианная частота входного напряжения.

Этот делитель будет иметь соотношение напряжений:

Произведение τ (тау) = RC называется постоянной времени цепи.

Соотношение затем зависит от частоты, в этом случае уменьшается с увеличением частоты. Фактически эта схема представляет собой базовый фильтр нижних частот (первого порядка). Отношение содержит мнимое число и фактически содержит информацию об амплитуде и фазовом сдвиге фильтра. Чтобы извлечь только отношение амплитуд, вычислите величину отношения, то есть:

Индуктивный делитель

Индуктивные делители делят вход переменного тока в зависимости от индуктивности:

Вышеприведенное уравнение предназначено для невзаимодействующих катушек индуктивности; взаимная индуктивность (как в автотрансформаторе) изменит результаты.

Индуктивные делители разделяют вход постоянного тока в соответствии с сопротивлением элементов, как и в случае резистивного делителя выше.

Делитель емкостный

Емкостные делители не пропускают постоянный ток.

Для входа переменного тока простое емкостное уравнение:

Любой ток утечки в емкостных элементах требует использования обобщенного выражения с двумя импедансами. Путем выбора параллельных элементов R и C в надлежащих пропорциях можно поддерживать одинаковый коэффициент деления в полезном диапазоне частот.Этот принцип применяется в пробниках осциллографов с компенсацией для увеличения ширины полосы измерения.

Эффект нагрузки

Выходное напряжение делителя напряжения будет изменяться в зависимости от электрического тока, который он подает на внешнюю электрическую нагрузку. Чтобы получить достаточно стабильное выходное напряжение, выходной ток должен быть либо стабильным, либо ограничиваться соответствующим малым процентом входного тока делителя. Чувствительность к нагрузке можно уменьшить, уменьшив импеданс делителя, хотя это увеличивает входной ток покоя делителя и приводит к более высокому потреблению энергии (и потере тепла) в делителе.Стабилизаторы напряжения часто используются вместо пассивных делителей напряжения, когда необходимо выдерживать высокие или колеблющиеся токи нагрузки.

Приложения

Делители напряжения используются для регулировки уровня сигнала, для смещения активных устройств в усилителях и для измерения напряжений. И мост Уитстона, и мультиметр включают в себя делители напряжения. Потенциометр используется в качестве переменного делителя напряжения в регуляторе громкости многих радиоприемников.

Датчик измерения

Делители напряжения

могут использоваться, чтобы микроконтроллер мог измерять сопротивление датчика. ^[1] Датчик подключается последовательно с известным сопротивлением для формирования делителя напряжения, и на него подается известное напряжение. Аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера подключен к центральному отводу делителя, чтобы он мог измерять напряжение отвода и, используя измеренное напряжение, известные сопротивление и напряжение, вычислять сопротивление датчика. Пример, который обычно используется, включает потенциометр (переменный резистор) в качестве одного из резистивных элементов. Когда вал потенциометра вращается, сопротивление, которое он создает, либо увеличивается, либо уменьшается, изменение сопротивления соответствует угловому изменению вала.В сочетании со стабильным опорным напряжением выходное напряжение может подаваться на аналого-цифровой преобразователь, и на дисплее может отображаться угол. Такие схемы обычно используются при считывании ручек управления. Обратите внимание, что потенциометр должен иметь линейный конус.

Измерение высокого напряжения

Пробник делителя резистора высокого напряжения.

Делитель напряжения может использоваться для уменьшения очень высокого напряжения, чтобы его можно было измерить с помощью вольтметра. Высокое напряжение подается на делитель, а выход делителя, который имеет более низкое напряжение, которое находится в пределах входного диапазона измерителя, измеряется измерителем.Пробники с высоковольтным резисторным делителем, разработанные специально для этой цели, могут использоваться для измерения напряжений до 100 кВ. В таких пробниках используются специальные высоковольтные резисторы, поскольку они должны выдерживать высокие входные напряжения и для получения точных результатов должны иметь согласованные температурные коэффициенты и очень низкие коэффициенты напряжения. Пробники с емкостным делителем обычно используются для напряжений выше 100 кВ, поскольку тепло, вызванное потерями мощности в пробниках резисторного делителя при таких высоких напряжениях, может быть чрезмерным.

Переключение уровня

Делитель напряжения можно использовать как грубый логический переключатель уровня для безопасного сопряжения различных схем, использующих разные опорные напряжения. Например, микроконтроллер (например, Arduino) может работать с логикой 5 В, в то время как многие датчики требуют логики 3,3 В. Непосредственное сопряжение микроконтроллера с датчиком 3,3 В может привести к необратимому повреждению датчика — при использовании переключателя уровня с соотношением резисторов 3,3 / 5 на каждом контакте, подключенном к датчику, плата микроконтроллера может безопасно взаимодействовать с датчиком.

Список литературы

См. Также

Внешние ссылки

.