Делитель напряжения
Делитель напряжения – это это цепь, состоящая из двух и более пассивных радиоэлементов, которые соединены последовательно.
Делитель напряжения на резисторах
Давайте разберем самый простой делитель напряжения, состоящий из двух резисторов. Эти два резистора соединим последовательно и подадим на них напряжение. Напряжение может быть как постоянное, так и переменное.
Подавая напряжение на эту цепь, состоящую из двух резисторов, у нас получается, что цепь становится замкнутой, и в цепи начинает течь электрический ток с какой-то определенной силой тока, которая зависит от номиналов резисторов.
Итак, мы знаем, что при последовательном соединении сила тока в цепи одинакова. То есть какая сила тока протекает через резистор R1, такая же сила тока течет и через резистор R2. Как же вычислить эту силу тока? Оказывается, достаточно просто, используя закон Ома: I=U/R.
Так как наши резисторы соединены последовательно, то и их общее сопротивление будет выражаться формулой
То есть в нашем случае мы можем записать, что
Как найти напряжение, которое падает на резисторе R2?
Так как ток для обоих резисторов общий, то согласно закону Ома
Подставляем вместо I формулу
и получаем в итоге
Для другого резистора ситуация аналогичная. На нем падает напряжение
Для него формула запишется
Давайте докажем, что сумма падений напряжений на резисторах равняется напряжению питания, то есть нам надо доказать, что U=UR1 +UR2 . Подставляем значения и смотрим.
что и требовалось доказать.
Эта формула также работает и для большого количества резисторов.
На схеме выше мы видим резисторы, которые соединены последовательно. Чему будет равняться Uобщ ? Так как резисторы соединены последовательно, следовательно, на каждом резисторе падает какое-то напряжение. Сумма падений напряжения на всех резисторах будет равняться Uобщ . В нашем случае формула запишется как
Как работает делитель напряжения на практике
Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультиметр:
Замеряем сопротивление маленького резистора, R1=109,7 Ом.
Замеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.
Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт. Замер напряжения производим с помощью мультиметра.
Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно. Напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. Силу тока мы будем замерять в дальнейшем также с помощью мультиметра.
Замеряем падение напряжения на большом резисторе, который обладает номиналом в 52,8 Ом. Мультиметр намерял 3,21 Вольта.
Замеряем напряжение на маленьком резисторе номиналом в 109,7 Ом. На нем падает напряжение 6,77 Вольт.
Ну что, с математикой, думаю, у всех в порядке. Складываем эти два значения напряжения. 3,21+6,77 = 9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Спишем на погрешность щупов и средств измерений. Вот наглядный пример того, что мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения. Мы еще раз убедились, что сумма падений напряжений на каждом резистора равняется напряжению питания, которое подается на эту цепь.
Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов
Давайте убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова. Как измерить силу тока постоянного напряжения, я писал здесь. Как видим, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цепи, в середине цепи и даже в конце цепи. Где бы мы не обрывали нашу цепь, везде одно и то же значение силы тока.
Переменный резистор в роли делителя напряжения
Для того, чтобы плавно регулировать выходное напряжение, у нас есть переменный резистор в роли делителя напряжения. Его еще также называют потенциометром.
Его обозначение на схеме выглядит вот так:
Принцип работы такой: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление. Сопротивление относительно среднего контакта по отношению к крайним может меняться в зависимости от того, куда мы будем крутить крутилку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на мощность 1Вт и имеет полное сопротивление 330 Ом. Давайте посмотрим, как он будет делить напряжение.
Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то мы не будем нагружать его большим напряжением. Мощность, выделяемая на каком-либо резисторе рассчитывается по формуле P=I2R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.
Для этого выставляем на блоке напряжение в 1 Вольт и цепляемся к нашему резистору по двум крайним контактам.
Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.
Замеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта
Суммируем напряжение и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то затерялись. Скорее всего на щупах, так как они тоже обладают сопротивлением. Как вы видите, простой переменный резистор мы можем использовать в роли простейшего делителя напряжения.
Источник: https://www.ruselectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/
Принцип делителя напряжения
Это правило применяют при расчетах электросхем, упрощающих решение. Также оно действительно и для простых схем.
Важно! Основная концепция правила: напряжение делится между двумя резисторами, соединенными последовательно, в прямой зависимости от их сопротивления.
Когда выполняется практический расчет делителя напряжения, составляется электросхема, и выводятся необходимые формулы.
Виды схем
Единица измерения напряжения
Несмотря на относительные различия в электросхемах, все они имеют общие признаки. Резистор R1 всегда подсоединяется в непосредственной близости к Uвх, а R2 – к заземляющей клемме. Падение напряжения на резисторном элементе R2 – Uвых является разделенным напряжением электроцепи.
Разновидности схем делителя напряжения
Расчетные формулы
Допустим, есть схема с двумя резисторами. Расчет делителя напряжения на резисторах сводится к применению математических формул закона Ома и закона Кирхгофа.
U = I x R, тогда U1 = I x R1, а U2 = I x R2,
где U – входное напряжение;
- Применяя закон Кирхгофа о том, что алгебраическая сумма напряжений вокруг замкнутого контура равна нулю, можно записать следующие формулы:
U = U1 + U2, следовательно, U = U1 + U2;
- Поэтому U = I x R1 + I x R2, отсюда I = U/(R1 + R2);
- Если подставить полученные выводы в формульную запись закона Ома, то получится падение напряжения на отдельных резисторных элементах:
U1 = R1 x U/(R1 + R2) и U2 = R2 x U/(R1 + R2).
Напряжение, распределенное на двух резисторах, пропорционально соотношению их сопротивлений. Это отношение не может быть больше 1 для любых значений R1 и R2, поэтому Uвх сокращается до Uвых с фиксированным соотношением, определяемым величинами R1 и R2.
Расчетная схема делителя напряжения
Важно! Это правило распространяется и на цепи, рассчитанные более, чем на два резистора. Например, U3 = R3 x U/(R1 + R2 + R3) и U4 = R4 x U/(R1 + R2 + R3 +R4).
Полученное соотношение – это формула делителя напряжения. Именно по ней выполняется расчет самостоятельно или в калькуляторе онлайн для делителя напряжения.
Если заданы величины напряжения выхода, то можно выполнить расчет резистора, используя данные формулы:
- R1 = U1 x R/U;
- R2 = (U2 x R/U) – R1;
- R3 = (U3 x R/U) – (R1 + R2) и т.д.
Пример расчета
Допустим, полное сопротивление потенциометра составляет 15 Ом. Скользящий контакт расположен в точке, где сопротивление делится на 10 Ом и 5 Ом. Переменный резистор подключен к батарее 2,5 В. Как рассчитать выходное напряжение, подключенное к секции 5 Ом резистора?
Согласно формуле:
U2 = R2 x U/(R1 + R2) = 5 x 2,5/(5 + 15) = 0,625 В.
Все эти вычисления можно произвести с помощью калькулятора для делителя напряжения, просто введя нужные данные.
Применение делителя напряжения
Расчет падения напряжения в кабеле
Делитель напряжения применяют только там, где нужно уменьшить входной сигнал. Главным образом его использование оправдано в таких электросхемах, где энергоэффективность не требуется учитывать серьезно.
Сферы использования:
- В повседневной жизни наиболее часто используется в потенциометрах. Наглядный пример потенциометра – ручка регулирования громкости в музыкальных системах. Базовая конструкция потенциометра включает три вывода;
- Для регулирования уровня сигнала в измерительных схемах (мультиметр и мост Уитстона);
- Если вместо сопротивления R2 установить фоторезистор, сопротивление которого зависит от освещенности, то выходное напряжение U2 будет меньшим под световым воздействием и большим в темноте. Другой способ использования – установить термосопротивление вместо R2. U2 – низкое, когда температура повышается, и наоборот. Причем общее напряжение в цепи остается неизменным и равно напряжению аккумулятора;
- Емкостные делители можно использовать в передаче мощности для измерения высокого напряжения и для компенсации емкостной нагрузки.
Реальные резисторные элементы всегда имеют приближения – «плюс-минус» от их номинального показателя. Если точность делителя напряжения является важной для конкретной схемы, лучше использовать элементы с жесткими допусками. Также следует проверить их приемлемую производительность в ожидаемых параметрах.
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/delitel-napryazheniya.html
Делитель напряжения на резисторах ⋆ diodov.net
Рассмотрим, как рассчитать практически любой делитель напряжения на резисторах. Преимущественное большинство радиоэлектронных элементов и микросхем питаются относительно низким напряжением – 35 В. А многие блоки питания выдают U = 9 В, 12 В или 24 В.
Поэтому для надежной и стабильной работы различных электронных элементов необходимо снижать величину напряжения до приемлемого уровня. В противном случае может наступить пробой радиоэлектронных элементов.
Особенно следует уделять внимание микросхемам – наиболее чувствительным элементам к повышенному напряжению.
Существуют много способов, как снизить напряжение. Выбор того или другого способа зависит от конкретной задачи, что в целом определяет эффективность всего устройства. Мы рассмотрим самый простой способ – делитель напряжения на резисторах, который, тем не менее, довольно часто применяется на практике, но исключительно в маломощных цепях, что поясняется далее.
Расчет делителя напряжения на резисторах
Чтобы сделать и рассчитать простейший делитель напряжения достаточно соединить последовательно два резистора и подключить их источнику питания. Такая схема очень распространенная и применяется более чем в 90 % случаев.
Вход схемы имеет два вывода, а выход – три. При одинаковых значения сопротивлений R1 и R2 выходные напряжения Uвых1 и Uвых2 также равны и по величине вдвое меньше входного Uвх. Причем выходное U можно сниматься с любого из резисторов – R1 или R2. Если сопротивления не равны, то выходное U будет на резисторе большего номинала.
Точное соотношение Uвых1 к Uвых2 рассчитаем, обратившись к закону Ома. Резисторы вместе с источником питания образуют последовательную цепь, поэтому величина электрического тока, протекающего через R1 и R2 определяется отношением напряжения источника питания Uвх к сумме сопротивлений:
Следует обратить внимание, чем больше сумма сопротивлений, тем меньший ток I при том же значении Uвх.
Далее, согласно закону Ома, подставив значение тока, находим Uвых1 и Uвых2:
Путем подстановки в две последние формулы значение из самой первой формулы, находим значение выходного U в зависимости от входного и сопротивлений двух резисторов:
Применяя делитель напряжения на резисторах, необходимо понимать и помнить следующее:
-
- Коэффициент полезного действия такой схемы довольно низкий, поскольку только часть мощности источника питания поступает к нагрузке, а остальная мощность преобразуется в тепло, выделяемое на резисторах. Чем больше понижается напряжение, тем меньше мощности от источника питания поступит к нагрузке.
- Так как нагрузка подключается параллельно к одному из резисторов делителя, то есть шунтирует его, то общее сопротивление цепи снижается и происходит перераспределение падений напряжений. Поэтому сопротивление нагрузки должно быть гораздо больше сопротивления резистора делителя. В противном случае схема будет работать нестабильно с отклонением от заданных параметров.
- Распределение U между R1 и R2 определяется исключительно их относительными значениями, а не абсолютными величинами. В данном случае неважно, будут ли R1 и R2 иметь значение 2 кОм и 1 кОм или 200 кОм и 100 кОм.
Однако при более низких значениях сопротивлений можно получить большую мощность на нагрузке, но следует помнить, что и больше мощности преобразуется в тепло, то есть израсходуется невозвратно впустую.
Также иногда находят применение и более сложные делители напряжений, состоящие из нескольких последовательно соединенных резисторов.
Делитель напряжения на переменном резисторе
Схему делителя напряжения на переменном резисторе называют схемой потенциометра. Вращая рукоятку громкости музыкального центра или автомагнитолы, вы таким действием плавно изменяете напряжение, подаваемое на усилитель модности звуковой частоты. Принцип работы и сборка простейшего усилителя мощности уже были ранее рассмотрены здесь.
При перемещении (вращении) ручки переменного резистора сверху вниз по чертежу происходит плавное изменение U от значения источника питания до нуля.
В звуковой технике главным образом применяются переменные резисторы с логарифмической зависимостью, поскольку слуховой аппарат человек воспринимает звуки с данной зависимостью. Для регулирования уровня звука одновременно по двум каналам используют сдвоенные переменные резисторы.
В качестве делителя напряжения находят применение переменные резисторы, имеющие следующие зависимости сопротивления от угла поворота ручки: логарифмическую, линейную и экспоненциальную. Конкретный тип зависимости применяется для решения отдельной задачи.
Источник: https://diodov.net/delitel-napryazheniya-na-rezistorah/
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.
UR1=I*R1;
UR2=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)
UR2 = 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!
Источник: http://www.sxemotehnika.ru/delitel-napryazheniya.html
Резистивный делитель напряжения
В общем случае устройства этого типа выполняют преобразование по формуле Uвых=Uвх*К, где:
- Uвх (вых) – напряжения на входе и выходе, соответственно;
- К – корректирующий множитель, обозначающий передающие способности узла.
Если взять первый пример из рис. выше, для уточнения сути процессов подойдет второй закон Кирхгофа. В соответствии с этим правилом, общее значение напряжений на последовательно соединенных резисторах будет равно сумме ЭДС на каждом элементе. Так как ток не изменяется в замкнутом контуре, для расчета можно использовать закон Ома:
U (напряжение) = I (ток) * R (электрическое сопротивление)
Нижнюю часть схемы (плечо) используют для получения необходимого изменения входного параметра.
Виды и принцип действия
В данной публикации подробно рассмотрен резистивный делитель напряжения. Подразумевается линейность характеристики цепи. В таких схемах упрощен расчет сопротивления для понижения напряжения до необходимого уровня. При подключении источника постоянного тока происходит деление напряжений прямо пропорционально значениям электрических сопротивлений нижнего и верхнего плеча.
Цепи с реактивными характеристиками Что такое электрическое сопротивление
Если составить аналогичную схему с конденсаторами, то на вход для поддержания нормальной функциональности придется подать синусоиду. В этом случае также будет выполнено распределение напряжений на элементах с емкостными характеристиками. Однако этот процесс надо рассматривать в динамике, с учетом частоты и соответствующего изменения амплитуды. Аналогичную методику применяют при работе с индуктивными компонентами.
Значения реактивных сопротивлений:
- Rc=1/(2*f*π*C);
- RL=2*f*π*C.
По формулам видно, что сопротивление конденсатора/ катушки обратно (прямо) пропорционально емкости/ индуктивности. Соответственно выбирают значения элементов для деления напряжения.
В представленных примерах принимают бесконечно большим внутреннее сопротивление нагрузки. Для реальных расчетов пользуются более сложными формулами с поправочными коэффициентами. Учитывают действительные комплексные характеристики цепей.
К сведению. В стабилизаторах напряжения и некоторых иных устройствах сопротивление плеча делителя обладает нелинейными параметрами.
Схема делителя напряжения на резисторах
Подключение светодиода через резистор и его расчет
Такие схемы используют для уменьшения выходного напряжения до нужного значения. Деление выполняют в пропорциях, которые предусмотрены конструкторским проектом. Необходимо учитывать реальное влияние нагрузки. Уточняют мощность потребления, чтобы подобрать подходящий резистор нижнего плеча.
Формула делителя напряжения
Для примера взяты определенные значения:
- Входного постоянного напряжения (Uвх) – 20 Вольт;
- Сопротивления резисторов R1 и R2 – 20 и 50 кОм, соответственно.
Самостоятельный расчет резистивного делителя онлайн
Уменьшение входного напряжения в два раза получится при равных значениях сопротивлений резисторов. Для настоящего примера придется рассчитать пропорцию, пользуясь формулой закона Ома:
I=Uвх/ (R1+R2)
Подставив исходные значения, несложно узнать силу тока, протекающего по данной последовательной цепи:
20/ (20 000 + 50 000) = 0,000286 А
На отдельных элементах падения напряжения составят:
- UR1 = 0,000286 * 20 000 = 5,72 V;
- UR2 = 0,000286 * 50 000 = 14,3 V.
Для непосредственного расчета напряжения на рабочем плече можно пользоваться формулой:
UR2 = Uвх * R2/ (R1+R2)
Расчет делителя напряжения калькулятором онлайн
Соответствующие программы предлагают посетителям «Паяльник» и другие специализированные сайты бесплатно и без регистрации. В стандартной форме заполняют «окошки» с напряжением на входе и выходе. После подтверждения автоматически выполняется расчет с отображением значений электрических сопротивлений резисторов и рассеиваемых мощностей.
Как понятно из примера, основные формулы не отличаются повышенной сложностью. Однако автоматизированный расчет делителя напряжения на резисторах онлайн (online) позволяет выполнять многократные теоретические эксперименты с минимальными затратами времени. Такой инструмент пригодится для точного определения основных параметров делителя.
Таблица расчетов
| R1 | R2 | R1 | R2 | ||
| 12 | 1000 | 2000 | 0,016 | 0,032 | 8 |
| 12 | 50000 | 4545 | 0,00242 | 0,00022 | 1 |
| 12 | 50000 | 550000 | 0,00002 | 0,00022 | 11,5 |
| 12 | 100 | 200 | 0,16 | 0,32 | 8 |
Приведенные цифры демонстрируют, что для существенного уменьшения Uвых сопротивление R1 должно быть значительно больше R2. Обратные пропорции применяют для примерного равенства напряжений на входе и выходе.
Совокупные потери в цепи определяют по рассеиваемой мощности. Чем меньше сопротивление, тем сильнее ток. Для самостоятельных расчетов пользуются формулой:
P=I2*R.
Применение
Использование такой схемотехники на практике демонстрируют следующие примеры. Для расчетов электрических параметров без учета сопротивления нагрузки подойдут рассмотренные выше ручные и автоматизированные методики.
Потенциометры
Если резистор оснастить ползунком и соответствующим приводом, сопротивления можно будет менять плавно. Это решение позволяет точнее менять напряжения на выходе, по сравнению с дискретными схемами. Главный недостаток – усложнение конструкции, что, кроме удорожания, снижает надежность. Приходится обеспечивать герметичность рабочей зоны для исключения загрязнения и предотвращения коррозийных процессов.
Принципиальная схема потенциометра
Резистивные датчики
В этом варианте пользуются способностью некоторых материалов увеличивать/ уменьшать электрическое сопротивление под воздействием температуры, светового потока, других внешних воздействий. Созданный на основе этих принципов датчик устанавливают в плечо делителя. По уровню напряжения на выходе контролируют изменение соответствующих параметров.
Цепи обратной связи в усилителях
Таким решением обеспечивают необходимый коэффициент усиления. На представленной ниже схеме этот параметр не будет никогда ниже единицы. Для повышения уровня преобразования увеличивают значение сопротивления R2 по отношению к R1.
Делитель напряжения в цепи обратной связи
Простейшие электрические фильтры
Для фильтрации заменяют конденсатором резисторы R1 или R2. В первом варианте устройство беспрепятственно пропускает высокочастотные составляющие. При снижении частоты до определенного уровня реактивное сопротивление увеличивается, препятствует прохождению тока. Аналогичным образом делают изменения в нижнем плече делителя с целью отсечения низких частот.
Усилитель напряжения
Переменным резистором изменяют уровень сигнала для получения необходимой громкости звучания. В таких устройствах применяют элементы с логарифмической характеристикой изменения сопротивления, что хорошо соответствует естественному механизму восприятия человеческими органами слуха.
Параметрический стабилизатор напряжения
В таких схемах нижнее плечо делителя можно создать с применением стабилитрона. Его вольтамперные характеристики выбирают таким образом, чтобы выходное напряжение сохраняло нужное значение при изменении входных параметров.
Ограничения в применении
Из приведенных в таблице примеров расчетов хорошо видно, как значительно увеличиваются потери при уменьшении сопротивления цепи. Энергия расходуется впустую для нагрева окружающей среды. При большой мощности рассеивания приходится использовать принудительные системы охлаждения, пассивные радиаторы.
В приведенных расчетах не учитывалась нагрузка. Если добавить соответствующее реальным условиям сопротивление, образуются дополнительные потери в параллельной цепи.
Влияние сопротивления нагрузки
На первой части рисунка изображен типовой делитель, обеспечивающий выходное напряжение 5 V. При потреблении тока 0,01 А сопротивление нагрузки составит 0,5 кОм. Пользуясь формулой расчета для параллельной цепи, несложно выяснить суммарное значение R = 1/(1/R2 + 1/Rнагрузки) = 0,25 кОм. Это добавление уменьшит плановое значение Uвых до 3,46 V.
Уменьшением R2 можно снизить вредное влияние на выходное напряжение (4,75 V). Однако такой способ, приведенный на второй части рисунка, сопровождается значительными потерями энергии. Ток будет проходить по участку с меньшим сопротивлением, не выполняя полезные функции. В данном примере необходимо выбрать R1, рассчитанный на мощность не менее 2 Вт, чтобы обеспечить надежную работу устройства.
Нормативно-техническая документация
Изучить стандарты по данной теме можно в ГОСТе 11282-93. Стандарт действует с 1 января 1996 г. Последние изменения сделаны 12 сентября 2018 г.
В документе приведены сведения о допустимых погрешностях, допусках и других нормативах.
Источник: https://amperof.ru/elektropribory/delitel-napryazheniya.html
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.
Источник: https://kurstoe.ru/linejnie-tcepi/postoyanij-tok/delitel-napryazheniya.html
Делитель напряжения на резисторах + калькулятор расчета
В электронике существует множество схем, требующих регулировки и оптимизации напряжения на различных участках. Для решения этой задачи чаще всего используется делитель напряжения на резисторах, зарекомендовавший себя наиболее эффективным устройством. Данные приборы используются в самых разных конструкциях, начиная от простейших настенных светильников, и заканчивая сложными схемами в платах управления.
Как работает делитель напряжения
Делитель напряжения это устройство, осуществляющее регулировку выходного напряжения по отношению значения входного напряжения, в соответствии с коэффициентом передачи. То есть, из большего значения получается меньшее, а само напряжение бывает постоянным или переменным.
Самая простая схема делителя напряжения состоит как минимум из двух сопротивлений. Если их сопротивления равны между собой, то и падения напряжения будут одинаковыми. Поэтому, по закону Ома напряжение на выходе прибора будет ровно в два раза ниже, чем на входе.
В других случаях для расчетов падения напряжений используются формулы.
Основной функцией делителя напряжения в электрических цепях является снижение напряжения и получение нескольких его значений с фиксированными показателями на различных участках. Его основой служат резисторы или реактивные сопротивления в количестве два и более элементов.
Простейший делитель представляется в виде двух участков цепи, называемых плечами. Верхним плечом считается участок между нулевой точкой и положительным напряжением, а нижним – участок между нулевой точкой и минусом. После того как определены исходные данные, можно сделать самый простой расчет делителя напряжения.
В качестве примера рассматриваются два резистора, соединенные последовательно. К ним подается напряжение U, которое может быть переменными или постоянным. После этого в действие вступает закон Ома, когда при последовательном соединении резисторов, общее сопротивление составит сумму их номиналов. В виде формы это будет выглядеть следующим образом: I = U/Rобщ, в которой Rобщ = R1+R2. Следовательно, I = U/(R1+R2).
Бестрансформаторный блок питания
Сила тока при последовательно соединенных резисторов, будет одинаковой на всех участках цепи. Если у каждого резистора имеется собственное значение сопротивления, то по закону Ома у них образуются совершенно разные напряжения. Сопротивлению R1 соответствует напряжение U1, а сопротивлению R2 – напряжение U2.
В результате получается следующая ситуация, выраженная формулой I = U2/R2 = U1/R1 = U/(R1+R2).
Для того, чтобы найти значения напряжений U1 и U2, необходимо выполнить такие действия: U1 = U x R1/(R1+R2) и U2 = U x R2/(R1+R2).
Если правые части каждого уравнения сложить друг с другом, то в результате получится значение входящего напряжения U, состоящее из суммы напряжений U1 и U2, то есть U = U1 + U2. Это значит, что сумма падений напряжений на всех последовательно соединенных резисторах, будет равна напряжению источника питания, то есть входящему напряжению.
Таким образом, данное выражение есть ни что иное, как формула делителя напряжения. Практически получается, что входящее напряжение U оказалось разделенным на два напряжения с собственными значениями – U1 и U2.
Во многих случаях необходимо, чтобы процесс разделения напряжения осуществлялся плавно. С этой целью был изобретен прибор – переменный резистор. Работа устройства происходит по установленной схеме.
Два крайних контакта обладают постоянным сопротивлением, а сопротивление среднего контакта относительно крайних контактов будет изменяться в зависимости от направления вращения регулятора.
С помощью переменных резисторов добавляется громкость в звуковых колонках, у радиоприемников и телевизоров старых марок.
Расчет резистивного делителя напряжения
Сделать расчеты делителя, состоящего из более чем трех резисторов можно по специальным формулам. Существуют методики, позволяющие выводить формулы для схем, содержащих от четырех и более резисторов. В примерных расчетах будет использоваться источник питания с напряжением 12 вольт. Необходимо получить разные значение напряжения: U1 = 1В, U2 = 3В, U3 = 5В, U1 = 7В.
Импульсный стабилизатор тока
На представленном рисунке номера резисторов, расположенных в определенном порядке, соответствуют создаваемым падениям напряжения. Для того чтобы получить требуемые значения напряжения понадобится пять резисторов. Их сопротивления и нужно будет определить.
Прежде чем рассчитать делитель напряжения на резисторах, необходимо задать его общее сопротивление. Его значение будет находиться в промежутке между 1 кОм и 100 кОм. Могут быть заданы и другие параметры, однако следует учитывать, что при малых значениях сопротивления, на делителе произойдет рост тепловых потерь, а при слишком больших – значения полученного напряжения будут неточными из-за подключенной нагрузки. Поэтому при расчетах рекомендуется использовать значение в пределах 12 кОм.
Итогом будут следующие формулы для каждого резистора:
- R1 = U1Rдел/Uпит;
- R2 = U2Rдел/Uпит – R1;
- RЗ = U3Rдел/Uпит-(R1+R2);
- R4 = U4Rдел/Uпит – (R1+R2+RЗ).
Остается лишь определить сопротивление дополнительного, пятого резистора:
- Rдоп = Rдел-(R1+R2+RЗ+R4).
Если в указанные формулы подставить исходные данные, то сопротивления резисторов будут иметь следующие значения: R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм, R3 = 2 кОм, R4 = 2 кОм, Rдоп = 5 кОм. Полученные значения резисторов №№ 1,2,3,4 совпадают с номиналами, расположенными в ряду Е24. Для дополнительного резистора в этом ряду нет точного номинала, поэтому ему подойдет сопротивление, максимально приближенное к расчетному – 5,1 кОм.
С целью получения более реальных значений напряжений, соответствующие заданным значениям, каждый резистор, используемый в делителе, необходимо заранее проверить омметром. В этом случае точные данные позволят получить результаты, в которых отклонение от номинала составит не более 1%. Данные формулы могут использоваться при расчетах делителей, включающих в схему любое количество резисторов.
Применение резисторных делителей напряжения
Каждый резисторный делитель получил широкое практическое применение в различных электронных схемах. Типичным примером является потенциометр, который является переменным резистором, входящим в состав регулируемого делителя напряжения. Он состоит из резистора и скользящего контакта, разделяющего этот резистор на две части и передвигающегося между ними.
Конденсатор в цепи переменного и постоянного тока
Другим вариантом, где применяется резистивный делитель напряжения, являются резистивные датчики, устанавливаемые в различные устройства. Типичным примером служит фоторезистор, изменяющий сопротивление, пропорционально количеству света, падающему на него. Кроме того, эти элементы используются и в других приборах – датчиках давления, ускорения, термисторах и других аналогичных устройствах.
Расчет делителя напряжения на резисторах онлайн при помощи калькулятора
Источник: https://electric-220.ru/news/delitel_naprjazhenija_na_rezistorakh/2017-10-02-1366
Схема традиционного резисторного делителя напряжения
Для применения делителя напряжения нам надо уметь рассчитывать три величины: напряжение на выходе делителя, его эквивалентное выходное сопротивление, его входное сопротивление. С напряжением все понятно. Эквивалентное выходное сопротивление скажет нам, насколько изменится напряжение на выходе с изменением тока нагрузки делителя.
Если эквивалентное выходное сопротивление равно 100 Ом, то изменение тока нагрузки на 10 мА приведет к изменению напряжения на выходе на 1 В. Входное сопротивление показывает, насколько делитель нагружает источник сигнала или источник питания. Дополнительно посчитаем коэффициент ослабления сигнала.
Он может пригодиться при работе с сигналами сложной формы.
Пример — делитель для осциллографа
Если мы хотим получить осциллограмму высокого напряжения, то сразу приходит в голову делитель напряжения. Изготавливаем делитель, подключаем его вход к источнику высоковольтного сигнала, а выход к входу осциллографа. Должны получить на входе осциллографа уменьшенную копию входного сигнала.
Если наш сигнал имеет достаточно большую частоту или просто резкие фронты (например, меандр), то ничего не получится. Осциллограмма не будет похожа на изначальный сигнал.
Причина в том, что осциллограф имеет некоторую входную емкость, которая образует с эквивалентным выходным сопротивлением делителя фильтр нижних частот. Все высшие гармоники сигнала подавляются. Кроме того этот фильтр формирует фазовый сдвиг.
Это бывает существенным для многолучевых осциллографов, когда мы анализируем соотношения сигналов. Чтобы этого избежать, резистор R1 нужно зашунтировать конденсатором.
Емкость шунтирующего конденсатора определяется исходя из того соображения, что отношение модуля сопротивления переменному току шунтирующего конденсатора к модулю сопротивления переменному току входной емкости осциллографа должно быть равно отношению сопротивлений резисторов R1 и R2. А модуль сопротивления переменному току обратно пропорционален емкости конденсатора.
[Емкость шунтирующего конденсатора, пФ] = [Входная емкость осциллографа, пФ] * [Сопротивление резистора R2, Ом] / [Сопротивление резистора R1, Ом]
(читать дальше) :: (в начало статьи)
Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Источник: https://gyrator.ru/voltage-divider
Делитель напряжения на резисторах. Формула расчета, онлайн калькулятор
Делитель напряжения — это простая схема, которая позволяет получить из высокого напряжения пониженное напряжение.
Используя только два резистора и входное напряжение, мы можем создать выходное напряжение, составляющее определенную часть от входного. Делитель напряжения является одной из наиболее фундаментальных схем в электронике. В вопросе изучения работы делителя напряжения следует отметить два основных момента – это сама схема и формула расчета.
Схема делителя напряжения на резисторах
Схема делителя напряжения включает в себя входной источник напряжения и два резистора. Ниже вы можете увидеть несколько схематических вариантов изображения делителя, но все они несут один и тот же функционал.
Обозначим резистор, который находится ближе к плюсу входного напряжения (Uin) как R1, а резистор находящийся ближе к минусу как R2. Падение напряжения (Uout) на резисторе R2 — это пониженное напряжение, полученное в результате применения резисторного делителя напряжения.
Расчет делителя напряжения на резисторах
Расчет делителя напряжения предполагает, что нам известно, по крайней мере, три величины из приведенной выше схемы: входное напряжение и сопротивление обоих резисторов. Зная эти величины, мы можем рассчитать выходное напряжение.
Формула делителя напряжения
Это не сложное упражнение, но очень важное для понимания того, как работает делитель напряжения. Расчет делителя основан на законе Ома.
Для того чтобы узнать какое напряжение будет на выходе делителя, выведем формулу исходя из закона Ома. Предположим, что мы знаем значения Uin, R1 и R2. Теперь на основании этих данных выведем формулу для Uout. Давайте начнем с обозначения токов I1 и I2, которые протекают через резисторы R1 и R2 соответственно:
Наша цель состоит в том, чтобы вычислить Uout, а это достаточно просто используя закон Ома:
Хорошо. Мы знаем значение R2, но пока неизвестно сила тока I2. Но мы знаем кое-что о ней. Мы можем предположить, что I1 равно I2. При этом наша схема будет выглядеть следующим образом:
Что мы знаем о Uin? Ну, Uin это напряжение на обоих резисторах R1 и R2. Эти резисторы соединены последовательно, при этом их сопротивления суммируются:
И, на какое-то время, мы можем упростить схему:
Закон Ома в его наиболее простом вид: Uin = I *R. Помня, что R состоит из R1+R2, формула может быть записана в следующем виде:
А так как I1 равно I2, то:
Это уравнение показывает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и отношению сопротивлений R1 и R2.
Применение делителя напряжения на резисторах
В радиоэлектронике есть много способов применения делителя напряжения. Вот только некоторые примеры где вы можете обнаружить их.
Потенциометры
Потенциометр представляет собой переменный резистор, который может быть использован для создания регулируемого делителя напряжения.
Изнутри потенциометр представляет собой резистор и скользящий контакт, который делит резистор на две части и передвигается между этими двумя частями. С внешней стороны, как правило, у потенциометра имеется три вывода: два контакта подсоединены к выводам резистора, в то время как третий (центральный) подключен к скользящему контакту.
Если контакты резистора подключения к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), то центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.
Переведите движок потенциометра в верхнее положение и напряжение на выходе будет равно входному напряжению. Теперь переведите движок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если же установить ручку потенциометра в среднее положение, то мы получим половину входного напряжения.
Резистивные датчики
Большинство датчиков применяемых в различных устройствах представляют собой резистивные устройства. Фоторезистор представляет собой переменный резистор, который изменяет свое сопротивление, пропорциональное количеству света, падающего на него. Так же есть и другие датчики, такие как датчики давления, ускорения и термисторы и др.
Так же резистивный делитель напряжения помогает измерить напряжение при помощи микроконтроллера (при наличии АЦП).
Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе
Допустим, сопротивление фоторезистора изменяется от 1 кОм (при освещении) и до 10 кОм (при полной темноте). Если мы дополним схему постоянным сопротивлением примерно 5,6 кОм, то мы можем получить широкий диапазон изменения выходного напряжения при изменении освещенности фоторезистора.
Как мы видим, размах выходного напряжения при уровне освещения от яркого до темного получается в районе 2,45 вольт, что является отличным диапазоном для работы большинства АЦП.
Источник: http://www.joyta.ru/7328-delitel-napryazheniya-na-rezistorax-raschet-onlajn/
Расчет делителя онлайн – Расчет делителя напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях — Help for engineer
Схема делителя напряжения является простой, но в тоже время фундаментальной электросхемой, которая очень часто используется в электронике. Принцип работы ее прост: на входе подается более высокое входное напряжение и затем оно преобразуется в более низкое выходное напряжение с помощью пары резисторов. Формула расчета выходного напряжения основана на законе Ома и приведена ниже.
Классическая формула делителя напряжения
где:
- Uвх. — входное напряжение источника, В;
- Uвых. — выходное напряжение, В;
- R1 — сопротивление 1-го резистора, Ом;
- R2 — сопротивление 2-го резистора, Ом.
Схема классического делителя напряжения на 2 резистора
В калькулятор ниже введите любые три известных значения Uвх., Uвых. и R1 и нажмите «Рассчитать», чтобы найти значение R2.
Упрощения
Существует несколько обобщений, которые следует учитывать при использовании делителей напряжения. Это упрощения, которые упрощают оценку схемы деления напряжения.
Во-первых, если R2 и R1 равны, то выходное напряжение вдвое меньше входного напряжения. Это верно независимо от значений резисторов.
Итак, если R1 = R2, то получаем следующее уравнение:
Формула делителя напряжения, если сопротивления равны
Во-вторых, если R2 на порядок больше чем R1, то выходное напряжение Uвых будет очень близко к Uвх., то есть Uвх. ≈ Uвых. А на R1 будет очень мало напряжения.
Формула делителя напряжения, если R2 на порядок больше R1
Во-третьих, если наоборот R1 на порядок больше чем R2, то Uвых будет очень маленьким по сравнению с Uвх, то есть будет стремиться к нулю. Практически все входное напряжение упадет в таком случае на R1.
Вы можете воспользоваться онлайн калькулятором ниже, чтобы проверить как саму классическую формулу делителя напряжения, представленную на рисунке 1, так и вышеприведенные упрощения этой формулы.
Расчет делителя напряжения на резисторах: онлайн-калькулятор
Делитель напряжения — это простой и удобный способ получить нужное напряжение в определенной точке схемы. Он используется в цепях обратной связи для измерения выходных параметров, когда на выходе десятки вольт, а измерительный вход микросхемы рассчитан на единицы или доли вольт и во множестве других целей. Простейший вариант строится на резисторах их может быть 2 и больше.
Давайте разберемся как рассчитать данный элемент цепи. Можно сделать это вручную или использовать следующий онлайн калькулятор, который выполняет расчет делителя напряжения на резисторах:
Главное, что нельзя забывать, так это то, что ток делителя должен быть на 1 и более порядков выше, чем входной ток нагрузки. Это нужно, чтобы минимизировать просадки напряжения и сохранить стабильность выходных параметров. После этого приступайте к расчетам по току и напряжению.
Если ваш делитель состоит из двух элементов, то ток через него рассчитывают по формуле:
I=Uвх/(R1+R2)=Uвх/Rобщ
Или сопротивление по заданному току:
Rобщ=Uвх/I
Нам известно R общее при заданном I, входное напряжение и сколько нам нужно получить на выходе. Рассчитываем сопротивления:
R2=Uвых*Rобщ/Uвх
Тогда:
R1=Rобщ-R2
Если нужно определить параметры цепочки по известным сопротивлениям и входному напряжению — рассчитывают выходное по формуле:
Uвых=Uвх*R2/R1+R2
Значит, зная напряжение на выходе можно рассчитать его и на входе:
Uвх=(Uвых*R1+R2)/R2
Это основной метод расчета резистивного делителя, бывает еще и емкостной или индуктивный. В этом случае вместо сопротивления активного R в расчетах фигурирует сопротивление реактивное Xc или Xl.
Для регулировки выходного напряжения резисторного делителя вместо нижнего сопротивления устанавливают подстроечный или переменный резистор. Расчеты при этом ничем не отличаются — в них используют максимальное значение на переменном резисторе.
Также можно ограничить минимальное выходное напряжение, установив последовательно с переменным постоянное, тогда минимальное рассчитывается без учета переменника.
Такую схему удобно использовать, если у вас резисторы с большим допуском, а нужно получить точные выходные параметры.
Вы можете сэкономить время, воспользовавшись онлайн калькулятором, в нем вы можете рассчитать номиналы элементов с учетом нужных выходного и входного напряжения. Использование калькулятора сэкономит ваше время, если нужно посчитать большую схему или вы запутались и не можете разобраться, как посчитать резистивный делитель с нагрузкой.
Учтите, что элементы нужно подбирать не только по номиналу, но и по мощности, потому что при большом токе потребления нагрузки, нужно рассчитывать схему на большие токи. В результатах расчетов онлайн калькулятора будет указано, на сколько ватт нужен резистор.
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
Источник: https://sjracing.ru/raznoe/raschet-delitelya-onlajn-raschet-delitelya-napryazheniya-na-rezistorax-kondensatorax-i-induktivnostyax-help-for-engineer.html
Как рассчитать делитель напряжения на резисторах?
Делитель напряжения. Онлайн расчет. Применение на примере осциллографа (10+)
Делитель напряжения
Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь
Делитель напряжения применяется, если нужно получить заданное напряжение при условии стабилизированного питания. Сейчас мы поговорим о постоянном токе и резисторных делителях. О делителях с использованием конденсаторов, диодов, стабилитронов, индуктивностей и других элементов будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы ее не пропустить. В конце для примера расскажу, как сделать делитель напряжения для осциллографа, чтобы снимать осциллограммы высокого напряжения.
Резисторные делители также могут применяться для уменьшения в заданное количество раз сигналов сложной формы. На делителях напряжения с регулируемым коэффициентом ослабления строятся, например, регуляторы громкости.
Здесь можно почитать про схемы для выполнения математических операций над сигналами.
| Вашему вниманию подборка материалов:Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам |
Ознакомьтесь также с расчетом резисторно — конденсатороного (RC) делителя напряжения.
Пример — делитель для осциллографа
Если мы хотим получить осциллограмму высокого напряжения, то сразу приходит в голову делитель напряжения. Изготавливаем делитель, подключаем его вход к источнику высоковольтного сигнала, а выход к входу осциллографа. Должны получить на входе осциллографа уменьшенную копию входного сигнала.
Если наш сигнал имеет достаточно большую частоту или просто резкие фронты (например, меандр), то ничего не получится. Осциллограмма не будет похожа на изначальный сигнал.
Причина в том, что осциллограф имеет некоторую входную емкость, которая образует с эквивалентным выходным сопротивлением делителя фильтр нижних частот. Все высшие гармоники сигнала подавляются. Кроме того этот фильтр формирует фазовый сдвиг.
Это бывает существенным для многолучевых осциллографов, когда мы анализируем соотношения сигналов. Чтобы этого избежать, резистор R1 нужно зашунтировать конденсатором.
Емкость шунтирующего конденсатора определяется исходя из того соображения, что отношение модуля сопротивления переменному току шунтирующего конденсатора к модулю сопротивления переменному току входной емкости осциллографа должно быть равно отношению сопротивлений резисторов R1 и R2. А модуль сопротивления переменному току обратно пропорционален емкости конденсатора.
[Емкость шунтирующего конденсатора, пФ] = [Входная емкость осциллографа, пФ] * [Сопротивление резистора R2, Ом] / [Сопротивление резистора R1, Ом]
(читать дальше) :: (в начало статьи)
Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. .
Еще статьи
Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.
Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия,
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех
Качественный усилитель мощности звуковой, низкой частоты, звука, нч. В
Качество усилителей звуковой частоты. Обзор, схемы.
Как не спутать плюс и минус? Защита от переполярности. Описание
Схема защиты от неправильной полярности подключения (переполюсовки) зарядных уст
Источник: https://1000eletric.com/kak-rasschitat-delitel-napryazheniya-na-rezistorah/
Делитель напряжения: 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.
Вам это будет интересно Щупы для мультиметра
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.
https://www.youtube.com/watch?v=vs0Ue9gykE8
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.
Вам это будет интересно Как работают датчики движения для включения света
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.
Вам это будет интересно Особенности точечных светильников
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.
Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/delitel-napryazheniya
