Делить...всем Вам знакомо это слово. Делить водку, делить бабло, делить хавку:-) А вот кто-нибудь из Вас делил когда-нибудь напряжение? Думаю, таких мало. Ну что же, давайте разберемся, как можно его поделить.
Для того, чтобы поделить напряжение, нам нужно всего-навсего два и более резисторов. Для начала рассмотрим вот такой рисуночек:
Наш схемка состоит из двух резисторов, подключенных последовательно. На эти резисторы подается напряжение, оно может быть как переменное, так и постоянное. Назовем его U. Ну вот пропускаем мы напряжение через эти резисторы и нас сразу же заработал Закон Ома . Мы знаем, если резисторы соединены последовательно, то их Сопротивление будет равняться сумме их номиналов. То есть получается, что
I=U/R общее, где R общее =R1+R2
то есть можно написать
I=U/(R1+R2)
При последовательном соединении резисторов, сила тока - I , проходящая через каждый резистор одинакова - это есть закон последовательного соединения резисторов, вам его надо бы запомнить, иначе можно вообще не лезть в электронику:-). Так, разобрались. Но у нас каждый резистор обладает своим каким то сопротивлением. Отсюда напрашивается вывод из Закона Ома , что и на каждом сопротивлении у нас будет абсолютно разное напряжение, все зависит от закона Ома.
На сопротивлении R1 у нас будет напряжение U1 , а на сопротивлении R2 у нас будет напряжение U2
I=U2/R2=U1/R1=U/(R1+R2)
Давайте найдем значения U1 и U2 . Думаю, все учились в школе, и сможете без проблем решить эту уравнение. Умножаем, сокращаем, материмся и бошку ломаем, и в конце концов получаем, что
U1=UxR1/(R1+R2)
U2=UxR2/(R1+R2)
А вы знаете, что если сложить правые части уравнения, получим U ? Не верите? Проверьте! Отсюда получаем, что U=U1+U2 . Короче говорю простым языком чайника: если резисторы включены в цепь последовательно, то на каждом резисторе падает напряжение (падает, значит на концах резистора имеется это напряжение) и сумма падений напряжений на всех резисторах будет равняться напряжению источника (батарейки, блока питания или какого-нибудь генератора напряжения). Мы тупо разделили напряжение источника U на два разных напряжения U1 и U2.
R1 и R2 - это условные обозначения резисторов. Если допустим у нас источник напруги 50 Вольт, и нам надо закрутить 5 вольтовый вентилятор от компа, то измеряем сопротивление обмотки вентилятора и высчитываем по формуле, какой резистор цеплять последовательно к вентилятору. Думаю, с этим все понятно. Формулы есть, оперируйте с ними.
Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультик:
Замеряем сопротивление мелкого резистора, R1=109,7 Ом.
Замеряем сопротивление толстого резистора R2=52,8 Ом.
Выставляем на блоке питания ровненько 10 Вольт, замеряем напругу с помощью мультика (не смотрите на показания блока питания, он обладает бОльшей погрешностью, чем мультик) .
Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно, напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке тоже немного неточны, силу тока мы будем замерять с помощью мультика тоже.
Замеряем напругу на толстом резисторе. На толстом резисторе падает напруга 3,21 Вольт.
Замеряем напругу на тонком резисторе. На тонком резисторе падает напруга 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? Они упали на сопротивлении щупов, они ведь тоже обладают сопротивлением, если вы помните. Вот наглядный пример того, чтобы мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения.
Давайте же и убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова. 0,04 А или 40 мА.
Ну, убедились? :-)
Для того, чтобы делить напряжение плавно, человек изобрел очень удобную вещь, переменный резистор .
Принцип 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 сопротивление 330 Ом. Давайте же глянем, как он будет делить напряжение!
Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то не будем нагружать его большой напругой, формула мощности P=IхU. Ток потребления из закона Ома I=U/R. 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 напругу в 1 Вольт и цепляемся к нашему резику по крайним контактам.
Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напругу между левым и средним контактом:
Замеряем напругу между средним и правым контактом
Суммируем напругу и получаем 0,34+0,64=0,98 вольт. 0,02 Вольта опять потеряли на щупах.
Такие переменные резисторы используются для добавления громкости на ваших колонках от компа, на радиоприемниках, а также на допотопных ТВ.
В настоящее время делители напряжения создаются с помощью абсолютно других законов электроники. Это может быть полупроводниковые схемы или даже схемы с использованием микроконтроллеров. Но, если требуется быстро получить делитель напряжения и изменять малую мощность напряжения или сигнала в электронике, то делитель напряжения на резисторах вам пригодится как нельзя кстати.
Делители напряжения получили широкое распространение в электронике, потому что именно они позволяют оптимальным образом решать задачи регулировки напряжения. Существуют различные схематичные решения: от простейших, например, в некоторых настенных светильниках, до достаточно сложных, как в платах управления переключением обмоток нормализаторов сетевого напряжения.
Что такое делитель напряжения? Формулировка проста - это устройство, которое в зависимости от коэффициента передачи (настраивается отдельно) регулирует значение выходного напряжения относительно входного.
Раньше на прилавках магазинов часто можно было встретить светильник-бра, рассчитанный на две лампы. Его особенностью являлось то, что сами лампы были рассчитаны на работу с напряжением 127 Вольт. При этом вся система подключалась к бытовой электросети с 220 В и вполне успешно работала. Никаких чудес! Все дело в том, что способ соединения проводников формировал не что иное, как делитель напряжения. Вспомним основы электротехники, а именно потребителей. Как известно, при последовательном способе включения равна, а напряжение изменяется (вспоминаем закон Ома). Поэтому в примере со светильником однотипные лампы включены последовательно, что дает уменьшение питающего их напряжения в два раза (110 В). Также делитель напряжения можно встретить в устройстве, распределяющем сигнал с одной антенны на несколько телевизоров. На самом деле примеров много.
Давайте рассмотрим простейший делитель напряжения на основе двух резисторов R1 и R2. Сопротивления включены последовательно, на свободные выводы подается входное напряжение U. Из средней точки проводника, соединяющего резисторы, есть дополнительный вывод. То есть получается три конца: два - это внешние выводы (между ними полное значение напряжения U), а также средний, формирующий U1 и U2.
Выполним расчет делителя напряжения, воспользовавшись законом Ома. Так как I = U / R, то U является произведением тока на сопротивление. Соответственно, на участке с R1 напряжение составит U1, а для R2 составит U2. Ток при этом равен Учитывая закон для полной цепи, получаем, что питающее U является суммой U1+U2.
Чему же равен ток при данных условиях? Обобщая уравнения, получаем:
I = U / (R1+R2).
Отсюда можно определить значение напряжения (U exit) на выходе делителя (это может быть как U1, так и U2):
U exit = U * R2 / (R1+R2).
Для делителей на регулируемых сопротивлениях существует ряд важных особенностей, которые необходимо учитывать как на этапе расчетов, так и при эксплуатации.
Прежде всего, такие решения нельзя использовать для регулировки напряжения мощных потребителей. Например, таким способом невозможно запитать электродвигатель. Одна из причин - это номиналы самих резисторов. Сопротивления на киловатты если и существуют, то представляют собой массивные устройства, рассеивающие внушительную часть энергии в виде тепла.
Значение сопротивления подключенной нагрузки не должно быть меньше, чем схемы самого делителя, в противном случае всю систему потребуется пересчитывать. В идеальном варианте различие R делителя и R нагрузки должно быть максимально большим. Важно точно подобрать значения R1 и R2, так как завышенные номиналы повлекут за собой излишнее а заниженные будут перегреваться, затрачивая энергию на нагрев.
Рассчитывая делитель, обычно подбирают значение его тока в несколько раз (например, в 10) больше, чем ампераж подключаемой нагрузки. Далее, зная ток и напряжение, вычисляют суммарное сопротивление (R1+R2). Далее по таблицам подбирают ближайшие стандартные значения R1 и R2 (учитывая их допустимую мощность, чтобы избежать чрезмерного нагрева).
). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами , сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним , а другое - верхним . Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах . Сопротивление может быть как активным , так и реактивным .
Резистивный делитель напряжения
Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора и , подключённых к источнику напряжения . Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с Первым правилом Кирхгофа . Падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению (ток, как было установлено ранее, одинаков):
Для каждого резистора:
Разделив выражение для на выражение для в итоге получаем:
Таким образом, отношение напряжений и в точности равно отношению сопротивлений и .
Используя равенство
, в котором , а
И, выражая из него соотношение для тока:
Получим формулу, связывающую выходное () и входное () напряжение делителя:
Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму . Сначала необходимо определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), потребляемого нагрузкой, но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения . Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления . Остается только взять конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда , отношение величин которых близко́ требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетной. При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления , допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов - она должна превышать выделяемую на них мощность , где - ток источника при отключенной нагрузке (в этом случае через резисторы течет максимально возможный ток) .
Применение
Делитель напряжения имеет важное значение в схемотехнике. В качестве реактивного делителя напряжения как пример можно привести простейший электрический фильтр , а в качестве нелинейного - параметрический стабилизатор напряжения .
Делители напряжения использовались как электромеханическое запоминающее устройство в АВМ . В таких устройствах запоминаемым величинам соответствуют углы поворота реостатов. Подобные устройства могут неограниченное время хранить информацию.
Усилитель напряжения
Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения - это возможно, если , а - отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода
Ограничения в применении резистивных делителей напряжения
- Номинал сопротивлений делителя должен быть в 100 - 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки.
- Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к возникновению больших токов в делителе. Снижается КПД схемы из-за нагрева сопротивлений.
- Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы.
Нормативно-техническая документация
- ГОСТ 11282-93 (МЭК 524-75) - Резистивные делители напряжения постоянного тока
Примечания
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Делитель напряжения" в других словарях:
делитель напряжения - делитель напряжения Преобразующее устройство, состоящее из плеч высокого и низкого напряжения, таких, что напряжение входа прикладывается ко всему устройству, а напряжение выхода снимается с плеча низкого напряжения. [МЭС… … Справочник технического переводчика
Большой Энциклопедический словарь
Устройство, позволяющее снимать (использовать) только часть имеющегося постоянного или переменного напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. Используется в радио и… … Энциклопедический словарь
делитель напряжения - įtampos dalytuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель напряжения, m pranc. diviseur de tension, m … Automatikos terminų žodynas
делитель напряжения - įtampos dalytuvas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas nuolatinei ar kintamajai įtampai dalyti į dvi ar daugiau dalių. atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель… …
делитель напряжения - įtampos dalytuvas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, sudarytas iš rezistorių, induktyvumo ričių, kondensatorių, transformatorių arba iš šių elementų derinio taip, kad tarp dviejų šio įtaiso taškų susidarytų… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
делитель напряжения - įtampos dalytuvas statusas T sritis chemija apibrėžtis Įtaisas nuolatinei ar kintamajai įtampai dalyti į dvi ar daugiau dalių. atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider rus. делитель напряжения … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
делитель напряжения - įtampos dalytuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель напряжения, m pranc. diviseur de tension, m … Fizikos terminų žodynas
Электротехническое устройство для деления напряжения постоянного или переменное тока на части. Любой Д. н. состоит из активных или реактивных электрических сопротивлений. Обычно Д. н. применяют для измерения напряжения. При низких… … Большая советская энциклопедия
Электротехническое устройство, позволяющее снимать (использовать) только часть имеющегося постоянного или переменного напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. При… … Энциклопедия техники
В составе делителя напряжения для получения фиксированного значения напряжения используют резисторы. В этом случае выходное напряжение U вых связано с входным U вх (без учета возможного сопротивления нагрузки) следующим соотношением:
U вых = U вх х (R2 / R1 + R2)
Рис. 1. Делитель напряжения
Пример. С помощью резисторного делителя нужно получить на нагрузке сопротивлением 100 кОм напряжение 1 В от источника постоянного напряжения 5 В. Требуемый коэффициент деления напряжения 1/5 = 0,2. Используем делитель, схема которого приведена на рис. 1.
Сопротивление резисторов R1 и R2 должно быть значительно меньше 100 кОм. В этом случае при расчете делителя сопротивление нагрузки можно не учитывать.
Следовательно, R2 / (R1 +R2) R2 = 0,2
R2 = 0 ,2R1 + 0,2R2 .
R1 = 4R2
Поэтому можно выбрать R2 = 1 кОм, R1 - 4 кОм. Сопротивление R1 получим путем последовательного соединения стандартных резисторов 1,8 и 2,2 кОм, выполненных на основе металлической пленки с точностью ±1% (мощностью 0,25 Вт).
Следует помнить, что сам делитель потребляет ток от первичного источника (в данном случае 1 мА) и этот ток будет возрастать с уменьшением сопротивлений резисторов делителя.
Для получения заданного значения напряжения следует применять высокоточные резисторы.
Недостатком простого резисторного делителя напряжения является то, что с изменением сопротивления нагрузки выходное напряжение (U вых) делителя изменяется. Ддя уменьшения влияния нагрузки на U выхнеобходимо выбирать соротивление R2 по крайней мере в 10 раз меньше минимального сопротивления нагрузки.
Важно помнить о том, что с уменьшением сопротивлений резисторов R1
и R2 растет ток, потребляемый от источника входного напряжения. Обычно этот ток не должен превышать 1-10 мА.
Резисторы используются также для того, чтобы заданную долю общего тока направить в соответствующее плечо делителя. Например, в схеме на рис. 2 ток I составляет часть общего тока I вх, определяемую сопротивлениями резисторов Rl и R2, т.е. можно записать, что I вых = I вх х (R1 / R2 + R1)
Пример. Стрелка измерительного прибора отклоняется на всю шкалу в том случае, если постоянный ток в подвижной катушке равен 1 мА. Активное сопротивление обмотки катушки составляет 100 Ом. Рассчитайте сопротивление так, чтобы стрелка прибора максимально отклонялась при входном токе 10 мА (см. рис. 3) .
Рис. 2 Делитель тока
Рис. 3.
Коэффициент деления тока определяется соотношением:
I вых / I вх = 1/10 = 0,1 = R1 / R2 + R1 , R2 = 100 Ом.
Отсюда,
0,1R1 + 0,1R2 = R1
0,1R1 + 10 = R1
R1 = 10/0 ,9 = 11,1 Ом
Требуемое сопротивление резистора R1 можно получить путем последовательного соединения двух стандартных резисторов сопротивлением 9,1 и 2 Ом, выполненных на основе толстопленочной технологии с точностью ±2% (0,25 Вт). Заметим еще раз, что на рис. 3 сопротивление R2 - это .
Для обеспечения хорошей точности деления токов следует использовать высокоточные (± 1 %) резисторы.
Устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи. Делитель можно представить, как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Чаще всего делитель напряжения строится из двух резисторов. Такой делитель называют резисторным. Каждый резистор в таком делителе называют плечом. Плечо соединённое с землёй называют нижним, то что соединено с плюсом - верхним. Точка соединения двух резисторов называется средним плечом или средней точкой. Если говорить совсем упрощённо, то можно представить среднее плечо, как бассейн. Делитель напряжения позволяет нам управлять двумя «шлюзами», «сливая» напряжение в землю (уменьшая сопротивление нижнего плеча) или «подливая» напряжения в бассейн (уменьшая сопротивление верхнего плеча). Таким образом, делитель может использоваться для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть.
Принципиальная схема делителя напряжения
В рассматриваемом примере на вход (Uвх) подаётся напряжение 9В. Предположим, нам нужно получить на выходе (Uвых) 5В. Каким образом расчитать резисторы для делителя напряжения?
Расчёт делителя напряжения
Многие сталкиваются с тем, что не существует формул для расчёта сопротивлений в делителе. На самом деле, такие формулы легко вывести. Но обо всё по порядку. Для наглядности, начнём расчёт с конца, т.е. расчитаем напряжение на выходе, зная номиналы резисторов.
Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков, пока к среднему плечу (Uвых) ничего не подключено. Общее сопротивление резисторов при последовательном соединении равняется сумме их сопротивлений:
Rобщ = R1 + R2 = 400 + 500 = 900 Ом
По закону Ома находим силу тока, протекающего через резисторы:
I = Uвх / Rобщ = 9В / 900 Ом = 0.01 А = 10 мА
Теперь, когда нам известен ток в нижнем плече (ток, проходящий через R2), раcчитаем напряжение в нижнем плече (Опять закон Ома):
Uвых = I * R2 = 0.01А * 500 Ом = 5В
Или упрощая цепочку вычислений:
Uвых = Uвх * (R2 / (R1+R2))
Применив немного математики и прочих знаний, сдобрив всё законом Ома, можно получить следующие формулы:
R1 = (Uвх-Uвых)/Iд+Iн
R2 = Uвых / Iд
Здесь Iд и Iн — ток делителя и ток нагрузки соответственно. В общем случае, не нужно даже знать, что это за токи такие. Можно просто принять их равными Iд = 0.01 А (10 мА), а Iн = 0. То есть рассматривать делитель без нагрузки. Это приемлемо до тех пор, пока мы используем делитель только для измерений напряжения (а во всех примерах в нашей базе знаний он именно так и используется). Тогда формулы упростятся:
R1 = (Uвх-Uвых) * 100
R2 = Uвых * 100
P.S. Это совсем не важно, но обратите внимание: 100 — это не физическая величина. После принятия условия, что Iд у нас всегда равен 0.01 А, это просто коэффициент, получившийся при переносе 0.01 в числитель.
Проверяем:
Входящее напряжение у нас 9 вольт, хотим получить 5 вольт на выходе. Подставляем значения в формулу, получаем:
R1 = (9-5) * 100 = 400 Ом
R2 = 5 * 100 = 500 Ом
Всё сходится!
Применение делителя напряжений
В основном делитель напряжения используется там, где нужно измерить изменяющееся сопротивление. На этом принципе основано считывание значений с фоторезистора: фоторезистор включается в делитель в качестве одного плеча. Второе плечо представляет собой постоянный резистор. Аналогичным образом можно считывать показания терморезистора.
