¿Qué es el voltaje, cómo bajar y aumentar el voltaje?

El voltaje y el amperaje son dos cantidades principales en la electricidad. Además de ellos, también se distinguen otras cantidades: carga, intensidad del campo magnético, intensidad del campo eléctrico, inducción magnética y otras. Un electricista o ingeniero electrónico en ejercicio en el trabajo diario a menudo tiene que operar con voltaje y corriente: voltios y amperios. En este artículo, hablaremos específicamente sobre el estrés, sobre qué es y cómo trabajar con él.

Determinación de la cantidad física.

El voltaje es la diferencia de potencial entre dos puntos, caracteriza el trabajo realizado por el campo eléctrico para transferir la carga del primer punto al segundo. Tensión medida en voltios. Esto significa que el voltaje solo puede estar presente entre dos puntos en el espacio. Por lo tanto, es imposible medir el voltaje en un punto.

El potencial se indica con la letra "F" y el voltaje con la letra "U". Si se expresa en términos de la diferencia de potencial, el voltaje es:

U = F1-F2

Si se expresa a través del trabajo, entonces:

U = A / q,

donde A es trabajo, q es carga.

Medida de voltaje

El voltaje se mide con un voltímetro. Las sondas de voltímetro conectan el voltaje a dos puntos entre los que estamos interesados, o a los terminales de la parte, la caída de voltaje en la que queremos medir. Además, cualquier conexión al circuito puede afectar su funcionamiento. Esto significa que cuando se agrega una carga paralela a un elemento, la corriente en el circuito cambia y el voltaje en el elemento cambia de acuerdo con la ley de Ohm.

Conclusión

El voltímetro debe tener la resistencia de entrada más alta para que cuando esté conectado, la resistencia total en la sección medida permanezca casi sin cambios. La resistencia del voltímetro debería tender al infinito, y cuanto mayor sea, mayor será la fiabilidad de las lecturas.

La precisión de la medición (clase de precisión) está influenciada por una serie de parámetros. Para medidores de cuadrante, esto incluye la precisión de la graduación de la escala de medición, las características de diseño de la suspensión de flecha, la calidad e integridad de la bobina electromagnética, la condición de los resortes de retorno, la precisión de la selección de derivación, etc.

Para dispositivos digitales, principalmente la precisión de la selección de resistencias en el divisor de voltaje de medición, la resolución del ADC (cuanto más, más preciso), la calidad de las sondas de medición.

Para medir el voltaje de CC con un instrumento digital (p. Ej. multímetro), por regla general, la conexión correcta de las sondas al circuito medido no importa. Si conecta una sonda positiva a un punto con un potencial más negativo que el punto al que está conectada una sonda negativa, aparecerá un signo "-" delante del resultado de la medición.

Pero si mide con un dispositivo puntero, debe tener cuidado: si las sondas no están conectadas correctamente, la flecha comenzará a desviarse hacia cero y se apoyará contra el limitador. Al medir voltajes cercanos al límite de medición o más, puede atascarse o doblarse, después de lo cual no es necesario hablar sobre la precisión y el funcionamiento posterior de este dispositivo.

Para la mayoría de las mediciones en la vida cotidiana y en la electrónica a nivel aficionado, un voltímetro integrado en multímetros como DT-830 y similares es suficiente.

Cuanto mayores sean los valores medidos, menores serán los requisitos de precisión, porque si mide voltios y tiene un error de 0.1V, esto distorsionará significativamente la imagen, y si mide cientos o miles de voltios, entonces un error de 5 voltios no jugará un papel importante.

Qué hacer si el voltaje no es adecuado para suministrar la carga

Para alimentar cada dispositivo o dispositivo específico, debe aplicar un voltaje de cierto valor, pero sucede que la fuente de alimentación que tiene no es adecuada y produce un voltaje bajo o demasiado alto.Este problema se resuelve de varias maneras, según la potencia, el voltaje y la intensidad de corriente requeridos.

¿Cómo bajar la resistencia de voltaje?

La resistencia limita la corriente y cuando fluye, el voltaje cae a la resistencia (resistencia limitadora de corriente). Este método le permite reducir el voltaje para alimentar dispositivos de baja potencia con corrientes de decenas, máximo cientos de miliamperios.

Un ejemplo de dicha fuente de alimentación es la inclusión de un LED en una red de CC 12 (por ejemplo, una red de vehículos a bordo de hasta 14,7 voltios). Luego, si el LED está diseñado para ser alimentado desde 3.3 V, con una corriente de 20 mA, necesita una resistencia R:

R = (14.7-3.3) /0.02) = 570 Ohm

Pero las resistencias difieren en la disipación de potencia máxima:

P = (14.7-3.3) * 0.02 = 0.228 W

El más cercano a su valor nominal es una resistencia de 0.25 W.

Es la disipación de energía la que impone una restricción a este tipo de fuente de alimentación, generalmente resistencias de potencia No supera los 5-10 vatios. Resulta que si necesita pagar un alto voltaje o alimentar la carga de esta manera, tendrá que colocar varias resistencias como el poder de uno no es suficiente y se puede distribuir entre varios.

Un método para reducir el voltaje con una resistencia funciona en los circuitos de CC y CA.

La desventaja es que el voltaje de salida no se estabiliza de ninguna manera y con el aumento y la disminución de la corriente cambia en proporción al valor de la resistencia.

¿Cómo reducir la tensión alterna con un estrangulador o un condensador?

Si solo estamos hablando de corriente alterna, entonces podemos usar la reactancia. La resistencia reactiva es solo en circuitos de CA, esto se debe a las características de almacenamiento de energía en condensadores e inductores y leyes de conmutación.

El inductor y el condensador pueden usarse como balasto.

La reactancia del inductor (y cualquier elemento inductivo) depende de la frecuencia de la corriente alterna (para una red eléctrica doméstica de 50 Hz) y la inductancia, se calcula mediante la fórmula:

donde ω es la frecuencia angular en rad / s, L-inductancia, 2pi es necesario para convertir la frecuencia angular a normal, f es la frecuencia de voltaje en Hz.

La reactancia de un condensador depende de su capacitancia (cuanto menor es C, mayor es la resistencia) y la frecuencia de la corriente en el circuito (cuanto mayor es la frecuencia, menor es la resistencia). Se puede calcular de la siguiente manera:

Un ejemplo del uso de resistencia inductiva es el suministro de lámparas de iluminación fluorescente, lámparas DRL y DNaT. El inductor limita la corriente a través de la lámpara, en las lámparas LL y DNT se usa junto con un arrancador o un dispositivo de encendido por impulsos (relé de arranque) para formar una sobretensión de alto voltaje que enciende la lámpara. Esto se debe a la naturaleza y al principio de funcionamiento de tales lámparas.

Un condensador se utiliza para alimentar dispositivos de baja potencia, se instala en serie con el circuito de alimentación. Dicha fuente de alimentación se denomina "fuente de alimentación sin transformador con un condensador de lastre".

Muy a menudo se encuentran como un limitador de corriente para la carga de baterías (por ejemplo, plomo) en linternas portátiles y radios de baja potencia. Las desventajas de tal esquema son obvias: no hay control del nivel de carga de la batería, su ebullición, baja carga, inestabilidad de voltaje.

Cómo bajar y estabilizar el voltaje de CC

Para lograr un voltaje de salida estable, se pueden usar estabilizadores paramétricos y lineales. A menudo se fabrican en microcircuitos domésticos tipo KREN o extranjeros tipo L78xx, L79xx.

El convertidor lineal LM317 le permite estabilizar cualquier valor de voltaje, es ajustable hasta 37V, puede hacer la fuente de alimentación regulada más simple basada en él.

Si necesita reducir ligeramente el voltaje y estabilizarlo, los circuitos integrados descritos no funcionarán. Para que funcionen, debe haber una diferencia del orden de 2V o más. Para esto, se crean estabilizadores LDO (baja caída).Su diferencia radica en el hecho de que para estabilizar el voltaje de salida, es necesario que el voltaje de entrada lo supere en un valor de 1V. Un ejemplo de tal estabilizador es AMS1117, disponible en versiones de 1.2 a 5V, la mayoría de las veces usan versiones de 5 y 3.3V, por ejemplo en tablas Arduino y mucho mas

El diseño de todos los estabilizadores reductores lineales de tipo secuencial descritos anteriormente tiene un inconveniente significativo: baja eficiencia. Cuanto mayor sea la diferencia entre el voltaje de entrada y el de salida, menor será. Simplemente "quema" el exceso de voltaje, traduciéndolo en calor, y la pérdida de energía es igual a:

Pérdida = (Uin-Uout) * I

La compañía AMTECH produce análogos PWM de convertidores L78xx, funcionan según el principio de la modulación de ancho de pulso y su eficiencia es siempre superior al 90%.

Simplemente encienden y apagan el voltaje con una frecuencia de hasta 300 kHz (la ondulación es mínima). Y el voltaje actual se estabiliza en el nivel correcto. Y el circuito de conmutación es similar a los análogos lineales.

¿Cómo aumentar el voltaje constante?

Para aumentar el voltaje produzca convertidores de voltaje de pulso. Se pueden incluir en el esquema boost (boost) y buck (buck) y buck-boost (buck-boost). Veamos algunos representantes:

1. Placa basada en el chip XL6009

2. La placa basada en LM2577, trabaja para aumentar y disminuir el voltaje de salida.

3. La placa del convertidor en el FP6291 es adecuada para ensamblar una fuente de alimentación de 5 V, por ejemplo, un banco de energía. Al ajustar los valores de las resistencias, puede sintonizarse a otros voltajes, como cualquier otro convertidor similar; debe ajustar los circuitos de retroalimentación.

4. Placa basada en MT3608

Aquí todo está firmado en la placa: la plataforma para soldar los voltajes de entrada - IN y salida - OUT. Los tableros pueden tener un ajuste del voltaje de salida y, en algunos casos, límites de corriente, lo que permite hacer una fuente de alimentación de laboratorio simple y efectiva. La mayoría de los convertidores, tanto lineales como de pulso, son a prueba de cortocircuitos.

¿Cómo aumentar la tensión alterna?

Para ajustar el voltaje de CA, se utilizan dos métodos principales:

1. Auto transformador;

2. El transformador.

Transformador automático - Este es un inductor de devanado único. El devanado tiene un toque de un cierto número de vueltas, por lo que al conectarse entre uno de los extremos del devanado y un toque, en los extremos del devanado obtienes un voltaje aumentado tantas veces como el número total de vueltas y el número de vueltas antes de tocar.

La industria produce LATR: autotransformadores de laboratorio, dispositivos electromecánicos especiales para la regulación de voltaje. Encontraron una aplicación muy amplia en el desarrollo de dispositivos electrónicos y la reparación de fuentes de alimentación. El ajuste se logra a través de un contacto de cepillo deslizante al que está conectado el dispositivo alimentado.

La desventaja de tales dispositivos es la falta de aislamiento galvánico. Esto significa que puede producirse un alto voltaje en los terminales de salida, de ahí el peligro de una descarga eléctrica.

Transformador Es una forma clásica de cambiar la magnitud de un voltaje. Hay aislamiento galvánico de la red, lo que aumenta la seguridad de tales instalaciones. La magnitud del voltaje en el devanado secundario depende del voltaje en el devanado primario y la relación de transformación.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Una vista separada es transformadores de pulso. Operan a altas frecuencias de decenas y cientos de kHz. Se utilizan en la gran mayoría de las fuentes de alimentación conmutadas, por ejemplo:

• Cargador de su teléfono inteligente;

• Fuente de alimentación portátil;

• Fuente de alimentación informática.

Debido al trabajo a alta frecuencia, las dimensiones generales se reducen, son muchas veces menores que las de los transformadores de red (50/60 Hz), el número de vueltas en los devanados y, como resultado, el precio.La transición a las fuentes de alimentación conmutadas permitió reducir las dimensiones y el peso de todos los dispositivos electrónicos modernos y su consumo al aumentar la eficiencia (en circuitos de impulsos, 70-98%).

Los transformadores electrónicos a menudo se encuentran en las tiendas. Se aplica un voltaje de red de 220 V a su entrada, y una salida de 12 V, por ejemplo, es de alta frecuencia, para usar en una carga alimentada por CC, es necesario instalar adicionalmente una salida puente de diodos de diodos de alta velocidad.

Dentro hay un transformador de pulso, interruptores de transistor, controlador o circuito auto-oscilante, como se muestra a continuación.

Ventajas: simplicidad del circuito, aislamiento galvánico y pequeño tamaño.

Desventajas: la mayoría de los modelos que están a la venta tienen retroalimentación actual, lo que significa que sin una carga con una potencia mínima (indicada en las especificaciones de un dispositivo en particular) simplemente no se encenderá. Las instancias individuales ya están equipadas con sistemas operativos de voltaje y están inactivas sin ningún problema.

Se utilizan con mayor frecuencia para alimentar lámparas halógenas de 12V, por ejemplo focos de un techo suspendido.

Conclusión

Analizamos información básica sobre el voltaje, su medición y ajuste. Una base de elementos moderna y una variedad de unidades y convertidores listos para usar le permiten implementar cualquier fuente de energía con las características de salida necesarias. Puede escribir un artículo por separado con más detalle sobre cada uno de los métodos. Dentro de esto, traté de ajustar la información básica necesaria para la selección rápida de una solución conveniente para usted.