Dzielnik napięcia dla rezystorów, kondensatorów i cewek

Aby uzyskać stałą wartość napięcia równą ułamkowi wartości początkowej, w obwodach elektrycznych stosuje się dzielniki napięcia. Dzielniki napięcia mogą składać się z dwóch lub więcej elementów, którymi mogą być rezystory lub reaktancje (kondensatory lub cewki indukcyjne).

Dzielnik napięcia - kombinacja rezystancji, stosowana do podziału napięcia wejściowego na części.

W najprostszej postaci dzielnik napięcia jest reprezentowany przez parę odcinków obwodu elektrycznego połączonych szeregowo ze sobą, które nazywane są ramionami dzielnika. Ramię to sekcja, która znajduje się między dodatnim punktem napięcia a wybranym punktem połączenia sekcji, a dolne ramię to sekcja między punktem połączenia (wybrany punkt, punkt zerowy) a wspólnym drutem.

Dzielniki napięcia rezystora

Oczywiście dzielniki napięcia można stosować zarówno w obwodach prądu stałego, jak iw obwodach prądu przemiennego. Dzielniki rezystorów są odpowiednie dla obu obwodów, ale są stosowane tylko w obwodach niskiego napięcia. Do zasilania urządzeń nie stosuje się dzielników napięcia na opornikach.

W najprostszej postaci rezystancyjny dzielnik napięcia składa się tylko z pary rezystorówpołączone szeregowo. Podzielne napięcie jest dostarczane do dzielnika, w wyniku czego pewna część tego napięcia, proporcjonalna do wartości rezystora, spada na każdy rezystor. Suma spadków napięcia jest równa napięciu dostarczonemu do dzielnika.

Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu elektrycznego na każdym oporniku spadek napięcia będzie wprost proporcjonalny do prądu i wartości rezystancji rezystora. Zgodnie z pierwszą regułą Kirchhoffa prąd płynący przez ten obwód będzie wszędzie taki sam. Tak więc dla każdego rezystora wystąpią spadki napięcia:

Napięcie na końcach obwodu będzie równe:

A prąd w obwodzie dzielącym będzie:

Teraz, jeśli podstawimy wyrażenie na wzór dla spadków napięcia na rezystorach, otrzymamy wzory na znalezienie wartości napięcia na każdym z oporników dzielnika:

Wybierając wartości rezystancji R1 i R2, możesz wybrać dowolną część całego napięcia wejściowego. W przypadku, gdy napięcie musi zostać podzielone na kilka części, kilka rezystancji jest połączonych szeregowo ze źródłem napięcia.

Używając dzielnika napięcia na rezystorach do różnych celów, ważne jest, aby zrozumieć, że obciążenie podłączone do jednego z ramion dzielnika, niezależnie od tego, czy jest to urządzenie pomiarowe, czy coś innego, musi mieć swoją rezystancję znacznie większą niż całkowita rezystancja rezystorów tworzących dzielnik. W przeciwnym razie w obliczeniach należy wziąć pod uwagę samą rezystancję obciążenia, uznając ją za równoległą do opornika barkowego, który jest częścią dzielnika.

Przykład: istnieje źródło napięcia stałego o wartości 5 woltów, konieczne jest wybranie dla niego rezystorów dla dzielnika napięcia, aby usunąć sygnał pomiarowy o wartości 2 woltów z dzielnika. Dopuszczalna moc rozproszona na rozdzielaczu nie może przekraczać 0,02 wata.

Rozwiązanie: Niech maksymalna moc rozproszona przez dzielnik będzie wynosić 0,02 W, wtedy znajdziemy minimalny całkowity opór dzielnika przy 5 woltach od prawa Ohma, okaże się, że wynosi 1250 Ohm. Niech 1,47 kilooma będzie całkowitym oporem wybranego przez nas dzielnika, wówczas 2 wolty spadną przy 588 omach. Wybieramy stały rezystor przy 470 omach i zmienną przy 1 kOhm. Ustaw rezystor zmienny na 588 omów.

Rezystory dzielnika napięcia są dziś szeroko stosowane w obwodach elektronicznych.Na tych schematach wartości rezystorów dla dzielników są wybierane na podstawie parametrów aktywnych elementów obwodów. Z reguły dzielniki znajdują się w obwodach pomiarowych obwodów, w obwodach sprzężenia zwrotnego przekształtników napięcia itp. Minusem takich rozwiązań jest to, że rezystory rozpraszają w sobie moc w postaci ciepła, jednak celowość uzasadnia te niewielkie straty energii.

Dzielniki napięcia kondensatorów

W obwodach prądu przemiennego, w obwodach wysokiego napięcia na kondensatorach stosowane są dzielniki napięcia. Wykorzystuje reaktywny charakter rezystancji kondensatora w obwodach prądu przemiennego. Wielkość reaktancji kondensatora w obwodzie prądu przemiennego zależy od pojemności kondensatora i od częstotliwości napięcia. Oto wzór na znalezienie tego oporu:

Wzór wskazuje, że im wyższa pojemność elektryczna kondensatora, tym niższa jest jego reaktywna (pojemnościowa) rezystancja, a im wyższa częstotliwość, tym niższa reaktancja. Takie dzielniki są używane w obwodach pomiarowych obwodów prądu przemiennego, spadki napięcia na ramionach są uważane za podobne do przypadku ze stałymi rezystancjami czynnymi (rezystory, patrz powyżej).

Zaletą kondensatorów stosowanych w dzielnikach jest to, że rozpraszanie energii w postaci ciepła jest minimalne i zależy tylko od jakości dielektryka.

Cewka dzieląca napięcie

Indukcyjny dzielnik napięcia jest innym rodzajem dzielnika stosowanym w pomiarach elektroniki prądu przemiennego, szczególnie w obwodach niskiego napięcia pracujących na wysokich częstotliwościach. Rezystancja cewek na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości ma głównie charakter bierny (indukcyjny), co wynika ze wzoru:

Wzór wskazuje, że im większa indukcyjność i wyższa częstotliwość, tym wyższa rezystancja cewki na prąd przemienny. Ważne jest, aby zrozumieć, że drut cewki ma rezystancję czynną, dlatego moc rozpraszana w postaci ciepła, która jest charakterystyczna dla dzielnika na cewkach, jest znacznie wyższa niż dzielników na kondensatorach.

W amatorskiej elektronice często stosuje się dzielniki napięcia. podczas podłączania czujników analogowych do modułów Arduino.