Какво е правилото за разделяне на напрежението: Примери и неговите приложения

Какво е правилото за разделяне на напрежението: Примери и неговите приложения

В електрониката правилото за делителя на напрежението е просто и най-важно електронна схема , който се използва за промяна на голямо напрежение в малко напрежение. Използвайки само i / p напрежение и две последователни резистори, можем да получим o / p напрежение. Тук изходното напрежение е част от напрежението i / p. Най-добрият пример за делител на напрежение е два резистора, свързани последователно. Когато i / p напрежението е приложено през двойката на резистора и o / p напрежението ще се появи от връзката между тях. Обикновено тези разделители се използват за намаляване на величината на напрежението или за създаване на еталонно напрежение и също се използват при ниски честоти като атенюатор на сигнала. За постояннотокови и относително ниски честоти делителят на напрежението може да бъде подходящо перфектен, ако е направен само от резистори, където честотната характеристика се изисква в широк диапазон.



Какво е правилото за разделяне на напрежението?

Определение: В областта на електрониката делителят на напрежението е основна схема, използвана за генериране на част от входното напрежение като изход. Тази схема може да бъде проектирана с два резистора, в противен случай всички пасивни компоненти заедно с източник на напрежение. Резисторите във веригата могат да бъдат свързани последователно, докато през тези резистори е свързан източник на напрежение. Тази верига се нарича още потенциален делител. Входното напрежение може да се предава между двата резистора във веригата, така че да се извърши разделянето на напрежението.


Кога да използвам правилото за разделяне на напрежението?

Правилото на делителя на напрежението се използва за решаване на вериги за опростяване на решението. Прилагането на това правило може също така да реши цялостно прости вериги. Основната концепция на това правило за делител на напрежение е „Напрежението се разделя между два резистора, които са свързани последователно, пропорционално на тяхното съпротивление. Разделителят на напрежение включва две важни части, те са веригата и уравнението.





Различни схеми на разделител на напрежение

Разделителят на напрежение включва източник на напрежение в серия от два резистора. Може да видите различните вериги на напрежение, изчертани по различни начини, които са показани по-долу. Но тези различни вериги винаги трябва да е едно и също.

Схеми на делителя на напрежението

Схеми на делителя на напрежението



В горните различни вериги на делителя на напрежението резисторът R1 е най-близо до входното напрежение Vin, а резисторът R2 е най-близо до заземяващия терминал. Спадът на напрежението на резистора R2 се нарича Vout, което е разделеното напрежение на веригата.

Изчисляване на делителя на напрежението

Нека разгледаме следната схема, свързана чрез използване на два резистора R1 и R2. Където променливият резистор е свързан между източника на напрежение. В схемата по-долу R1 е съпротивлението между плъзгащия контакт на променливата и отрицателния извод. R2 е съпротивлението между положителната клема и плъзгащия контакт. Това означава, че двата резистора R1 и R2 са последователно.


Правило на делителя на напрежението с помощта на два резистора

Правило на делителя на напрежението с помощта на два резистора

Законът на Ом гласи, че V = IR

От горното уравнение можем да получим следните уравнения

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Прилагане на Закона за напрежението на Kirchhoff

KVL заявява, че когато алгебричната сума на напрежението около затворен път във верига е равна на нула.

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0

V (t) = V1 (t) + v2 (t)

Следователно

V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

Следователно

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Заместване на III в I и II уравнения

V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R1 / R1 + R2)

V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R2/R1+R2)

Горната схема показва делителя на напрежението между двата резистора, който е право пропорционален на тяхното съпротивление. Това правило на делителя на напрежението може да бъде разширено до вериги, които са проектирани с повече от два резистора.

Правило на делителя на напрежението, използващо три резистора

Правило на делителя на напрежението, използващо три резистора

Правило за разделяне на напрежението за над две резисторни вериги

V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4

V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4

V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4

V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4

Уравнение на делителя на напрежението

Уравнението на правилото на делителя на напрежението приема, когато знаете трите стойности в горната верига, те са входното напрежение и двете стойности на резистора. Използвайки следното уравнение, можем да намерим изходното напрежение.

Трезор = Vin. R2 / R1 + R2

Горното уравнение гласи, че Vout (напрежение o / p) е пряко пропорционално на Vin (входно напрежение) и съотношението на два резистора R1 и R2.

Резистивен делител на напрежението

Това е много лесна и проста схема за проектиране, както и за разбиране. Основният тип пасивна делителна верига на напрежението може да бъде изградена с два резистора, които са свързани последователно. Тази схема използва правилото на делителя на напрежението за измерване на спада на напрежението във всеки сериен резистор. Схемата на резистивния делител на напрежението е показана по-долу.

В резистивната делителна верига двата резистора като R1 и R2 са свързани последователно. Така че потокът на ток в тези резистори ще бъде същият. Следователно той осигурява спад на напрежението (I * R) на всеки резистивен.

Резистивен тип

Резистивен тип

Използвайки източник на напрежение, към тази верига се подава захранващо напрежение. Прилагайки KVL & Ohms Law към тази схема, можем да измерим спада на напрежението в резистора. Така че потокът на ток във веригата може да бъде даден като

Чрез прилагане на KVL

VS = VR1 + VR2

Според закона на Ом

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

Потокът на ток през последователната верига е I = V / R съгласно закона на Ом. Така че потокът на ток е еднакъв и в двата резистора. Така че сега може да изчисли спада на напрежението на R2 резистора във веригата

IR2 = VR2 / R2

Vs / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

По същия начин спадът на напрежението в резистора R1 може да се изчисли като

IR1 = VR1 / R1

Vs / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Капацитивни делители на напрежението

Капацитивната делителна верига на напрежението генерира спада на напрежението в кондензатори, които са свързани последователно с променливотоково захранване. Обикновено те се използват за намаляване на изключително високи напрежения за осигуряване на сигнал с ниско изходно напрежение. Понастоящем тези разделители са приложими в сензорни таблети, мобилни устройства и дисплейни устройства.

Не като резистивните вериги на делители на напрежение, капацитивните делители на напрежение работят със синусоидално захранване с променлив ток, тъй като разделянето на напрежението между кондензаторите може да се изчисли с помощта на реактивността на кондензаторите° С), което зависи от честотата на променливотоковото захранване.

Капацитивен тип

Капацитивен тип

Формулата на капацитивно реактивно съпротивление може да бъде получена като

Xc = 1 / 2πfc

Където:

Xc = Капацитивен реактант (Ω)

π = 3,142 (числова константа)

ƒ = Честота, измерена в херци (Hz)

C = Капацитет, измерен във Фарад (F)

Реактивността на всеки кондензатор може да бъде измерена от напрежението, както и от честотата на захранването с променлив ток и да ги замести в горното уравнение, за да се получат еквивалентните спада на напрежението във всеки кондензатор. Капацитивната делителна верига на напрежението е показана по-долу.

Чрез използването на тези кондензатори, които са свързани в серията, можем да определим средно-ефективния спад на напрежението във всеки кондензатор по отношение на тяхното реактивно съпротивление, след като се свържат към източник на напрежение.

Xc1 = 1 / 2πfc1 и Xc2 = 1 / 2πfc2

хCT= XС1+ XС2

VС1= Vs (XС1/ ХCT)

VС2= Vs (XС2/ ХCT)

Капацитивните разделители не позволяват DC вход.

Просто капацитивно уравнение за AC вход е

Трезора = (C1 / C1 + C2)

Индуктивни делители на напрежението

Индуктивните делители на напрежението ще създадат спада на напрежението в бобините, в противен случай индукторите са свързани последователно през захранване с променлив ток. Състои се от намотка, иначе единична намотка, която е разделена на две части навсякъде, където напрежението o / p се получава от една от частите.

Най-добрият пример за този индуктивен делител на напрежението е автотрансформаторът, включващ няколко точки на подсичане с неговата вторична намотка. Индуктивен делител на напрежението между две индуктори може да бъде измерен чрез реактивното съпротивление на индуктора, обозначено с XL.

Индуктивен тип

Индуктивен тип

Формулата за индуктивно реактивно съпротивление може да бъде получена като

XL = 1 / 2πfL

‘XL’ е индуктивно съпротивление, измерено в ома (Ω)

π = 3,142 (числова константа)

‘Ƒ’ е честотата, измерена в херци (Hz)

„L“ е индуктивност, измерена в Henries (H)

Реактивността на двата индуктора може да бъде изчислена, след като знаем честотата и напрежението на захранването с променлив ток и да ги използваме чрез закона за делителя на напрежението, за да получим спада на напрежението във всяка индуктивност е показано по-долу. Индуктивната верига на делителя на напрежението е показана по-долу.

Чрез използване на две индуктори, които са свързани последователно във веригата, можем да измерим RMS спада на напрежението във всеки кондензатор по отношение на тяхното реактивно съпротивление, след като те са свързани към източник на напрежение.

хL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2

хLT = хL1+ XL2

VL1 = Vs ( хL1/ ХLT)

VL2 = Vs ( хL2/ ХLT)

AC входът може да бъде разделен от индуктивни делители въз основа на индуктивността:

Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin

Това уравнение е за индуктори, които не си взаимодействат и взаимната индуктивност в автотрансформатора ще промени резултатите. Входът за постоянен ток може да се раздели въз основа на съпротивлението на елементите съгласно правилото на резистивния разделител.

Примери за делител на напрежение

Примерите за делителя на напрежението могат да бъдат решени чрез използване на горните резистивни, капацитивни и индуктивни вериги.

1). Да приемем, че общото съпротивление на променлив резистор е 12 Ω. Плъзгащият контакт е позициониран в точка, където съпротивлението е разделено на 4 Ω и 8Ω. Променливият резистор е свързан през 2,5 V батерия. Нека разгледаме напрежението, което се появява на волтметъра, свързан през 4 Ω секцията на променливия резистор.

Според правилото на делителя на напрежението, падането на напрежението ще бъде,

Vout = 2.5Vx4 ома / 12Ohms = 0.83V

2). Когато двата кондензатора C1-8uF & C2-20uF са свързани последователно във веригата, RMS спада на напрежението може да се изчисли във всеки кондензатор, когато те са свързани към 80Hz RMS захранване и 80 волта.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3,14х80х8х10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 ома

Xc2 = 1 / 2πfc2

1/2 x 3.14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 ома

XCT = XC1 + XC2

= 248,8 + 99,52 = 348,32

VC1 = Vs (XC1 / XCT)

80 (248,8 / 348,32) = 57,142

VC2 = Vs (XC2 / XCT)

80 (99,52 / 348,32) = 22,85

3). Когато двата индуктора L1-8 mH & L2 - 15 mH са свързани последователно, можем да изчислим RMS спада на напрежението на всеки кондензатор може да се изчисли, след като се свържат към 40 волта, 100 Hz RMS захранване

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14х100х8х10-3 = 5,024 ома

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3.14x100x15x10-3

9,42 ома

XLT = XL1 + XL2

14.444 ома

VL1 = Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5.024 / 14.444) = 13.91 волта

VL2 = Vs (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 волта

Точки за изтичане на напрежението в разделителна мрежа

Когато броят на резисторите е свързан последователно през източник на напрежение Vs във верига, тогава различни точки на отваряне на напрежението могат да се разглеждат като A, B, C, D & E

Общото съпротивление във веригата може да бъде изчислено чрез добавяне на всички стойности на съпротивление като 8 + 6 + 3 + 2 = 19 килоома. Тази стойност на съпротивлението ще ограничи текущия поток в цялата верига, която генерира захранващото напрежение (VS).

Различните уравнения, които се използват за изчисляване на спада на напрежението на резисторите, са VR1 = VAB,

VR2 = VBC, VR3 = VCD и VR4 = VDE.

Нивата на напрежение във всяка точка на подслушване се изчисляват по отношение на клемата GND (0V). Следователно нивото на напрежение в точка „D“ ще бъде еквивалентно на VDE, докато нивото на напрежение в точка „C“ ще бъде еквивалентно на VCD + VDE. Тук нивото на напрежение в точка „С“ е количеството на двата спада на напрежението в два резистора R3 и R4.

Така че, като изберете подходящ набор от стойности на резистора, можем да направим поредица от спада на напрежението. Тези спада на напрежението ще имат относителна стойност на напрежението, която се постига само от напрежението. В горния пример, всяка стойност на напрежението o / p е положителна, тъй като отрицателният терминал на захранващото напрежение (VS) е свързан към клемата на земята.

Приложения на делителя на напрежението

The приложения на разделителя за волат включват следното.

  • Разделителят на напрежение се използва само там, където напрежението се регулира чрез спадане на определено напрежение във верига. Използва се главно в такива системи, при които енергийната ефективност не е задължително да се разглежда сериозно.
  • В нашето ежедневие най-често делителят на напрежението се използва в потенциометрите. Най-добрите примери за потенциометрите са копчето за настройка на силата на звука, прикрепено към нашите музикални системи и радио транзистори и др. Основният дизайн на потенциометъра включва три щифта, които са показани по-горе. По този начин два щифта са свързани към резистора, който е вътре в потенциометъра, а останалият щифт е свързан с избърсващ контакт, който се плъзга по резистора. Когато някой смени копчето на потенциометъра, тогава напрежението ще се появи на стабилните контакти и избърсващия контакт в съответствие с правилото на делителя на напрежението.
  • Разделителите на напрежение се използват за регулиране нивото на сигнала, за измерване на напрежението и отклонение на активните устройства в усилвателите. Мултиметърът и мостът Wheatstone включват делители на напрежението.
  • Разделителите на напрежение могат да се използват за измерване на съпротивлението на сензора. За да се образува делител на напрежението, сензорът е свързан последователно с известно съпротивление и през делителя се прилага известно напрежение. The аналогово-цифров преобразувател на микроконтролера е свързан към централния кран на разделителя, за да може да се измери напрежението на крана. Чрез използването на известното съпротивление може да се изчисли измереното съпротивление на сензора за напрежение.
  • Разделителите на напрежение се използват при измерване на сензор, напрежение, изместване на логическото ниво и настройка на нивото на сигнала.
  • Обикновено правилото за резисторен делител се използва главно за генериране на референтни напрежения, в противен случай намалява величината на напрежението, така че измерването е много просто. Освен това това работи като атенюатори на сигнала при ниска честота
  • Използва се в случай на изключително малко честоти и постоянен ток
  • Капацитивен делител на напрежението, използван при пренос на мощност за компенсиране на капацитета на товара и измерване на високо напрежение.

Това е всичко за разделението на напрежението правило с вериги, това правило е приложимо както за източници на напрежение AC и DC. Освен това, всякакви съмнения относно тази концепция или електроника и електрически проекти , моля, дайте отзивите си, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас, каква е основната функция на правилото на делителя на напрежението?