Как сделать делитель напряжения на резисторах. Делитель напряжения на резисторах: принцип работы, расчет и применение

Как работает делитель напряжения на резисторах. Как рассчитать делитель напряжения. Для чего используются делители напряжения. Какие бывают типы делителей напряжения.

Что такое делитель напряжения и как он работает

Делитель напряжения — это простая электрическая цепь, позволяющая получить на выходе напряжение меньше входного. Простейший делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных резисторов, подключенных к источнику напряжения.

Принцип работы делителя напряжения основан на падении напряжения на резисторах при протекании через них тока. Выходное напряжение снимается с одного из резисторов.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Для расчета делителя напряжения используется следующая формула:

Uвых = Uвх * R2 / (R1 + R2)

где:

• Uвых — выходное напряжение
• Uвх — входное напряжение
• R1, R2 — сопротивления резисторов

Как рассчитать номиналы резисторов для нужного выходного напряжения? Можно использовать следующий алгоритм:

1. Задать желаемое выходное напряжение Uвых
2. Выбрать произвольно R1 (например, 10 кОм)
3. Рассчитать R2 по формуле: R2 = R1 * Uвых / (Uвх — Uвых)
4. Округлить R2 до ближайшего стандартного номинала

Типы делителей напряжения

Помимо простейшего делителя на двух резисторах, существуют и другие типы:

• Делитель на переменном резисторе (потенциометре) — позволяет плавно регулировать выходное напряжение
• Многоступенчатый делитель — состоит из нескольких последовательных резисторов, позволяет получить несколько уровней напряжения
• Делитель с подстроечным резистором — для точной настройки выходного напряжения
• Делитель на конденсаторах — для деления переменного напряжения

Применение делителей напряжения

Делители напряжения широко применяются в электронике для следующих целей:

• Понижение напряжения питания для микросхем и других компонентов
• Создание опорных напряжений
• Измерение высоких напряжений (делители в вольтметрах)
• Регулировка уровня сигнала (например, громкости звука)
• Согласование уровней сигналов между устройствами

Преимущества и недостатки резистивных делителей напряжения

Основные достоинства делителей на резисторах:

• Простота схемы и расчета
• Низкая стоимость
• Отсутствие потребления энергии в статическом режиме
• Линейность характеристики

К недостаткам можно отнести:

• Нестабильность выходного напряжения при изменении нагрузки
• Рассеивание мощности на резисторах
• Невысокая точность из-за допусков на номиналы резисторов

Особенности применения делителей напряжения

При использовании резистивных делителей напряжения следует учитывать некоторые важные моменты:

• Выходное сопротивление делителя должно быть существенно меньше сопротивления нагрузки
• Необходимо учитывать мощность рассеивания на резисторах
• Для повышения точности лучше использовать прецизионные резисторы
• При работе с высокочастотными сигналами нужно учитывать паразитные емкости

Расчет делителя напряжения онлайн

Для быстрого расчета делителя напряжения удобно использовать онлайн-калькуляторы. Они позволяют:

• Рассчитать выходное напряжение по известным входному напряжению и сопротивлениям
• Подобрать номиналы резисторов для нужного выходного напряжения
• Учесть допуски на номиналы резисторов
• Рассчитать мощность рассеивания на резисторах

Калькуляторы значительно упрощают и ускоряют процесс расчета делителей напряжения.

Практические схемы делителей напряжения

Рассмотрим несколько практических схем делителей напряжения для типовых применений:

Делитель для понижения напряжения питания

Простая схема для получения напряжения 5В из 12В источника:

• R1 = 1.4 кОм
• R2 = 1 кОм
• Uвых = 5В

Регулируемый делитель на потенциометре

Схема для плавной регулировки выходного напряжения от 0 до Uвх:

• R1 — потенциометр 10 кОм
• Uвых = 0…Uвх

Прецизионный делитель напряжения

Схема для получения точного опорного напряжения:

• R1 = 9 кОм (0.1%)
• R2 = 1 кОм (0.1%)
• Uвых = Uвх/10 с точностью 0.2%

Заключение

Делители напряжения на резисторах — простые, но очень полезные схемы, широко применяемые в электронике. Понимание принципов их работы и расчета позволяет эффективно использовать делители в различных проектах. При правильном применении они обеспечивают простое и недорогое решение для получения нужных уровней напряжения.

Делитель напряжения на резисторах ⋆ diodov.net

05.08.2018

HomeШкола электроникиДелитель напряжения на резисторах

By Дмитрий Забарило Школа электроники  0 Comments

Рассмотрим, как рассчитать практически любой делитель напряжения на резисторах. Преимущественное большинство радиоэлектронных элементов и микросхем питаются относительно низким напряжением – 3…5 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 U_вых1 и U_вых2 также равны и по величине вдвое меньше входного U_вх. 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 U_вых1 к U_вых2 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 U_вх к сумме сопротивлений:

Следует обратить внимание, чем больше сумма сопротивлений, тем меньший ток I при том же значении U_вх.

Далее, согласно закону Ома, подставив значение тока, находим U_вых1 и U_вых2:

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:

1. 1. 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.

1. 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.
2. 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.

Расчет делителя напряжения. Делитель напряжения на резисторах

Для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть используется делитель напряжения (voltage divider). Это схема, строящаяся на основе пары резисторов .

В примере, на вход подаются стандартные 9 В. Но какое напряжение получится на выходе V out ? Или эквивалентный вопрос: какое напряжение покажет вольтметр?

Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков пока к выходу V out ничего не подключено. А суммарное сопротивление пары резисторов при последовательном соединении:

Таким образом, сила тока протекающая через резисторы

Теперь, когда нам известен ток в R2 , расчитаем напряжение вокруг него:

Или если отавить формулу в общем виде:

Так с помощью пары резисторов мы изменили значение входного напряжения с 9 до 5 В. Это простой способ получить несколько различных напряжений в одной схеме, оставив при этом только один источник питания.

Применение делителя для считывания показаний датчика

Другое применение делителя напряжения — это снятие показаний с датчиков. Существует множество компонентов, которые меняют своё сопротивление в зависимости от внешних условий. Так термисторы меняют сопротивление от нуля до определённого значения в зависимости от температуры, фоторезисторы меняют сопротивление в зависимости от интенсивности попадающего на них света и т.д.

Если в приведённой выше схеме заменить R1 или R2 на один из таких компонентов, V out будет меняться в зависимости от внешних условий, влияющих на датчик. Подключив это выходное напряжение к аналоговому входу Ардуино, можно получать информацию о температуре, уровне освещённости и других параметрах среды.

Значение выходного напряжения при определённых параметрах среды можно расчитать, сопоставив документацию на переменный компонент и общую формулу расчёта V out .

Подключение нагрузки

С делителем напряжения не всё так просто, когда к выходному подключения подключается какой-либо потребитель тока, который ещё называют нагрузкой (load):

В этом случае V out уже не может быть расчитано лишь на основе значений V in , R1 и R2 : сама нагрузка провоцирует дополнительное падение напряжения (voltage drop). Пусть нагрузкой является нечто, что потребляет ток в 10 мА при предоставленных 5 В. Тогда её сопротивление

В случае с подключеной нагрузкой следует рассматривать нижнюю часть делителя, как два резистора соединённых параллельно:

Подставив значение в общую формулу расчёта V out , получим:

Как видно, мы потеряли более полутора вольт напряжения из-за подключения нагрузки. И тем ощутимее будут потери, чем больше номинал R2 по отношению к сопротивлению L . Чтобы нивелировать этот эффект мы могли бы использовать в качестве R1 и R2 резисторы, например, в 10 раз меньших номиналов.

Пропорция сохраняется, V out не меняется:

А потери уменьшатся:

Однако, у снижения сопротивления делящих резисторов есть обратная сторона медали. Большое количество энергии от источника питания будет уходить в землю. В том числе при отсоединённой нагрузке. Это небольшая проблема, если устройство питается от сети, но — нерациональное расточительство в случае питания от батарейки.

Кроме того, нужно помнить, что резисторы расчитаны на определённую предельную мощьность. В нашем случае нагрузка на R1 равна:

А это в 4-8 раз выше максимальной мощности самых распространённых резисторов! Попытка воспользоваться описанной схемой со сниженными номиналами и стандартными 0.25 или 0.5 Вт резисторами ничем хорошим не закончится. Очень вероятно, что результатом будет возгарание.

Применимость

Делитель напряжения подходит для получения необходимого заниженного напряжения в случаях, когда подключенная нагрузка потребляет небольшой ток (доли или единицы миллиампер). Примером подходящего использования является считывание напряжения аналоговым входом микроконтроллера, управление базой/затвором транзистора .

Делитель не подходит для подачи напряжения на мощных потребителей вроде моторов или светодиодных лент.

Чем меньшие номиналы выбраны для делящих резисторов, тем больше энергии расходуется впустую и тем выше нагрузка на сами резисторы. Чем номиналы больше, тем больше и дополнительное (нежелательное) падение напряжения, провоцируемое самой нагрузкой.

Если потребление тока нагрузкой неравномерно во времени, V out также будет неравномерным.

Как сделать делитель напряжения на резисторах? Часто в практике электронщика возникает необходимость снизить величину входного напряжения либо напряжение на отдельном участке цепи в строго определенной количество раз. Например, величина входного напряжения 50 В , а выходное напряжение нужно получить в 10 раз меньше, т. е. 5 В (рис. 1 ). Для этого используются делители напряжения.

Рис. 1 — Структурная схема делителя напряжения

Они бывают разных типов и выполняются на безе , катушек индуктивности (рис. 2 ). Однако мы рассмотрим только наиболее применяемые на практике делители напряжения.

Рис. 2 — Элементы, применяемые в качестве делителей напряжения

Наиболее простым делителем напряжения являются два последовательно соединенных резистора R1 и R2 , которые подключены к источнику напряжения U (рис. 3 ). Если сопротивление резисторов одинаковы R1 = R2 , то напряжение источника питания разделится поровну на них U1 = U2 = U/2 .

Рис. 3 — Общая схема делителя напряжения на резисторах

Расчет делителя напряжения на резисторах

Давайте разберемся как происходит деление напряжения. Для этого нам понадобится знание только закона Ома, который, если говорить очень обобщенно, звучит так: ток I , протекающий в цепи (или на ее участке), прямопропорционален приложенному напряжению U и обратнопропорционален сопротивлению цепи (или ее участка) R , т. е.

откуда

Также следует знать, что в последовательной цепи, т. е. в цепи, в которой все резисторы соединены последовательно, ток I протекает одной и той же величины через все резисторы, а общее сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений всех резисторов Rобщ = R1+R2 .

Теперь, на основании выше сказанного, давайте определим напряжения на резисторах в зависимости от величины их сопротивлений и напряжения источника питания.

Ток I , протекающий в цепи, равен отношению напряжения U к сумме сопротивлений R1+R2 , т. е.

Падение напряжения на первом резисторе равно

По аналогии находим падение напряжения на втором резисторе

Теперь в выражение (2) и (3) подставим значение тока из выражения (1), в результате получим

Делитель напряжения на резисторах. Различные номиналы резисторов

С помощью полученных формул можно определить падение напряжения на резисторе, зная только величину входного напряжения и сопротивления самих резисторов. Однако такие формулы часто применимы лишь в теоретических расчётах. На практике же гораздо проще пользоваться основным свойством любого делителя напряжения, которое заключается в том, что при соответствующем подборе сопротивлений резисторов R1 и R2 выходное напряжение составляет часто входного (рис. 4 ).

Рис. 4 — Схемы делителей напряжения на резисторах

Следует обратить внимание на то, что величина выходного напряжения зависит от относительного значения сопротивлений резисторов R1 и R2 , а не от абсолютного.

Рис. 5 — Схемы делителей напряжения с одинаковым коэффициентом деления при разных номиналах резисторов

Здесь возникает вопрос: какие же номиналы резисторов R1 и R2 применять, 3 кОм и 1 кОм или 30 кОм и 10 кОм ? Все зависит от конкретного случая. Однако есть рекомендация, которая исходит из закона Ома, чем меньше значение сопротивления R1 и R2 , тем больший ток будет протекать в цепи и тем большую мощность можно получить с выхода делителя напряжения, но нужно помнить, что эта мощность ограничивается мощностью источник питания и не может ее превысить.

Также делитель напряжения можно выполнять из нескольких последовательно соединенных резисторов (рис. 6 ).

Рис. 6 — Схема делителя напряжения с несколькими резисторами

И так, мы рассмотрели резисторный делитель напряжения с фиксированным значением выходного напряжения. Однако часто возникает необходимость в плавном изменении выходного напряжения. Например, при регулировании громкости звука мы плавно изменяем напряжение на усилителе.

Для плавного регулирования величины выходного напряжения применяются переменные и подстроечные резисторы (рис. 7 ).

Рис. 7 — Переменные и подстроечные резисторы

Переменный резистор еще называют потенциометром. Конструктивно он состоит из корпуса, имеющего три вывода, и рукоятки. При вращении ручки осуществляется скользящих контакт подвижной металлической пластины, которая замыкает две токопроводящие графитные дорожки, имеющие разную проводимость в зависимости от длины. Благодаря этому изменяется сопротивление межу двумя, рядом расположенными, выводами. А сопротивление между двумя крайними выводами остается всегда неизменным.

Схема подключения переменного резистора или же потенциометра приведена ниже (рис. 8 ). Два крайних вывода подключаются к источнику питания, а между средним и одним из крайних выводов снимается выходное напряжение, величину которого можно изменять от нуля до значения входного напряжения Uвых = 0…Uвх .

Рис. 8 — Схема включения переменного резистора для деления напряжения

Если, проворачивая ручку резистора, мы введем все сопротивление (как показано на схеме (рис. 9 )), то выходное напряжение будет равно входному Uвых = Uвх , так как подводимое напряжение будет полностью падать на сопротивлении резистора.

Если же вывести все сопротивление, то выходное напряжение будет равно нулю Uвых = 0 .

Рис. 9 — Схема плавного изменения напряжения

Некоторые виды переменных резисторов

В зависимости от степени относительного изменения сопротивления при вращении рукоятки переменного резистора их разделяют на три типа (рис. 10 ):

1) с линейной зависимостью;

2) с логарифмической зависимостью;

3) с экспоненциальной зависимостью.

Рис. 10 — Зависимости переменных резисторов

Переменные резисторы с логарифмической зависимостью часто используются для регулировки уровня звука, поскольку ухо человека воспринимает звук именно по такой зависимости.

Кроме того переменные резисторы бывают как одинарные, так и сдвоенные. Последние находят широкое применение в звуковой технике.

Делители напряжения на резисторах одинаково работают и рассчитываются как для постоянного, так и для переменного напряжения. Однако, в качестве делителей переменного напряжения также часто используются конденсаторы и реже – катушки индуктивности.

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.

Вашему вниманию подборка материалов: 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. Расчет резистивного делителя напряжения [Напряжение на выходе, В ] = [Напряжение питания, В ] * / ( + [Сопротивление резистора R2, Ом ]) Из этой формулы, в частности, видно, что резисторные (резистивные) делители выдают стабильное выходное напряжение, если напряжение питания фиксировано. = [Сопротивление резистора R1, Ом ] + [Сопротивление резистора R2, Ом ] Эта формула верна для ненагруженного делителя. Если делитель работает на нагрузку, то [Входное сопротивление делителя, Ом ] = [Сопротивление резистора R1, Ом ] + 1 / (1 / [Сопротивление резистора R2, Ом ] + 1 / [Сопротивление нагрузки, Ом ]) [Эквивалентное выходное сопротивление делителя, Ом ] = 1 / (1 / [Сопротивление резистора R1, Ом ] + 1 / [Сопротивление резистора R2, Ом ]) = [Сопротивление резистора R2, Ом ] / ([Сопротивление резистора R1, Ом ] + [Сопротивление резистора R2, Ом ]) [Действующее / мгновенное / амплитудное напряжение на выходе делителя, В ] = [Коэффициент ослабления сигнала ] * [Действующее / мгновенное / амплитудное напряжение на входе делителя, В ] Эта формула верна, если ток нагрузки делителя равен нулю. Совет! Сохраните адрес этой страницы в избранном. Возможно, Вам понадобится повторить расчет. 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. 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… Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида… Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при… Применение тиристоров (динисторов, тринисторов, симисторов). Схемы. Ис… Тиристоры в электронных схемах. Тонкости и особенности использования. Виды тирис… Соединение светодиодов. Последовательное, параллельное включение оптоэ… Как правильно включить светодиод, соединять их и входные цепи приборов на их осн… Параллельное, последовательное соединение резисторов. Расчет сопротивл… Вычисление сопротивления и мощности при параллельном и последовательном соединен…

Делитель напряжения Учебное пособие для начинающих

Делитель напряжения представляет собой схему, которая создает меньшее напряжение из входного напряжения с помощью двух резисторов. Вы постоянно будете видеть это как в простых, так и в продвинутых схемах. Вот базовая установка:

Это полезно, например, для считывания показаний датчиков, таких как термисторы и фоторезисторы, поскольку оно преобразует неизвестное сопротивление в напряжение. Или уменьшить громкость звукового сигнала с помощью потенциометра.

Выходное напряжение можно найти, подставив номиналы резисторов и входное напряжение в следующую формулу:

Или вы можете воспользоваться калькулятором чуть ниже на этой странице.

Как только вы узнаете, как это работает, вам будет намного проще понять, как работают схемы. И это позволит вам рассчитать напряжения во многих разных точках цепи, что часто необходимо для ее понимания.

Формула делителя напряжения

Эта формула является одной из немногих электронных формул (в дополнение к закону Ома), которые я использую на регулярной основе.

Используется для определения выходного напряжения при подключении двух резисторов следующим образом:

Формула для расчета выходного напряжения:

Эту формулу полезно запомнить. Он пригодится часто. Или используйте калькулятор делителя напряжения ниже, если вы предпочитаете простой способ;)

Калькулятор делителя напряжения

Введите значения входного напряжения и сопротивления в калькулятор делителя напряжения ниже, чтобы найти выходное напряжение:

Входное напряжение (В ₁ )

В

1-е сопротивление (R ₁ )

ΩkΩ

2-е сопротивление (R ₂ )

ΩkΩ

Выход напряжения (V _out )

=V 900 03

Мы добавили этот калькулятор на практичную страницу калькулятора делителя напряжения, которую вы можно добавить в закладки и вернуться к ним в будущем.

Где найти делитель напряжения?

Одним из примеров схемы делителя напряжения является считывание аналоговых датчиков. Например, термистор является датчиком температуры. Он меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. Если вы соедините его с известным значением резистора в настройке делителя напряжения, вы получите напряжение, которое зависит от температуры:

Или можно скомбинировать известный резистор с фоторезистором . Фоторезистор изменяет сопротивление в зависимости от количества света, которое он обнаруживает. Таким образом, у вас есть схема, которая увеличивает или уменьшает напряжение в зависимости от света.

Вы можете подключить выход любой из этих цепей к компаратору, чтобы проверить, выше или ниже определенного напряжения. Затем сделайте что-нибудь на основе этого. Например, если температура выше 40 градусов, включите вентилятор.

Или подключитесь к аналоговому выводу Arduino или микроконтроллера и делайте с ним крутые штуки. Может, включить свет, если фотоэлемент показывает, что темно?

Пример расчета: различные номиналы резисторов

Допустим, у нас есть следующие значения:

Используя приведенную выше формулу, мы получаем

Расчет Пример: одинаковые номиналы резисторов

Теперь предположим, что R1 и R2 имеет такое же значение.

Используя приведенную выше формулу, мы получаем

Это означает, что когда два резистора имеют одинаковое значение, выход всегда вдвое меньше входа.

Можно ли использовать делитель напряжения в качестве источника питания?

Если у вас есть схема, требующая 4,5 В, можете ли вы использовать делитель напряжения с двумя резисторами по 500 Ом, чтобы получить 4,5 В от вашей 9-вольтовой батареи?

К сожалению, это не так просто.

Любая цепь, которую вы хотите запитать, будет иметь внутреннее сопротивление. Таким образом, с точки зрения делителя напряжения, любую схему, которую вы подключаете к выходному напряжению, можно рассматривать как резистор (R _LOAD ), подключенный параллельно R2.

Если внутреннее сопротивление цепи (R _{НАГРУЗКА} ) также равно 500 Ом, что произойдет?

Теперь R2 из формулы делителя напряжения становится параллельным сопротивлением R2 и R _{НАГРУЗКА} . Что составляет всего 250 Ом. Если вы подставите это в формулу делителя напряжения, вы получите выходное напряжение 3 В вместо желаемых 4,5 В.

Для источника питания необходимо, чтобы напряжение оставалось на выбранном уровне независимо от того, имеет ли подключаемая цепь высокое или низкое внутреннее сопротивление. Вот почему делитель напряжения обычно не используется для источников питания.

Вместо этого вам нужно использовать регулятор напряжения.

Вопросы?

Какие вопросы по поводу делителя напряжения? Дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

Дополнительные учебные пособия по основам электроники

Разработка резисторного делителя напряжения [Шаг за шагом, 2023]

Резистивный делитель напряжения полезен, когда у нас есть один источник питания, и мы хотим разделить его на желаемые эталонные значения.

Например, если у нас есть источник на 10В, а для нашего эталона требуется 5В, то тут нам поможет хорошая схема делителя напряжения.

В конце этой статьи вы сможете:

• Разработать собственную схему резисторного делителя напряжения для своих проектов
• Изучить теорию, лежащую в основе конструкции
• Несколько практических советов

Звучит интересно? Тогда давайте начнем.

Содержание

Резисторный делитель напряжения

Делитель напряжения является очень простой схемой, когда речь заходит о схемотехнике.

Он играет ключевую роль, когда в одной и той же цепи требуются различные уровни напряжения. А

Судя по названию, делитель напряжения представляет собой схему, которая делит входное напряжение на требуемые опорные уровни.

Давайте посмотрим на схему делителя напряжения.

Посмотрите на этого парня, он может сбить с толку. Я знаю, но это самый простой из всей схемы.

И, кстати, для этой схемы я использовал программу моделирования Multisim.

Приведенная выше схема представляет собой простую форму делителя напряжения. Давайте посмотрим, как этот парень может запутать нас в разных формах.

Выходное напряжение может быть между узлом и опорной землей, а также может быть разностью между двумя узлами (см. последнюю диаграмму).

Независимо от того, сколько резисторов используется, помните, если они в конце соединяются последовательно, скорее всего, это может быть делитель напряжения.

Существует множество способов его использования в зависимости от вашего приложения, но чаще всего он используется в качестве опорного напряжения.

Проще говоря, лучше всего использовать для получения эталонного уровня напряжения.

Точность выходного напряжения поразительна, если мы хорошо играем при выборе нагрузки или номиналов резисторов.

Выбор нагрузки — это то, что мы в основном не можем контролировать, но мы контролируем расчет значений сопротивления делителя.

Хорошо!

Давайте перейдем к самому дизайну.

Вывод формулы делителя напряжения

Почти каждая схема имеет свои формулы. По этим формулам мы рассчитываем значения компонентов, используемых в этой схеме.

Делитель напряжения ничем не отличается.

Он имеет специальную формулу, которая помогает нам установить значения резисторов в соответствии с требуемым выходным напряжением.

Попробуем понять и вывести эту формулу.

Приведенная выше формула является основой процедуры проектирования. Попробуйте вывести его один раз сами и постарайтесь понять.

Надеюсь, вам будет весело.

Хорошо!

Пошаговый процесс проектирования

Теперь воспользуемся полученным выше уравнением и попробуем определить значения резисторов в цепи делителя.

Шаг 1: Определите выходное напряжение

Первым шагом в разработке делителя напряжения является определение выходного напряжения. Например, для какого уровня напряжения вы хотите разработать схему делителя?

В основном схема делителя используется для опорного напряжения.

Допустим, нам нужно опорное напряжение 3,3 В для приложения, тогда 3,3 В — это требуемый выходной сигнал для схемы делителя.

Вы можете установить любое значение Vout.

Всегда помните, делитель напряжения нельзя использовать для питания устройств. Он не предназначен для питания мощных устройств.

Конечно, вы можете использовать его для маломощных устройств, таких как светодиоды.

Причина в том, что он нестабилен. Мощным устройствам нужен большой ток, что означает сильный нагрев резистора R1. Это может привести к сгоранию плохого резистора.

Шаг 2: Расчет номиналов резисторов

Это забавная задача. Теоретически вы можете разработать любую схему делителя напряжения, но на самом деле вы ограничены.

Вы не можете выбрать случайные значения резисторов, потому что эти значения должны быть доступны на рынке для практической реализации схемы, т. е. они должны быть стандартными значениями.

Например, вы выбираете случайные значения, идете в магазин и обнаруживаете, что таких значений не существует.

Поздравляю, вы только что разработали очень плохую схему делителя.

Теперь, некоторые из вас могут сказать, что мы можем использовать ряд и параллель, чтобы получить значение нашего желания.

Мой ответ верен, очень верен. Но это сделает ваш дизайн уродливым, полным резисторов и потеряет много энергии.

Нельзя использовать низкие значения резисторов. Причина в том, что нам не нужны потери мощности в цепи делителя. Мы хотим, чтобы это было просто как постоянное опорное напряжение.

Приведенные выше два совета очень важны. Держите их в уме.

Теперь, чтобы рассчитать номиналы резисторов:

Сначала выберите значение R2, затем вычислите значение R1.

Выберите значения в килограммах. Не выбирайте низкие номиналы резисторов, это приведет к потере мощности в цепи.

Итак, значение R2 вы выбираете самостоятельно. Теперь, когда мы знаем Vout, Vin и R2, с помощью уравнения (А) мы можем найти значение R1.

Вот как мы разрабатываем схему резисторного делителя напряжения для любого значения Vout.

Примеры резисторного делителя напряжения

Я думаю, пришло время привести несколько примеров, чтобы было понятно.

Пример без нагрузки

Разработайте схему делителя напряжения для выходного напряжения 5В. Входное напряжение 10В.

Решение:

• Во-первых, обратите внимание на входное и выходное напряжения, выходное напряжение составляет половину входного.
• Во-вторых, попробуйте выбрать стандартные значения в пределах килоом. Итак, наилучшие значения для этого случая — 10 кОм.
• Возможны и другие значения, можете использовать и это.

Давайте проверим значение этого резистора.

Но помните, что мы еще не подключили это к нагрузке, а нагрузка — еще один фактор, который следует учитывать при выборе номиналов для резисторов.

Пример с нагрузкой

Разработайте схему делителя напряжения для светодиодной нагрузки 3 В при 200 мА. Входное напряжение 9В.

Решение:

• Во-первых, у нас есть светодиод с номиналом 3 В при 200 мА.
• Это означает, что Vout составляет 3 В.

Видите ли, схема выше хороша на бумаге. Но это не тот полезный.

Итак, как исправить этот дизайн?

Сначала мы вычисляем значение R1, чтобы гарантировать, что оно обеспечивает величину тока, необходимую для свечения светодиода.

После этого изменим уравнение делителя напряжения для R2. И рассчитать значение R2.

Давайте посмотрим на математику.

Теперь вы можете видеть себя. Делитель напряжения не является поставщиком источника, когда вам требуется большая мощность.

Лучше всего использовать только для эталонного напряжения.

Проверка резистора для конструкции делителя

Допустим, вы хотите реализовать делитель напряжения на макетной плате.

Сначала вы проектируете делитель напряжения, т. е. вычисляете все значения.

Во-вторых, вам нужно измерить номиналы этих резисторов практически перед тем, как вставить их в макетную плату.

Для измерения сопротивления резистора используется мультиметр. Как?

• Включите мультиметр
• Выберите функции сопротивления
• Подсоедините щупы мультиметра к выводу резистора.

• Получение результатов на экране

Помимо этого метода, существует и новый способ проверки резисторов.

И это с помощью тестера компонентов, такого как тестер m328 (ссылка на продукт) .

• Возьмите тестер m328 и включите его

• Поместите резистор в тестер
• Нажмите кнопку проверки и получите результаты – это так просто.
• Прибор покажет вам значение сопротивления.