Входное и выходное напряжение в электрических схемах: принципы работы и расчета

Как рассчитать соотношение входного и выходного напряжения. Какие факторы влияют на входное и выходное напряжение в схеме. Как работают различные типы источников питания и стабилизаторов напряжения.

Основные принципы входного и выходного напряжения

Входное и выходное напряжение — важнейшие параметры любой электрической схемы. От их соотношения зависит работоспособность и эффективность устройства.

Входное напряжение — это напряжение, подаваемое на вход схемы от источника питания. Выходное напряжение — напряжение, получаемое на выходе схемы после преобразования.

Как соотносятся входное и выходное напряжение?

В большинстве случаев выходное напряжение ниже входного из-за потерь в схеме. Однако в некоторых устройствах, например повышающих преобразователях, выходное напряжение может превышать входное.

От чего зависит соотношение входного и выходного напряжения?

• Тип схемы (понижающая, повышающая, стабилизирующая)
• Используемые компоненты (трансформаторы, стабилизаторы и т.д.)
• Нагрузка на выходе схемы
• Потери на активных и пассивных элементах

Расчет соотношения входного и выходного напряжения

Для расчета соотношения входного и выходного напряжения используются различные формулы в зависимости от типа схемы.

Как рассчитать выходное напряжение делителя напряжения?

Для простейшего резистивного делителя напряжения формула расчета:

Vout = Vin * (R2 / (R1 + R2))

Где:

• Vout — выходное напряжение
• Vin — входное напряжение
• R1, R2 — сопротивления резисторов делителя

Как рассчитать коэффициент передачи напряжения?

Коэффициент передачи напряжения K = Vout / Vin

Для идеального трансформатора: K = N2 / N1, где N1 и N2 — число витков первичной и вторичной обмоток.

Типы источников питания и их характеристики

Существует несколько основных типов источников питания, отличающихся принципом работы и характеристиками входного/выходного напряжения:

Линейные источники питания

• Простая конструкция
• Низкий КПД (30-60%)
• Выходное напряжение всегда ниже входного
• Хорошее качество выходного напряжения

Импульсные источники питания

• Сложная схемотехника
• Высокий КПД (до 95%)
• Возможность повышать и понижать напряжение
• Компактные размеры
• Высокий уровень электромагнитных помех

Инверторные источники питания

• Преобразование постоянного тока в переменный
• Возможность получения высокого напряжения
• Применяются в сварочных аппаратах, системах бесперебойного питания

Стабилизаторы напряжения: принцип работы

Стабилизаторы напряжения поддерживают постоянное выходное напряжение при колебаниях входного напряжения и нагрузки.

Как работает линейный стабилизатор напряжения?

Линейный стабилизатор работает по принципу управляемого резистивного делителя напряжения:

1. Входное напряжение подается на регулирующий элемент (транзистор)
2. Часть выходного напряжения через цепь обратной связи управляет транзистором
3. При изменении входного напряжения или нагрузки транзистор изменяет свое сопротивление, поддерживая постоянное выходное напряжение

В чем особенности импульсных стабилизаторов?

Импульсные стабилизаторы используют широтно-импульсную модуляцию для регулировки выходного напряжения:

• Высокий КПД (до 95%)
• Возможность как понижать, так и повышать напряжение
• Малые габариты
• Более высокий уровень пульсаций по сравнению с линейными стабилизаторами

Защита от превышения выходного напряжения

Превышение выходного напряжения над входным может привести к повреждению компонентов схемы. Для защиты применяются следующие методы:

Какие существуют способы защиты от превышения выходного напряжения?

• Использование защитных диодов
• Схемы ограничения напряжения на основе стабилитронов
• Электронные схемы контроля и отключения при перенапряжении
• Применение предохранителей

Как работает защита с помощью диода Шоттки?

Диод Шоттки включается параллельно защищаемой цепи в обратном направлении. При превышении выходным напряжением входного более чем на падение напряжения диода, он открывается и шунтирует избыточный ток.

Особенности расчета входных и выходных напряжений в сложных схемах

В сложных электронных устройствах расчет входных и выходных напряжений требует учета множества факторов:

Какие факторы нужно учитывать при расчете напряжений в сложных схемах?

• Взаимное влияние каскадов
• Паразитные емкости и индуктивности
• Нелинейность характеристик компонентов
• Температурные зависимости
• Разброс параметров компонентов

Как проводится анализ сложных схем?

Для анализа сложных схем применяются следующие методы:

1. Компьютерное моделирование (SPICE-модели)
2. Макетирование отдельных узлов
3. Поэтапный расчет с учетом влияния каскадов друг на друга
4. Статистический анализ с учетом разброса параметров

Практические рекомендации по выбору входных и выходных напряжений

При проектировании электронных устройств важно правильно выбрать входные и выходные напряжения для обеспечения оптимальной работы схемы.

Как выбрать оптимальное входное напряжение?

При выборе входного напряжения следует учитывать:

• Доступные источники питания
• Требуемую мощность устройства
• Допустимые потери на стабилизаторах
• Требования по электробезопасности

Как определить необходимое выходное напряжение?

Выходное напряжение выбирается исходя из:

• Требований питаемых узлов схемы
• Необходимого запаса по напряжению
• Допустимых пульсаций
• Требуемой точности стабилизации

Правильный выбор входных и выходных напряжений позволяет оптимизировать работу устройства, снизить потери и обеспечить надежность.

Помогите решить / разобраться (Ф)

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Получается, у этой схемы есть 1 входное и 5 выходных сопротивлений в зависимости от точек, с которых их снимают (точки обозначены цифрами). Это верно?

Не совсем. Во входном сопротивлении участвует и сопротивление нагрузки, которое подключается параллельно .
Аналогично в выходном сопротивлении участвует не только один (два) резистор, но и вообще все элементы, имеющие соединение с общим проводом, включая и источник сигнала.
На этом задача становится неподъёмной если бы не одно «но»: при расчётах обычно берут что сопротивление нагрузки во много раз выше и потому практически не влияет

на входное сопротивление схемы, и аналогично с сопротивлением источника сигнала, которое опять же практически не влияет

на выходное сопротивление схемы. В частности последнее можно реализовать выбрав номиналы . Насколько именно должны отличаться сопротивления выбирается точностью расчётов.

Ну и ещё. Обычно не говорят о множественном выходном (как и входном) сопротивлении схемы, а подключают нагрузку во вполне определённые точки и именно для них и указывают выходное сопротивление. При подключении к другим оно может оказаться иным, это естественно.

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Как Вы это определили (процент необходимой точности), какая формула?

По правде говоря «на глаз», прикинул что при указанном соотношении резисторов напряжение на будет отличаться от напряжения слева на не более чем на 1% какое бы сопротивление не имел вход ОУ. Точная формула даёт конечно немного меньше, это натуральная оценка «на глазок», а частности оставил Вам. Уж считать делители Вы должны уметь.
Просто не вижу иного смысла введения данного ограничения на , для идеального ОУ он ведь вообще может или отсутствовать или иметь близкое к бесконечности сопротивление.

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Этот расчёт тоже не понятен. Какая тут формула расчёта?

Здесь аналогично, чтобы во всей рабочей полосе частот напряжение на отличалось от напряжения на входе схемы (слева на ) не более чем на 1%, импеданс должен быть достаточно … Что? Мал? Велик? Насколько именно? При какой частоте? Это всё должно быть Вам или очевидно, или легко считается чуть ли не в уме.

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Да, опечатка. Имелось в виду

Сомневаюсь что опечатка, ведь дальше в тексте дважды используется . Ну да дело Ваше.

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Этот тезис не совсем понятен.

Схема усилителя ограничивается конденсаторами с обеих сторон, нагрузка в виде к усилителю не относится. Она приведена чтобы можно было рассчитать усилитель (как минимум ) на работу именно с такой нагрузкой. Опять же, ограничение на возникает из-за требования чтобы напряжения слева и справа на во всей рабочей полосе частот отличались не более чем на допустимую погрешность (1% или 3дБ, уж не знаю как там в теории должно быть) несмотря на образование делителя из элементов .

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Я лишь предположить, что в расчёте входного сопротивления участвуют все элементы цепи,

Нет, к источнику сигнала подключены элементы , остальные элементы усилителя отделены во первых резистором , во вторых идеальным ОУ (с бесконечным входным сопротивлением). Потому все элементы правее ОУ на входное сопротивление влияния не оказывают. Влияние ОУ ограничено его входным сопротивлением (которое бесконечно и соответственно тоже не влияет), а влияние ограничено включенным последовательно с ним входным сопротивлением ОУ (влияние оцените сами, это очевидно).

Solaris86 в сообщении #1470165 писал(а):

Я лишь предположить, что в расчёте [. ..] выходного — все, кроме конденсатора .

Тоже нет, на выходное сопротивление влияют и ОУ. Но раз ОУ идеальный, то он во первых не влияет сам, во вторых идеально изолирует выход от входа и от любых элементов левее ОУ. Остаётся влияние .
Но вообще говоря не должны влиять на выходное сопротивление так как они подключены параллельно нагрузке и если в сумме больше нуля, то не меняют напряжения на выходе идеального ОУ при любом изменении нагрузки и любом напряжении на выходе ОУ. И остаётся только . И полоса рабочих частот.

выбор блока напряжением 220 В

NULL

Какие блоки питания UPS существуют на рынке?

07.02.2022

 По принципу работы UPS часто делят на три категории.

1.1   Off-line – простейший тип ББП для которого задаются нижний и верхний пороги для выходного напряжения. Если напряжение на входе находится между этими порогами, оно напрямую передается на выход. Если напряжение на входе выходит за пределы установленных порогов, ББП переключается на АКБ и генерирует ступенчатое подобие синусоидального сигнала на выходных клеммах (с заранее заданными параметрами напряжения и частоты). Переключаются на АКБ за миллисекунды.

1.2   Линейно-интерактивные. Очень похожи на предыдущие по принципу работы, но имеют ступенчатую регулировку выходного напряжения. Соответственно, нижний и верхний пороги выходного напряжения у них несколько ниже (увы, ступеней регулировки немного). Точно так же, передает входное напряжение на выход, пока выходное напряжение в пределах порогов. Осуществляет ступенчатую регулировку входного напряжения при небольшом выходе входного напряжения за пределы порогов и переключается на АКБ, если пределов ступенчатой регулировки не хватает. Переключаются на АКБ за миллисекунды.

UPS-220/1200VA. Классический линейно-интерактивный UPS. При допуске входного напряжения от 145 до 290 В, имеет установленные пороги примерно от 200 до 255 В. При переходе на АКБ (входное напряжение за пределами порогов) поддерживает выходное напряжение около 220 В с частотой ступенчатой синусоиды около 50 Гц.

 UPS-220/1500VA RACK. Улучшенный линейно-интерактивный ББП. При допуске входного напряжения от 145 до 275 В поддерживает выходное напряжение от 200 до 240 В. Синусоидальный сигнал на выходе. Позволяет настраивать параметры через СОМ порт с помощью ПО, устанавливаемого на компьютер.

1.3   С двойным преобразованием. ББП такого типа преобразовывают входное синусоидальное напряжение в напряжение постоянного тока, а потом снова преобразовывают напряжение постоянного тока в синусоидальный сигнал. Разница между нижним и верхним порогами еще меньше (примерно 200 и 240 В). В любом из режимов (работа от сети или АКБ) на выходе достаточно качественный синусоидальный сигнал с постоянной частотой. Если входное напряжение выходит за границы порогов, переключается на АКБ мгновенно.

-% Новинка

Быстрый просмотр

UPS-220/1200VA

Рейтинг:

Артикул: AT-06376

-% Новинка

Быстрый просмотр

UPS-220/1500VA-RACK

Рейтинг:

Артикул: AT-06375

Что произойдет, если выходное напряжение станет выше входного? Как я могу принять меры против государства? | Часто задаваемые вопросы

• Главная
• Часто задаваемые вопросы
• Что произойдет, если выходное напряжение станет выше входного? Как я могу принять меры против государства?

Линейные стабилизаторы LDOКак использовать

Если выходное напряжение становится выше входного напряжения, большой ток может протекать с выхода на вход, что может повредить ИС.

Это вызвано паразитным диодом во внутреннем транзисторе. Паразитный диод может включиться, если выходное напряжение выше входного на его Vf. Однако в следующих случаях обратный ток может не причинить вреда: путь тока ко входу перекрывается при подаче обратного напряжения; источник выходного напряжения не имеет возможности пропускать большой ток.

При нормальной работе стабилизатор LDO не требует защитного диода, например, когда LDO отключен, обратный ток может течь от выходных конденсаторов, но энергия очень мала.

ИС со встроенной защитой от обратного тока могут защитить себя от повреждения обратным током. ИС без встроенной защиты от обратного тока также можно предотвратить повреждение путем обхода обратного тока через внешний диод.

Добавление внешнего диода к выходу снижает выходное напряжение на Vf добавленного диода.
Что касается LDO, у которого выходной контакт (вывод Vout) и вывод обратной связи (VFB) разделены, вставив диод в положение, показанное на рисунке ниже, выходное напряжение можно поддерживать на исходном установленном выходном напряжении.

При добавлении внешнего диода на вход входное напряжение уменьшается на Vf диода.
Чтобы регулятор LDO работал должным образом, необходимо учитывать характеристики падения напряжения.

Установка внешнего диода между входом и выходом позволяет шунтировать обратный ток.
Выберите диод с барьером Шоттки, Vf которого ниже, чем у паразитного диода внутри ИС.
Кроме того, выберите диод с барьером Шоттки, способный выдерживать обратный ток.

Сопутствующие товары

Линейные регуляторы LDO

•  Свяжитесь с нами

  Если вам нужна дополнительная информация для решения вашей проблемы, свяжитесь с нами, заполнив форму запроса здесь.

• Дом
• Часто задаваемые вопросы
• Что произойдет, если выходное напряжение станет выше входного? Как я могу принять меры против государства?

• Войти на страницы закладок

• Войдите, чтобы показать закладки

Видео с вопросами: определение отношения входного и выходного напряжений делителя потенциала

Стенограмма видео

Малала создает делитель потенциала, показанный на схеме. 𝑅 один имеет значение 30 Ом, а 𝑅 два имеет значение 90 Ом. Какое отношение выходного напряжения к входному напряжению получается?

Итак, на этой диаграмме мы видим так называемый потенциальный делитель. Обычно он состоит из двух резисторов, в данном случае 𝑅 один и 𝑅 два. А поскольку входное напряжение подается на оба резистора, включенных последовательно, а выходное напряжение подается только на один из резисторов, это устройство, по сути, можно использовать для создания выходного напряжения, которое мы будем называть 𝑉 сабвуфером в этом примере. случае это определенная доля входного напряжения, которую мы будем называть 𝑉 sub in.

Итак, прежде всего нам сказали, что значение 𝑅 единицы равно 30 Ом. А значение 𝑅 два равно 90 Ом. Вот сопротивления этих резисторов. В этом вопросе нас попросили выяснить отношение выходного напряжения к входному напряжению, создаваемому этим делителем потенциала. Другими словами, нас попросили найти отношение 𝑉 out, деленное на 𝑉 in. Итак, чтобы вычислить это отношение, давайте начнем с поиска выражения для 𝑉 out.

Ну, 𝑉 out — это разность потенциалов на этом резисторе 𝑅 два. Теперь, поскольку мы знаем, что правый конец этой цепи находится под нулевым напряжением, это поможет нам облегчить жизнь. Потому что разность потенциалов на резисторе 𝑅 два — это просто напряжение в этой точке минус напряжение в этой точке. Или, другими словами, это 𝑉 на выходе минус ноль вольт, или просто 𝑉 на выходе. Другими словами, значение 𝑉 out, которое мы пытаемся найти в нашем соотношении, — это просто разность потенциалов на резисторе 𝑅 два.

Теперь мы можем решить это, используя закон, известный как закон Ома. Закон Ома говорит нам, что разность потенциалов на компоненте в цепи равна току через этот компонент, умноженному на сопротивление этого компонента. Итак, в данном случае можно сказать, что 𝑉 вых равно, ну, во-первых, току в резисторе, который мы не знаем, но назовем пока просто 𝐼, умноженному на сопротивление резистора, что 𝑅 два. Итак, на данный момент у нас есть выражение для 𝑉 out, которое здесь является вершиной нашей дроби. Давайте тогда попробуем найти выражение для 𝑉 в.

Теперь 𝑉 in — это просто разность потенциалов на резисторах 𝑅 два и 𝑅 один. Итак, если мы хотим еще раз применить закон Ома, то, прежде всего, нам нужно знать ток через оба резистора. А во-вторых, нам нужно знать сопротивление обоих резисторов вместе взятых. Теперь давайте начнем с обсуждения текущего. Это самый простой из двух.

Поскольку резисторы 𝑅 два и 𝑅 один соединены последовательно, мы знаем, что ток, протекающий через них обоих, должен быть одинаковым. Другими словами, через оба резистора должен протекать ток 𝐼. Поскольку это был ток, который, как мы решили, протекает через резистор 𝑅 два. И еще раз, поскольку они соединены последовательно, через 𝑅 течет тот же ток. Итак, мы нашли ток через оба резистора, но каково общее сопротивление 𝑅 одного и 𝑅 двух?

Итак, мы можем вспомнить, что общее сопротивление резисторов при последовательном соединении определяется простым сложением всех сопротивлений всех компонентов, пока мы не добавим сопротивление последнего компонента в цепи. Теперь в этом случае у нас есть только два компонента, 𝑅 один и 𝑅 два. Итак, общее сопротивление двух резисторов вместе, которое мы назовем 𝑅 sub tot, просто равно 𝑅 один плюс 𝑅 два. И теперь, вооружившись этими знаниями, мы можем, наконец, составить выражение для 𝑉 sub in.

Потому что 𝑉 sub in, то есть общая разность потенциалов на обоих резисторах, равна току через оба резистора, то есть 𝐼, умноженному на сопротивление обоих резисторов вместе, это 𝑅 sub tot. Но мы только что придумали выражение для 𝑅 sub tot. Мы знаем, что 𝑅 sub tot равно 𝑅 один плюс 𝑅 два. И теперь у нас есть выражение для 𝑉 на выходе и выражение для 𝑉 на входе. Итак, давайте разделим 𝑉 на выходе на 𝑉 на входе, чтобы получить это отношение.

Мы можем сказать, что 𝑉 out разделить на 𝑉 in равно 𝐼𝑅 два, это 𝑉 out, разделить на 𝐼 скобки 𝑅 один плюс 𝑅 два, это 𝑉 in. И тогда мы можем видеть, что множитель 𝐼 в числителе и знаменатель сокращается. Следовательно, у нас просто остается правая часть 𝑅 два, деленная на 𝑅 один плюс 𝑅 два.