Что такое делитель напряжения и как он работает. Как рассчитать напряжение на резисторах делителя. Какие бывают виды делителей напряжения. Где применяются делители напряжения на практике.
Что такое делитель напряжения и принцип его работы
Делитель напряжения — это простая электрическая схема, позволяющая получить несколько разных значений напряжения от одного источника питания. Принцип работы делителя напряжения основан на падении напряжения на последовательно соединенных резисторах.
Простейший делитель напряжения состоит из двух резисторов, соединенных последовательно. При подаче напряжения на такую цепь, оно распределяется между резисторами пропорционально их сопротивлениям. Это позволяет получить на выходе напряжение, меньшее входного.
Основные формулы для расчета делителя напряжения
Выходное напряжение делителя из двух резисторов можно рассчитать по формуле:
Uвых = Uвх * R2 / (R1 + R2)
где:
- Uвых — выходное напряжение
- Uвх — входное напряжение
- R1, R2 — сопротивления резисторов
Ток через резисторы делителя:
I = Uвх / (R1 + R2)
Виды делителей напряжения
Существует несколько основных видов делителей напряжения:
- Резистивный делитель — самый простой и распространенный вид, состоящий из резисторов
- Емкостный делитель — использует конденсаторы вместо резисторов
- Индуктивный делитель — на основе катушек индуктивности
- Комбинированный делитель — сочетает резисторы, конденсаторы и/или катушки
Как выбрать оптимальный вид делителя напряжения для конкретной задачи? Это зависит от требуемых параметров схемы — диапазона входных/выходных напряжений, потребляемого тока, частотных характеристик и др.
Расчет резистивного делителя напряжения
Рассмотрим пример расчета простого резистивного делителя напряжения:
Дано: Uвх = 12 В, требуется получить Uвых = 5 В
1. Выбираем произвольно R1 = 1 кОм
2. Рассчитываем R2 по формуле:
R2 = R1 * Uвых / (Uвх — Uвых) = 1000 * 5 / (12 — 5) = 714 Ом
3. Округляем до ближайшего стандартного номинала: R2 = 680 Ом
4. Проверяем реальное выходное напряжение:
Uвых = 12 * 680 / (1000 + 680) = 4.87 В
Погрешность составляет около 2.6%, что допустимо для большинства применений.
Применение делителей напряжения на практике
Делители напряжения широко используются в электронике и электротехнике. Вот некоторые распространенные области их применения:
- Измерительные приборы — для расширения пределов измерения вольтметров
- Источники питания — для получения нескольких напряжений
- Усилители — в цепях смещения и обратной связи
- Аналого-цифровые преобразователи — для согласования уровней сигналов
- Регуляторы громкости в аудиотехнике
Где еще можно встретить делители напряжения? Практически в любом электронном устройстве, где требуется получить напряжение, отличное от напряжения питания.
Преимущества и недостатки делителей напряжения
Делители напряжения имеют ряд достоинств и ограничений, которые важно учитывать при проектировании схем.
Преимущества:
- Простота конструкции и расчета
- Низкая стоимость компонентов
- Компактность
- Отсутствие активных элементов
Недостатки:
- Зависимость выходного напряжения от нагрузки
- Постоянное потребление тока
- Низкий КПД при больших токах нагрузки
- Нелинейность при использовании переменных резисторов
Как минимизировать недостатки делителей напряжения? Для этого используют различные схемотехнические решения, например, добавление буферных усилителей или применение комбинированных делителей.
Особенности проектирования делителей напряжения
При разработке схем с делителями напряжения важно учитывать следующие факторы:
- Входное сопротивление нагрузки — оно должно быть значительно выше сопротивления нижнего плеча делителя
- Мощность рассеивания на резисторах — особенно при больших входных напряжениях
- Температурная стабильность — желательно использовать резисторы с малым ТКС
- Паразитные емкости — могут влиять на работу делителя на высоких частотах
Какие еще нюансы нужно учесть при проектировании? Важно обеспечить защиту от перенапряжений и помех, а также предусмотреть возможность подстройки выходного напряжения.
Делители напряжения в цифровых схемах
В цифровой технике делители напряжения также находят широкое применение. Вот несколько примеров:
- Формирование опорных напряжений для АЦП и ЦАП
- Согласование уровней между различными логическими семействами
- Создание пороговых устройств и компараторов
- Деление тактовой частоты в цифровых схемах
Как правильно выбрать номиналы резисторов для цифровых схем? Нужно учитывать входные токи микросхем, а также обеспечить достаточный запас по напряжению для надежного переключения логических уровней.
Нестандартные применения делителей напряжения
Помимо традиционных областей, делители напряжения находят применение и в необычных задачах:
- Датчики положения на основе переменных резисторов
- Имитаторы различных датчиков в автомобильной электронике
- Схемы задержки в аналоговых вычислительных устройствах
- Формирование сложных сигналов в генераторах специальной формы
Какие еще нестандартные применения можно найти для делителей напряжения? Их потенциал ограничен только фантазией разработчика — от простейших бытовых устройств до сложных научных приборов.
Делитель напряжения — Основы электроники
Делитель напряжения это цепь или схема соединения резисторов, применяемая для получения разных напряжений от одного источника питания.
Рассмотрим цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными сопротивлениями (рис. 1).
Рисунок 1. Последовательная цепь есть простейший делитель напряжения.
Согласно закону Ома если приложить к такой цепи напряжение, то падение напряжения на этих резисторах будет тоже разным.
UR1=I*R1;
UR2=I*R2.
Схема, изображенная на рисунке 1, и есть простейший делитель напряжения на резисторах. Обычно делитель напряжения изображают, как это показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Классическая схема делителя напряжения.
Для примера разберем простейший делитель напряжения, изображенный на рисунке 2. В нем R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и напряжение источника питания, оно же и есть входное напряжения делителя Uвх = 30 вольт.
Напряжение в точке А равно полному напряжению источника, т. е. 30 вольт. Напряжение Uвых, то есть в точке В равно напряжению на R2.Определим напряжение Uвых.
Общий ток в цепи равен:
(1)
Для нашего примера I=30 В/ (1 кОм + 2 кОм) = 0,01 А = 10 мА.
Напряжение на R2 будет равно:
(2)
Для нашего примера UR2 = 0,01 А*1000 Ом = 10 В.
Выходное напряжение можно вычислить вторым способом, подставив в выражение (2) значение тока (1), тогда получим:
(3)
UR2 = 30 В*1 кОм/(1 кОм + 2 кОм) = 10 В.
Второй способ применим для любого делителя напряжения, состоящего из двух и более резисторов, включенных последовательно. Напряжение в любой точке схемы можно вычислить с помощью калькулятора за один прием, минуя вычисление тока.
Делитель напряжения из двух последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями
Если делитель напряжения состоит из двух одинаковых резисторов, то приложенное напряжение делится на них пополам.
Uвых = Uвх/2
Делитель напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями
На рисунке 3 изображен делитель напряжения, состоящий из трех одинаковых резисторов сопротивлением в 1 кОм каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.
Рисунок 3. Делитель напряжения из трех резисторов.
Общее сопротивление R= R1+R2+R3 = 1 кОм + 1 кОм + 1 кОм = 3 кОм
Напряжение в точке А относительно точки Е будет равно:
Тгда Ua-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*1 кОм = 10 В.
Напряжение в точке В относительно точки Е будет равно:
Тгда Ub-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*(1 кОм + 1 кОм) = 20 В.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
Делитель напряжения — Расчет делителя напряжения
Делитель напряжения — это это цепь, состоящая из двух и более пассивных радиоэлементов, которые соединены последовательно.
Делитель напряжения на резисторах
Давайте разберем самый простой делитель напряжения, состоящий из двух резисторов. Эти два резистора соединим последовательно и подадим на них напряжение. Напряжение может быть как постоянное, так и переменное.
Подавая напряжение на эту цепь, состоящую из двух резисторов, у нас получается, что цепь становится замкнутой, и в цепи начинает течь электрический ток с какой-то определенной силой тока, которая зависит от номиналов резисторов.
Итак, мы знаем, что при последовательном соединении сила тока в цепи одинакова. То есть какая сила тока протекает через резистор R1, такая же сила тока течет и через резистор R2. Как же вычислить эту силу тока? Оказывается, достаточно просто, используя закон Ома: I=U/R.
Так как наши резисторы соединены последовательно, то и их общее сопротивление будет выражаться формулой
То есть в нашем случае мы можем записать, что
Как найти напряжение, которое падает на резисторе R2?
Так как ток для обоих резисторов общий, то согласно закону Ома
Подставляем вместо I формулу
и получаем в итоге
Для другого резистора ситуация аналогичная.
На нем падает напряжение
Для него формула запишется
Давайте докажем, что сумма падений напряжений на резисторах равняется напряжению питания, то есть нам надо доказать, что U=UR1 +UR2 . Подставляем значения и смотрим.
что и требовалось доказать.
Эта формула также работает и для большого количества резисторов.
На схеме выше мы видим резисторы, которые соединены последовательно. Чему будет равняться Uобщ ? Так как резисторы соединены последовательно, следовательно, на каждом резисторе падает какое-то напряжение. Сумма падений напряжения на всех резисторах будет равняться Uобщ . В нашем случае формула запишется как
Как работает делитель напряжения на практике
Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультиметр:
Замеряем сопротивление маленького резистора, R1=109,7 Ом.
Замеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.
Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт.
Замер напряжения производим с помощью мультиметра.
Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно. Напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. Силу тока мы будем замерять в дальнейшем также с помощью мультиметра.
Замеряем падение напряжения на большом резисторе, который обладает номиналом в 52,8 Ом. Мультиметр намерял 3,21 Вольта.
Замеряем напряжение на маленьком резисторе номиналом в 109,7 Ом. На нем падает напряжение 6,77 Вольт.
Ну что, с математикой, думаю, у всех в порядке. Складываем эти два значения напряжения. 3,21+6,77 = 9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Спишем на погрешность щупов и средств измерений. Вот наглядный пример того, что мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения. Мы еще раз убедились, что сумма падений напряжений на каждом резистора равняется напряжению питания, которое подается на эту цепь.
[quads id=1]
Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов
Давайте убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова.
Как измерить силу тока постоянного напряжения, я писал здесь. Как видим, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цепи, в середине цепи и даже в конце цепи. Где бы мы не обрывали нашу цепь, везде одно и то же значение силы тока.
Переменный резистор в роли делителя напряжения
Для того, чтобы плавно регулировать выходное напряжение, у нас есть переменный резистор в роли делителя напряжения. Его еще также называют потенциометром.
Его обозначение на схеме выглядит вот так:
Принцип работы такой: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление. Сопротивление относительно среднего контакта по отношению к крайним может меняться в зависимости от того, куда мы будем крутить крутилку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на мощность 1Вт и имеет полное сопротивление 330 Ом. Давайте посмотрим, как он будет делить напряжение.
Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то мы не будем нагружать его большим напряжением.
Мощность, выделяемая на каком-либо резисторе рассчитывается по формуле P=I2R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.
Для этого выставляем на блоке напряжение в 1 Вольт и цепляемся к нашему резистору по двум крайним контактам.
Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.
Замеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта
Суммируем напряжение и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то затерялись. Скорее всего на щупах, так как они тоже обладают сопротивлением. Как вы видите, простой переменный резистор мы можем использовать в роли простейшего делителя напряжения.
Похожие статьи по теме «делитель напряжения»
Делитель тока
Что такое резистор
Что такое напряжение
Блок питания
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- Это не луна!
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
LiPower — повышающий преобразователь
Нет в наличии ПРТ-10255
17,50 $
5
Избранное Любимый 27
Список желаний
Восковой блок — 2 x 3 дюйма (5 шт.)
В наличии ПРТ-14903
25,00 $
Избранное Любимый 3
Список желаний
МИКРОЭ ФРАМ 2 Click
Нет в наличии DEV-20227
19,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
Модуль конечного выключателя с кабелем
Нет в наличии COM-21236
Избранное Любимый 0
Список желанийОтслеживание здоровья стада коз с помощью RFID
20 октября 2020 г.
Что делать фермеру, выращивающему коз, в мире технологий, предназначенных для коров?
Избранное Любимый 0
Талант Артемиды
10 декабря 2021 г.
Теперь Artemis Global Tracker полностью поддерживается + MicroMod получает полноценную плату GNSS!
Избранное Любимый 1
Руководство по простому подключению ProtoSnap LilyPad Development
5 сентября 2013 г.
Хотите попасть в LilyPad? Или, может быть, это Arduino, которая щекочет ваше воображение? Просто хотите добавить изюминку в свой жилет? Все вышеперечисленное? ProtoSnap LilyPad Simple — отличный инструмент для изучения любой из этих тем.
Избранное Любимый 5
- Электроника SparkFun®
- 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
- Настольный сайт
- Ваш счет
- Авторизоваться
- регистр
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- КХААААААННННН!!!
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
Комплект кодировщика колес
В наличии РОБ-12629
13,95 $
5
Избранное Любимый 17
Список желаний
Закрытый разъем Raspberry Pi GPIO — 2×20
В наличии ПРТ-13054
Избранное Любимый 11
Список желаний
Настольный комплект SparkFun Raspberry Pi 4 — 4 ГБ
Нет в наличии КОМПЛЕКТ-16386
Избранное Любимый 10
Список желаний
MIKROE Магнитный линейный щелчок
Нет в наличии SEN-19889
18,95 $
Избранное Любимый 0
Список желаний
Значки? Нам не нужна вонючка — подождите, нам определенно нужен этот значок
17 декабря 2019 г.
После многих лет размышлений и разговоров об этом, в этом году Hackaday Supercon наконец-то выпустила значок на основе FPGA.
Избранное Любимый 1
SparkFun зацепил патентованного тролля
30 июня 2021 г.
Проверьте внутреннюю работу вымогателей и патентных троллей.
Избранное Любимый 9
AST-CAN485 Экран ввода/вывода (24 В) Руководство по подключению
14 февраля 2019 г.
Плата ввода-вывода AST-CAN485 — это плата Arduino, которая позволит пользователю взаимодействовать с платой разработчика AST-CAN485 с входами и выходами 24 В, что расширяет ее полезность в промышленных системах.
Избранное Любимый 0
Модификация инвертора EL Wire
18 июля 2019 г.
