Spannungsteiler für Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten

Um einen festen Spannungswert zu erhalten, der einem Bruchteil des Anfangswertes entspricht, werden Spannungsteiler in elektrischen Schaltkreisen verwendet. Spannungsteiler können aus zwei oder mehr Elementen bestehen, die Widerstände oder Reaktanzen (Kondensatoren oder Induktivitäten) sein können.

Spannungsteiler - eine Kombination von Widerständen, mit denen die Eingangsspannung in Teile geteilt wird.

In seiner einfachsten Form wird der Spannungsteiler durch ein Paar von Abschnitten des Stromkreises dargestellt, die in Reihe miteinander geschaltet sind und als Schultern des Teilers bezeichnet werden. Der Oberarm ist der Abschnitt, der sich zwischen dem positiven Spannungspunkt und dem ausgewählten Verbindungspunkt der Abschnitte befindet, und der Unterarm ist der Abschnitt zwischen dem Verbindungspunkt (ausgewählter Punkt, Nullpunkt) und dem gemeinsamen Draht.

Widerstandsspannungsteiler

Natürlich können Spannungsteiler sowohl in Gleichstromkreisen als auch in Wechselstromkreisen eingesetzt werden. Widerstandsteiler sind für beide Schaltungen geeignet, werden jedoch nur in Niederspannungsschaltungen verwendet. Zur Stromversorgung von Geräten werden Spannungsteiler an Widerständen nicht verwendet.

In seiner einfachsten Form besteht ein ohmscher Spannungsteiler nur aus Widerstandspaarein Reihe geschaltet. Die teilbare Spannung wird dem Teiler zugeführt, wodurch ein bestimmter Bruchteil dieser Spannung proportional zum Widerstandswert an jedem Widerstand ist. Die Summe der Spannungsabfälle entspricht hier der dem Teiler zugeführten Spannung.

Nach dem Ohmschen Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises ist der Spannungsabfall an jedem Widerstand direkt proportional zum Strom und zum Widerstandswert des Widerstands. Und nach der ersten Regel von Kirchhoff wird der Strom durch diesen Stromkreis überall gleich sein. Für jeden Widerstand gibt es also Spannungsabfälle:

Und die Spannung an den Enden der Schaltung ist gleich:

Und der Strom in der Teilerschaltung wird sein:

Wenn wir nun den Ausdruck für den Strom in die Formeln für die Spannungsabfälle über den Widerständen einsetzen, erhalten wir die Formeln zum Ermitteln der Spannungswerte an jedem der Widerstände des Teilers:

Durch Auswahl der Werte der Widerstände R1 und R2 können Sie einen beliebigen Teil der gesamten Eingangsspannung auswählen. Wenn die Spannung in mehrere Teile geteilt werden muss, sind mehrere Widerstände in Reihe mit der Spannungsquelle geschaltet.

Wenn ein Spannungsteiler an Widerständen für verschiedene Zwecke verwendet wird, ist es wichtig zu verstehen, dass die an einen der Arme des Teilers angeschlossene Last, ob es sich um ein Messgerät oder etwas anderes handelt, einen eigenen Widerstand haben muss, der viel größer ist als der Gesamtwiderstand der Widerstände, die den Teiler bilden. Andernfalls sollte der Lastwiderstand selbst bei den Berechnungen berücksichtigt werden und als parallel zum Schulterwiderstand betrachtet werden, der Teil des Teilers ist.

Beispiel: Es gibt eine Gleichspannungsquelle von 5 Volt. Für einen Spannungsteiler müssen Widerstände ausgewählt werden, um ein Messsignal von 2 Volt vom Teiler zu entfernen. Die zulässige Verlustleistung des Teilers darf 0,02 Watt nicht überschreiten.

Lösung: Die vom Teiler verbrauchte maximale Leistung sei 0,02 W, dann wird der minimale Gesamtwiderstand des Teilers bei 5 Volt nach dem Ohmschen Gesetz ermittelt, der sich als 1250 Ohm herausstellt. Sei 1,47 kOhm der Gesamtwiderstand des von uns gewählten Teilers, dann fallen 2 Volt bei 588 Ohm. Wir wählen einen konstanten Widerstand bei 470 Ohm und eine Variable bei 1 kOhm. Stellen Sie den variablen Widerstand auf 588 Ohm ein.

Spannungsteilerwiderstände werden heutzutage häufig in elektronischen Schaltungen verwendet.In diesen Schemata werden die Werte der Widerstände für die Teiler basierend auf den Parametern der aktiven Elemente der Schaltungen ausgewählt. Teiler befinden sich in der Regel in den Messkreisen der Kreise, in den Rückkopplungskreisen von Spannungswandlern usw. Das Minus solcher Lösungen ist, dass die Widerstände in Form von Wärme Energie in sich selbst abgeben, aber die Zweckmäßigkeit rechtfertigt diese kleinen Energieverluste.

Kondensatorspannungsteiler

In Wechselstromkreisen, in Hochspannungskreisen werden Spannungsteiler an Kondensatoren verwendet. Es nutzt die reaktive Natur des Kondensatorwiderstands in Wechselstromkreisen. Der Wert der Reaktanz eines Kondensators in einem Wechselstromkreis hängt von der Kapazität des Kondensators und von der Spannungsfrequenz ab. Hier ist die Formel, um diesen Widerstand zu finden:

Die Formel gibt an, dass die Reaktanz umso niedriger ist, je höher die elektrische Kapazität des Kondensators ist - je niedriger sein reaktiver (kapazitiver) Widerstand und je höher die Frequenz ist. Solche Teiler werden zur Messung von Schaltkreisen von Wechselstromkreisen verwendet, Spannungsabfälle an den Schultern werden als ähnlich wie bei konstanten aktiven Widerständen (Widerstände, siehe oben) angesehen.

Der Vorteil der in Teilern verwendeten Kondensatoren besteht darin, dass die Energiedissipation in Form von Wärme minimal ist und nur von der Qualität des Dielektrikums abhängt.

Induktor Spannungsteiler

Der induktive Spannungsteiler ist ein anderer Teilertyp, der zur Messung der Wechselstromelektronik verwendet wird, insbesondere in Niederspannungsschaltungen, die bei hohen Frequenzen arbeiten. Der Widerstand der Spulen für hochfrequenten Wechselstrom ist hauptsächlich reaktiver (induktiver) Natur. Er ergibt sich aus der Formel:

Die Formel gibt an, dass der Widerstand der Spule gegen Wechselstrom umso höher ist, je höher die Induktivität und je höher die Frequenz ist. Es ist wichtig zu verstehen, dass der Spulendraht einen aktiven Widerstand hat, daher ist die in Form von Wärme abgegebene Leistung, die für einen Teiler an Induktoren charakteristisch ist, viel höher als die von Teilern an Kondensatoren.

In der Amateurelektronik werden häufig Spannungsteiler verwendet. beim Anschluss von analogen Sensoren an Arduino-Module.