Διαχωριστής τάσης για αντιστάτες, πυκνωτές και επαγωγείς

Προκειμένου να επιτευχθεί σταθερή τιμή τάσης ίση με ένα κλάσμα της αρχικής τιμής, διαχωριστές τάσης χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά κυκλώματα. Οι διαιρέτες τάσης μπορούν να αποτελούνται από δύο ή περισσότερα στοιχεία, τα οποία μπορούν να είναι αντιστάσεις ή αντιδραστήρες (πυκνωτές ή επαγωγείς).

Διαχωριστής τάσης - ένας συνδυασμός αντιστάσεων, που χρησιμοποιούνται για τη διάσπαση της τάσης εισόδου σε μέρη.

Στην απλούστερη μορφή του, ο διαιρέτης τάσης αντιπροσωπεύεται από ένα ζεύγος τμημάτων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος που συνδέονται σε σειρά μεταξύ τους, τα οποία καλούνται οι ώμοι του διαιρέτη. Ο άνω βραχίονας είναι το τμήμα που βρίσκεται μεταξύ του σημείου θετικής τάσης και του επιλεγμένου σημείου σύνδεσης των τμημάτων και ο κάτω βραχίονας είναι το τμήμα μεταξύ του σημείου σύνδεσης (επιλεγμένο σημείο, σημείο μηδέν) και του κοινού καλωδίου.

Διαχωριστές τάσης αντιστάσεων

Φυσικά, διαιρέτες τάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος όσο και σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι διαχωριστές αντιστάσεων είναι κατάλληλοι και για τα δύο κυκλώματα, αλλά χρησιμοποιούνται μόνο σε κυκλώματα χαμηλής τάσης. Για την τροφοδοσία των συσκευών δεν χρησιμοποιούνται διαιρέτες τάσης στις αντιστάσεις.

Στην απλούστερη μορφή του, ένας διαχωριστής τάσης αντίστασης αποτελείται μόνο από ζεύγη αντιστάσεωνσυνδεδεμένα σε σειρά. Η διαιρούμενη τάση τροφοδοτείται στον διαιρέτη, ως αποτέλεσμα, ένα ορισμένο κλάσμα αυτής της τάσης, ανάλογο με την τιμή του αντιστάτη, πέφτει σε κάθε αντίσταση. Το άθροισμα των πτώσεων τάσης εδώ είναι ίσο με την τάση που παρέχεται στον διαιρέτη.

Σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, σε κάθε αντίσταση, η πτώση τάσης θα είναι άμεσα ανάλογη με την τιμή ρεύματος και την αντίσταση της αντίστασης. Και σύμφωνα με τον πρώτο κανόνα του Kirchhoff, το ρεύμα μέσω αυτού του κυκλώματος θα είναι το ίδιο παντού. Έτσι, για κάθε αντίσταση θα υπάρξουν πτώσεις τάσης:

Και η τάση στα άκρα του κυκλώματος θα είναι ίση με:

Και το ρεύμα στο κύκλωμα διαιρέτη θα είναι:

Τώρα, εάν υποκαταστήσουμε την έκφραση για το ρεύμα στις φόρμουλες για τις πτώσεις τάσης στις αντιστάσεις, θα λάβουμε τους τύπους για την εύρεση των τιμών τάσης σε κάθε μία από τις αντιστάσεις του διαιρέτη:

Επιλέγοντας τις τιμές των αντιστάσεων R1 και R2, μπορείτε να επιλέξετε οποιοδήποτε τμήμα της συνολικής τάσης εισόδου. Στην περίπτωση που η τάση χρειάζεται να χωριστεί σε διάφορα μέρη, διάφορες αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά με την πηγή τάσης.

Χρησιμοποιώντας έναν διαιρέτη τάσης σε αντιστάτες για διάφορους σκοπούς, είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι το φορτίο που συνδέεται με έναν από τους βραχίονες του διαιρέτη, είτε πρόκειται για συσκευή μέτρησης είτε για κάτι άλλο, πρέπει να έχει τη δική του αντοχή πολύ μεγαλύτερη από τη συνολική αντίσταση των αντιστάσεων που σχηματίζουν το διαιρέτη. Διαφορετικά, η ίδια η αντίσταση φορτίου πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς, θεωρείται παράλληλη με την αντίσταση ώμου, η οποία αποτελεί μέρος του διαιρέτη.

Παράδειγμα: Υπάρχει μια πηγή τάσης συνεχούς ρεύματος 5 βολτ, είναι απαραίτητο να επιλέξετε αντιστάσεις γι 'αυτό για έναν διαιρέτη τάσης για να αφαιρέσετε ένα σήμα μέτρησης 2 βολτ από τον διαιρέτη. Η επιτρεπόμενη ισχύς που διαχέεται στο διαιρέτη δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,02 watts.

Λύση: Αφήστε τη μέγιστη ισχύ που διαχέεται από το διαιρέτη να είναι 0,02 W, τότε θα βρούμε την ελάχιστη συνολική αντίσταση του διαιρέτη στα 5 βολτ από το νόμο του Ohm, θα αποδειχθεί ότι είναι 1250 Ohms. Έστω 1,47 kOhm η συνολική αντίσταση του διαχωριστή που επιλέξαμε από εμάς, τότε 2 βολτ θα πέσουν στα 588 ohms. Επιλέγουμε μια σταθερή αντίσταση στα 470 ohms και μία μεταβλητή σε 1 kOhm. Ρυθμίστε τη μεταβλητή αντίσταση στα 588 ohms.

Διαχωριστές τάσης σε αντιστάσεις χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.Σε αυτά τα σχήματα, οι τιμές των αντιστάσεων για τους διαχωριστές επιλέγονται με βάση τις παραμέτρους των ενεργών στοιχείων των κυκλωμάτων. Κατά κανόνα, οι διαχωριστές βρίσκονται στα κυκλώματα μέτρησης των κυκλωμάτων, στα κυκλώματα ανατροφοδότησης των μετατροπέων τάσης κλπ. Το μείον τέτοιων λύσεων είναι ότι οι αντιστάσεις διαχέουν την ισχύ τους υπό τη μορφή θερμότητας, ωστόσο η σκοπιμότητα δικαιολογεί αυτές τις μικρές απώλειες ενέργειας.

Διαχωριστές τάσης πυκνωτών

Σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, σε κυκλώματα υψηλής τάσης, διαχωριστές τάσης χρησιμοποιούνται σε πυκνωτές. Χρησιμοποιεί την αντιδραστική φύση της αντίστασης πυκνωτών σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος. Το μέγεθος της αντίστασης ενός πυκνωτή σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος εξαρτάται από την χωρητικότητα του πυκνωτή και από τη συχνότητα τάσης. Εδώ είναι ο τύπος για την εύρεση αυτής της αντίστασης:

Ο τύπος δείχνει ότι όσο υψηλότερη είναι η ηλεκτρική ισχύς του πυκνωτή - τόσο χαμηλότερη είναι η αντίστασή του (χωρητική) αντίσταση και όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα - τόσο χαμηλότερη είναι η αντίστασή του. Τέτοια διαχωριστικά χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα μέτρησης κυκλωμάτων εναλλασσόμενου ρεύματος, οι πτώσεις τάσης στους ώμους θεωρούνται παρόμοιες με τις περιπτώσεις με σταθερές ενεργές αντιστάσεις (αντιστάσεις, βλ. Παραπάνω).

Το πλεονέκτημα των πυκνωτών που χρησιμοποιούνται στα διαχωριστικά είναι ότι η διασπορά ενέργειας υπό μορφή θερμότητας είναι ελάχιστη και εξαρτάται μόνο από την ποιότητα του διηλεκτρικού.

Διαχωριστής τάσης επαγωγέα

Ο επαγωγικός διαχωριστής τάσης είναι ένας άλλος τύπος διαιρέτη που χρησιμοποιείται στη μέτρηση ηλεκτρονικών συστημάτων εναλλασσόμενου ρεύματος, ειδικά σε κυκλώματα χαμηλής τάσης που λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες. Η αντίσταση των πηνίων για εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας είναι κυρίως αντιδραστική (επαγωγική) στη φύση, διαπιστώνεται από τον τύπο:

Ο τύπος δείχνει ότι όσο υψηλότερη είναι η αυτεπαγωγή και όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο υψηλότερη είναι η αντίσταση του πηνίου σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι το σύρμα πηνίου έχει μια ενεργή αντίσταση, οπότε η ισχύς που διαχέεται με τη μορφή θερμότητας, η οποία είναι χαρακτηριστική του διαιρέτη στους επαγωγείς, είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των διαχωριστών στους πυκνωτές.

Στα ερασιτεχνικά ηλεκτρονικά, συχνά χρησιμοποιούνται διαιρέτες τάσης. όταν συνδέετε αναλογικούς αισθητήρες σε αρθρώματα Arduino.