Делитель напряжения что это такое
Делитель 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
что и требовалось доказать.
Эта формула также работает и для большого количества резисторов.
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.
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=I 2 R. 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 напряжения что это такое
Часто при проектировании электронной схемы возникает необходимость получить точку с определенным уровнем сигнала. Например, создать опорную точку или смещение напряжения, запитать маломощный потребитель, понизив его уровень и ограничить ток. Именно в таких случаях нужно использовать делитель напряжения. Что это такое и как его рассчитать мы расскажем в этой статье.
Определение
Делителем напряжения называется прибор или устройство, которое понижает уровень выходного напряжения относительно входного, пропорционально коэффициенту передачи (он будет всегда ниже нуля). Такое название он получил, потому что представляет собой два и более последовательно соединенных участка цепи.
Они бывают линейными и нелинейными. При этом первые представляют собой активное или реактивное сопротивление, в которых коэффициент передачи определяется соотношением из закона Ома. К ярко выраженным нелинейным делителям относят параметрические стабилизаторы напряжения. Давайте разберемся как устроен это прибор и зачем он нужен.
Виды и принцип действия
Сразу стоит отметить, что принцип работы делителя напряжения в общем одинаков, но зависит от элементов, из которых он состоит. Различают три основных вида линейных схем:
Наиболее распространен делитель на резисторах, из-за своей простоты и легкости расчетов. На его примере и рассмотрим основные сведения об этом устройстве.
У любого делителя напряжения есть Uвходное и Uвыходное, если он состоит из двух резисторов, если резисторов три, то выходных напряжений будет два, и так далее. Можно сделать любое количество ступеней деления.
Uвходное равно напряжению питания, Uвыходное зависит от соотношения резисторов в плечах делителя. Если рассматривать схему на двух резисторах, то верхним, или как его еще называют, гасящим плечом будет R1. Нижним или выходным плечом будет R2.
Допустим у нас Uпитания 10В, сопротивление R1 — 85 Ом, а сопротивление R2 — 15 Ом. Нужно рассчитать Uвыходное.
Так как они соединены последовательно, то:
Тогда если сложить выражения:
Если выразить отсюда ток, получится:
Подставив предыдущее выражение, имеем следующую формулу:
Посчитаем для нашего примера:
Делитель напряжения может быть выполнен и на реактивных сопротивлениях:
Тогда расчеты будут аналогичны, но сопротивления рассчитывают по нижеприведенным формулам.
Особенностью и различием этих видов делителей является то, что резистивный делитель может использоваться в цепях переменного и в цепях постоянного тока, а емкостной и индуктивный только в цепях переменного тока, потому что только тогда будет работать их реактивное сопротивление.
Интересно! В некоторых случаях емкостной делитель будет работать в цепях постоянного тока, хорошим примером является использование такого решения во входной цепи компьютерных блоков питания.
Использование реактивного сопротивления обусловлено тем, что при их работе не выделяется такого количества тепла, как при использовании в конструкциях активных сопротивлений (резисторов)
Примеры использования в схеме
Есть масса схем, где используются делители напряжения. Поэтому мы приведем сразу несколько примеров.
Допустим мы проектируем усилительный каскад, на транзисторе, который работает в классе А. Исходя из его принципа действия, нам нужно задать на базе транзистора такое напряжение смещения (U1), чтобы его рабочая точка была на линейном отрезке ВАХ, при этом чтобы ток через транзистор не был чрезмерным. Допустим нам нужно обеспечить ток базы в 0,1 мА при U1 в 0,6 Вольта.
Тогда нам нужно рассчитать сопротивления в плечах делителя, а это обратный расчет относительно того, что мы привели выше. В первую очередь находят ток через делитель. Чтобы ток нагрузки не сильно влиял на напряжения на его плечах, зададим ток через делитель на порядок выше тока нагрузки в нашем случае 1 мА. Uпитания пусть будет 12 Вольт.
Тогда общее сопротивление делителя равняется:
Соответственное верхнее плече погасит
Но это еще не весь расчет. Для полного расчета делителя нужно определить и мощность резисторов, чтобы они не сгорели. При токе 1 мА на R1 выделится мощность:
Здесь она ничтожно мала, но представьте какой мощности нужны были бы резисторы, если бы ток делителя составлял 100 мА или 1 А?
Для первого случая:
Для второго случая:
Что уже немалые для электроники цифры, в том числе и для использования в усилителях. Это не эффективно, поэтому в настоящее время используют импульсные схемы, хотя и линейные продолжают использоваться либо в любительских конструкциях, либо в специфичном оборудовании с особыми требованиями.
Второй пример – это делитель для формирования Uопорного для регулируемого стабилитрона TL431. Они применяются в большинстве недорогих блоков питания и зарядных устройств для мобильных телефонов. Схема подключения и расчетные формулы вы видите ниже. С помощью двух резисторов здесь создается точка с Uопорным в 2.5 вольта.
Еще один пример — это подключение всевозможных датчиков к микроконтроллерам. Рассмотрим несколько схем подключения датчиков к аналоговому входу популярного микроконтроллера AVR, на примере семейства плат Arduino.
В измерительных приборах есть разные пределы измерения. Такая функция реализуется также с помощью группы резисторов.
Но на этом область применения делителей напряжения не заканчивается. Именно таким образом гасятся лишние вольты при ограничении тока через светодиод, также распределяется напряжение на лампочках в гирлянде, и также вы можете запитать маломощную нагрузку.
Нелинейные делители
Мы упомянули, что к нелинейным делителям относится параметрический стабилизатор. В простейшем виде он состоит из резистора и стабилитрона. У стабилитрона условное обозначение на схеме похоже на обычный полупроводниковый диод. Разница лишь в наличии дополнительной черты на катоде.
Расчет происходит, отталкиваясь от Uстабилизации стабилитрона. Тогда если у нас есть стабилитрон на 3.3 вольта, а Uпитания равно 10 вольт, то ток стабилизации берут из даташита на стабилитрон. Например, пусть он будет равен 20 мА (0.02 А), а ток нагрузки 10 мА (0.01 А).
Разберемся как работает такой стабилизатор. Стабилитрон включается в цепь в обратном включении, то есть если Uвыходное ниже Uстабилизации – ток через него не протекает. Когда Uпитания повышается до Uстабилизации, происходит лавинный или туннельный пробой PN-перехода и через него начинает протекать ток, который называется током стабилизации. Он ограничен резистором R1, на котором гасится разница между Uвходным и Uстабилизации. При превышении максимального тока стабилизации происходит тепловой пробой и стабилитрон сгорает.
Кстати иногда можно реализовать стабилизатор на диодах. Напряжение стабилизации тогда будет равно прямому падению диодов или сумме падений цепи диодов. Ток задаете подходящий под номинал диодов и под нужды вашей схемы. Тем не менее такое решение используется крайне редко. Но такое устройство на диодах лучше назвать ограничителем, а не стабилизатором. И вариант такой же схемы для цепей переменного тока. Так вы ограничите амплитуду переменного сигнала на уровне прямого падения — 0,7В.
Вот мы и разобрались что это такое делитель напряжения и для чего он нужен. Примеров, где применяется любой из вариантов рассмотренных схем можно привести еще больше, даже потенциометр в сущности является делителем с плавной регулировкой коэффициента передачи, и часто используется в паре с постоянным резистором. В любом случае принцип действия, подбора и расчетов элементов остается неизменным.
Напоследок рекомендуем посмотреть видео, на котором более подробно рассматривается, как работает данный элемент и из чего состоит:
Делитель напряжения: устройство, принцип работы, назначение
Определение
Делитель напряжения — это устройство или устройство, которое понижает уровень выходного напряжения относительно входного напряжения пропорционально коэффициенту передачи (он всегда будет меньше нуля). Он получил такое название, потому что представляет собой два или более последовательно соединенных участка цепи.
Они бывают линейными и нелинейными. В данном случае первые являются активными или реактивными сопротивлениями, в которых коэффициент передачи определяется соотношением закона Ома. К ярко выраженным нелинейным делителям относятся параметрические стабилизаторы напряжения. Посмотрим, как работает это устройство и зачем оно нужно.
Зачем он нам нужен?
Во многих проектах нам иногда нужно разделить напряжение. Одна из самых простых форм — делитель напряжения. Обычно это два последовательно включенных резистора. Входное напряжение «Vin» проходит через резисторы «R1» и «R2» и идет на землю. Разделенное напряжение берется между подключением резисторов «R1» и «R2». Это напряжение зависит от номиналов резисторов «R1» и «R2» и от входного напряжения «Vin».
Википедия: «Делитель напряжения — это конфигурация электрической цепи, которая делит напряжение источника на несколько последовательно соединенных резисторов.
Пример: мы используем делитель напряжения в моем проекте Arduino Multimeter. Нам это нужно, потому что максимальное напряжение, которое мы можем передать на вход Arduino, составляет 5 вольт. Например, если мы хотим измерить 40 вольт, мы не можем подключить 40 вольт напрямую к аналоговому входу Arduino, поэтому мы должны снизить напряжение. Вот почему мы используем делитель напряжения. В этом примере, чтобы подключить 40 вольт к Arduino, нам нужно выбрать резисторы «R1» и «R2» так, чтобы выход «Vout» не превышал 5 вольт. Мы можем использовать этот калькулятор делителя напряжения для расчета значений сопротивления. Нам нужно ввести входное напряжение «Vin» и значения резисторов, и мы увидим выходное напряжение «Vout». Изменяя номиналы резисторов, мы можем получить необходимое нам выходное напряжение «Vout». В случае с ардуино «Vout» не должен превышать 5 вольт.
Назначение и применение
Для преобразования переменного напряжения используется трансформатор, благодаря которому можно поддерживать достаточно высокое значение тока. Если необходимо подключить к электрической цепи нагрузку, потребляющую небольшой ток (до сотен мА), можно использовать преобразователь трансформатора напряжения (U.
В таких случаях можно использовать более простой делитель напряжения (ДН), стоимость которого значительно ниже. После получения необходимого значения U его распрямляют и подают питание потребителю. При необходимости, выходной каскад Power Boost должен использоваться для увеличения тока (I). Кроме того, есть делители и постоянная U, но эти модели используются реже других.
DN часто используются для зарядки различных устройств, где необходимо добиться более низких значений U и токов 220 В для разных типов батарей. Кроме того, устройства подразделения U целесообразно использовать для создания электроизмерительных приборов, компьютерной техники, а также лабораторных импульсных и обычных источников питания.
Виды и принцип действия
Сразу стоит отметить, что принцип работы делителя напряжения в целом одинаковый, но зависит от элементов, из которых он состоит. Есть три основных типа линейных цепей:
Самый распространенный делитель на резисторах, благодаря простоте и удобству расчета. На его примере рассмотрим основную информацию об этом устройстве.
У любого делителя напряжения есть Uinput и Uoutput, если он состоит из двух резисторов, если резисторов три, то будет два выходных напряжения и так далее. Может быть выполнено любое количество шагов разделения.
Uвход равен напряжению питания, Uвыход зависит от соотношения резисторов в плечах делителя. Если рассматривать схему с двумя резисторами, верхним демпфирующим плечом, или как его еще называют, будет R1. Нижнее или выходное плечо будет R2.
Допустим, у нас есть блок питания 10В, сопротивление R1 — 85 Ом, а сопротивление R2 — 15 Ом. Необходимо рассчитать выход.
Поскольку они соединены последовательно, поэтому:
Итак, если вы добавите выражения:
Если выразить ток отсюда, мы получим:
Подставляя предыдущее выражение, получаем следующую формулу:
Посчитаем для нашего примера:
Делитель напряжения также может быть изготовлен на реакторах:
Тогда расчеты будут аналогичными, но сопротивления рассчитываются по следующим формулам.
Особенностью и отличием этих типов делителей является то, что резистивный делитель можно использовать в цепях переменного и постоянного тока, а емкостной и индуктивный — только в цепях переменного тока, потому что только тогда сработает их реактивное сопротивление.
Интересно! В некоторых случаях емкостной делитель будет работать в цепях постоянного тока, хорошим примером является использование такого решения во входной цепи компьютерных блоков питания.
Использование реактивного сопротивления связано с тем, что при работе они не выделяют такое количество тепла, как при использовании в конструкциях активных резисторов (резисторов
Преимущества и недостатки
Основными недостатками резистивного ДН являются невозможность использования его в высокочастотных цепях, значительное падение напряжения на резисторах и снижение мощности. В некоторых схемах необходимо подбирать мощность резисторов, так как наблюдается значительный нагрев.
В большинстве случаев в цепях переменного тока используются DN с активной (резистивной) нагрузкой, но с использованием компенсирующих конденсаторов, подключенных параллельно каждому из резисторов. Такой подход снижает тепловыделение, но не устраняет основной недостаток потери мощности. Преимущество — использование в цепях постоянного тока.
Чтобы исключить потери мощности на резистивном ДН, активные элементы (резисторы) следует заменить на емкостные. Емкостной элемент по сравнению с резистивным ДН имеет ряд преимуществ:
Недостатком является невозможность использования в схемах с постоянным U. Это связано с тем, что конденсатор в цепях постоянного тока не имеет емкостного сопротивления, а действует только как емкость.
Индуктивный ДН в цепях с переменной составляющей также имеет ряд преимуществ, но может применяться и в цепях с постоянным значением U. Катушка индуктивности имеет сопротивление, но из-за индуктивности этот вариант не подходит, так как он не является значительным падением U. Основные преимущества резистивного типа перед ДН:
К недостаткам можно отнести следующее:
Примеры использования в схеме
Существует множество схем, в которых используются делители напряжения. Поэтому мы приведем сразу несколько примеров.
Предположим, мы проектируем усилительный каскад на транзисторе, работающем в классе A. В соответствии с принципом его работы мы должны установить такое напряжение смещения (U1) на основе транзистора так, чтобы его рабочая точка была линейным сегментом I — V характеристика, при этом ток через транзистор не был чрезмерным. Допустим, нам нужно обеспечить базовый ток 0,1 мА при U1 0,6 Вольт.
Итак, нам нужно рассчитать сопротивление в плечах делителя, и это обратный расчет тому, что мы дали выше. Прежде всего найдите ток через делитель. Чтобы ток нагрузки не сильно влиял на напряжение на ее плечах, выставляем ток на делителе на порядок выше, чем ток нагрузки в нашем случае, 1 мА. Пусть блок питания будет 12 Вольт.
Тогда полное сопротивление делителя будет равно:
Rd = Мощность / I = 12 / 0,001 = 12000 Ом
R2 / (R1 + R2) = U2 / мощность
R2 = (R1 + R2) * U1 / U мощность = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Вольт.
Соответствующее верхнее плечо выключится
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Вольт.
Но это еще не весь расчет. Для полного расчета делителя необходимо определить мощность резисторов, чтобы они не сгорели. При токе 1 мА на R1 будет выпущено питание:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 Вт
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 Вт
Здесь это ничтожно мало, но представьте, сколько мощности потребовалось бы резисторам, если бы ток делителя был 100 мА или 1 А?
Для первого случая:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 Вт
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 Вт
Для второго случая:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 Вт
Это уже немалые цифры для электроники, даже для использования в усилителях. Это неэффективно, поэтому в настоящее время используются импульсные схемы, хотя линейные продолжают использоваться как в любительских проектах, так и в специальном оборудовании с особыми требованиями.
Второй пример — делитель для формирования Uref регулируемого стабилитрона TL431. Они используются в более дешевых блоках питания и зарядных устройствах для мобильных телефонов. Ниже вы можете увидеть схему подключения и формулы расчета. С помощью двух резисторов здесь создается точка с Uref 2,5 вольт.
Другой пример — подключение к микроконтроллерам всевозможных датчиков. Рассмотрим различные схемы подключения датчиков к аналоговому входу популярного микроконтроллера AVR на примере плат семейства Arduino.
Измерительные приборы имеют разные диапазоны измерения. Эта функция также выполняется с помощью группы резисторов.
Но на этом сфера применения делителей напряжения не заканчивается. Так гаснут лишние вольты при ограничении тока через светодиод, напряжение также распределяется между лампочками в гирлянде, а еще можно запитать маломощную нагрузку.
Как работает делитель напряжения на практике
Итак, у нас есть эти два резистора и наш любимый мультиметр:
Замеряем сопротивление маленького резистора R1 = 109,7 Ом.
Замеряем сопротивление большого резистора R2 = 52,8 Ом.
Ставим на блок питания ровно 10 вольт. Измеряем напряжение мультиметром.
Цепляем блок питания на эти два резистора, впаянных последовательно. Напомню, что на колодке ровно 10 вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. В будущем мы также будем измерять силу тока с помощью мультиметра.
Мы измеряем падение напряжения на большом резисторе номиналом 52,8 Ом. Мультиметр показал 3,21 вольт.
Измеряем напряжение на небольшом резисторе 109,7 Ом. На него падает напряжение 6,77 вольт.
Ну, с математикой, думаю, у всех все в порядке. Сложите эти два значения напряжения. 3,21 + 6,77 = 9,98 Вольт. А что случилось с 0,02 вольта? Удаляем погрешность щупов и средств измерений. Вот хороший пример того, как нам удалось разделить напряжение на два разных напряжения. Опять же, мы проверили, что сумма падений напряжения на каждом резисторе равна напряжению питания, приложенному к этой цепи.
Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов
Убедимся, что сила тока при последовательном включении резисторов везде одинакова. Как измерить силу тока постоянного напряжения я писал здесь. Как видите, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цикла, в середине цикла и даже в конце цикла. Где бы мы ни разорвали нашу цепь, везде одинаковое значение силы тока.
Расчет делителя напряжения на резисторах
Чтобы сделать и рассчитать простейший делитель напряжения, просто соедините последовательно два резистора и подключите их к источнику питания. Эта схема очень распространена и используется более чем в 90% случаев.
Вход схемы имеет два контакта, а выход — три. При одинаковых значениях сопротивлений R1 и R2 выходные напряжения Uout1 и Uout2 равны и составляют половину значения входного Uin. Также вывод U можно снять с любого из резисторов — R1 или R2. Если сопротивления не совпадают, на выходе U будет резистор большего размера.
Точное соотношение между Uout1 и Uout2 рассчитывается со ссылкой на закон Ома. Резисторы вместе с источником питания образуют последовательную цепь, поэтому величина электрического тока, протекающего через R1 и R2, определяется отношением напряжения питания Uin к сумме сопротивлений:
Обратите внимание, что чем больше сумма сопротивлений, тем меньше ток I при том же Uin.
Также по закону Ома, подставляя текущее значение, находим Uout1 и Uout2:
Подставляя значение самой первой формулы в последние две формулы, мы находим значение выхода U как функцию входа и сопротивлений двух резисторов
Формула делителя напряжения
Это несложное упражнение, но очень важное для понимания того, как работает делитель напряжения. Расчет делителя основан на законе Ома.
Чтобы узнать, какое напряжение будет на выходе делителя, выведем формулу, основанную на законе Ома. Предположим, мы знаем значения Uin, R1 и R2. Теперь, основываясь на этих данных, мы выводим формулу для Uout. Начнем с обозначения токов I1 и I2, которые проходят через резисторы R1 и R2 соответственно:
Наша цель — вычислить Uout, что довольно просто с помощью закона Ома:
Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем Мощность: 800 Вт, температура: 100… 480 градусов, воздушный поток… Подробнее
Хороший. Мы знаем значение R2, но ток I2 еще не известен. Но мы кое-что о ней знаем. Можно считать, что I1 равно I2. В этом случае наша схема будет выглядеть так:
Что мы знаем об Уине? Ну, Uin — это напряжение на R1 и R2. Эти резисторы соединены последовательно, а их сопротивления складываются:
И на время мы можем упростить схему:
Закон Ома в его простейшей форме: Uin = I * R. Имея в виду, что R состоит из R1 + R2, формулу можно записать следующим образом:
А поскольку I1 равно I2, то:
Это уравнение показывает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и отношению R1 к R2.
Делитель напряжения на переменном резисторе
Схема делителя напряжения с переменным резистором называется схемой потенциометра. Поворачивая ручку регулировки громкости на музыкальном центре или автомобильной стереосистеме, вы плавно изменяете напряжение, подаваемое на усилитель звуковой частоты. Принцип работы и сборка простейшего усилителя мощности уже обсуждалась здесь выше.
По мере того, как вы перемещаете (вращаете) ручку переменного резистора сверху вниз на чертеже, U постепенно изменяется от значения источника питания до нуля.
В звуковой технике используются в основном переменные резисторы с логарифмической зависимостью, поскольку слуховой аппарат человека воспринимает звуки с этой зависимостью. Для контроля уровня звука одновременно по двум каналам используются двойные переменные резисторы.
В качестве делителя напряжения используются переменные резисторы со следующими зависимостями сопротивления от угла поворота ручки: логарифмической, линейной и экспоненциальной. Определенный тип зависимости используется для решения отдельной проблемы.
Переменный резистор в роли делителя напряжения
Для плавной регулировки выходного напряжения у нас есть переменный резистор в качестве делителя напряжения. Его еще называют потенциометром.
Его обозначение на схеме выглядит так:
Принцип работы следующий: постоянное сопротивление между двумя крайними контактами. Сопротивление относительно центрального контакта по отношению к крайнему может варьироваться в зависимости от того, куда мы повернем скрутку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на 1 Вт и имеет сопротивление 330 Ом. Посмотрим, как он разделит напряжение.
Так как мощность небольшая, всего 1Вт, мы не будем заряжать его высоким напряжением. Мощность, назначенная любому резистору, рассчитывается по формуле P = I2R. Это означает, что этот переменный резистор может делить только небольшое напряжение с небольшим сопротивлением нагрузки и наоборот. Главное, чтобы величина мощности этого резистора не выходила за пределы. Поэтому напряжение разделю на 1 вольт.
Для этого выставляем на колодке напряжение 1 вольт и цепляем наш резистор на двух крайних контактах.
Поворачиваем верх в произвольную сторону и останавливаем. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.
Измеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта
Складываем напряжение и получаем 0,34 + 0,64 = 0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то теряются. Скорее всего на пробниках, так как у них тоже есть сопротивление. Как видите, мы можем использовать простой переменный резистор в качестве простого делителя напряжения.
Применяя делитель напряжения на резисторах, необходимо понимать и помнить следующее:
Кроме того, иногда используются более сложные делители напряжения, состоящие из нескольких последовательно соединенных резисторов.
Потенциометры
Потенциометр — это переменный резистор, который можно использовать для создания регулируемого делителя напряжения.
Внутри потенциометра находится резистор и скользящий контакт, который разделяет резистор на две части и перемещается между ними. Снаружи потенциометр, как правило, имеет три проводника: два контакта подключены к выводам резистора, а третий (в центре) подключен к скользящему контакту.
Если контакты резистора подключены к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.
Переместите ползунок потенциометра вверх, и выходное напряжение будет равно входному. Теперь переместите ползунок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если установить ручку потенциометра в центральное положение, мы получим половину входного напряжения.
Резистивные датчики
Большинство датчиков, используемых в различных устройствах, являются резистивными. Фоторезистор — это переменный резистор, сопротивление которого изменяется пропорционально количеству падающего на него света. Есть также другие датчики, такие как датчики давления, датчики ускорения и термисторы и т.д.
Кроме того, резистивный делитель напряжения помогает измерять напряжение с помощью микроконтроллера (если присутствует АЦП).