Делители напряжения: почему они важны в цепях и как они работают

Введение

А делитель напряжения это простая электронная схема, используемая для создания выходного напряжения, которое ниже входного. В большинстве случаев выходное напряжение составляет лишь часть входного напряжения.

Делители напряжения состоят из резисторов, соединенных последовательно, чтобы сделать его функциональность возможной. Выходное напряжение измеряется между резисторами. Ожидайте, что такое устройство будет иметь приложения, где необходимо снизить напряжение в цепи до более управляемого уровня, который подходит для определенных устройств.

Основные компоненты делителей напряжения

Основные компоненты делители напряжения являются резисторами. Они отвечают за определение величины деления напряжения и выходного напряжения в цепи.

Например, у вас может быть два резистора, R1 и R2. Эти два резистора будут соединены последовательно. Отношение их сопротивлений определяет величину выходного напряжения.

В дополнение к резисторам у вас есть источник напряжения (Vin) и выходное напряжение (Vout). Значение выходного напряжения на R2 обычно составляет часть входного напряжения.

Как работают делители напряжения

Рассмотрим пример двух резисторов, R1 и R2, соединенных последовательно. Напряжение подается на эти два резистора, чтобы увидеть, какое падение напряжения произойдет в конце.

Ток, протекающий через два резистора, одинаков, поскольку они соединены последовательно. Однако падение напряжения пропорционально значению сопротивления каждого резистора.

Для расчета выходного напряжения используйте уравнение делителя напряжения показано ниже.

Vвых = Vin * (R2/(R1 + R2))

Преимущества использования делителей напряжения

А схема делителя напряжения вероятно, имеет много преимуществ, чем думает большинство людей. Например, желаемое выходное напряжение может быть получено путем регулировки резисторов, используемых в схеме. Вы можете уменьшить высокое напряжение до требуемого уровня для определенного устройства.

А резисторный делитель напряжения также может помочь отрегулировать уровни сигнала. Теперь можно уменьшить амплитуду сигнала, сделав его совместимым в качестве входного сигнала для определенных измерительных устройств.

В транзисторных цепях также могут быть делители напряжения. Они будут необходимы для установки базового напряжения, необходимого транзисторам для правильной работы.

Использование потенциометрический делитель напряжения позволяет вам изменять выходное напряжение, регулируя величину сопротивления, введенного в цепь. Вы должны найти такую операцию хорошей для настройки цепей.

С точки зрения стоимости, делители напряжения обычно дешевы в проектировании и реализации. Это связано с тем, что для работы требуется всего два резистора, что делает их экономически эффективным решением.

Типы делителей напряжения

Делители напряжения можно разделить на резистивные, емкостные и индуктивные. Все зависит от компонентов, используемых в схеме для реализации более низкого напряжения, чем входное напряжение.

Резистивные делители напряжения

Эти делители имеют резисторы, которые помогают создать падение напряжения. Выходное напряжение составляет лишь часть входного напряжения. Это определяется соотношением значений резисторов. Ожидайте встретить такие делители в цепях постоянного тока, и они просты в реализации.

Емкостные делители напряжения

Эти делители используют конденсаторы вместо резисторов, чтобы действовать как водоразрядники напряжения в цепях переменного тока. Частота переменного тока и емкость конденсаторов определяют выходное напряжение. Это делает их идеальными для фильтрации и обработки сигналов.

Индуктивные делители напряжения

Индукторы являются ключевыми компонентами, используемыми для деления напряжения в цепи. Они особенно полезны в радиочастотных приложениях и высокочастотных цепях. Они не так распространены, как резистивные делители напряжения, но полезны для радиочастотных усилителей и приложений настройки антенн.

Регулируемый делитель напряжения

Регулируемые делители напряжения используют потенциометры, которые позволяют регулировать выходное напряжение. Иногда вам может понадобиться изменить выходное напряжение до точного значения. Ну, если у вас хорошая настройка, эта схема будет идеальной для калибровки оборудования.

Ограничения делителей напряжения

Хотя делители напряжения имеют множество применений, они также имеют некоторые ограничения. Ниже приведены существенные ограничения делителей напряжения, которые вам следует знать.

Неэффективность энергопотребления

Делители напряжения иногда могут быть неэффективными по мощности. Это особенно актуально при использовании меньших резисторов для обработки изменений сопротивления нагрузки. Результатом является потеря мощности.

Изменение нагрузки и точность

Выходное напряжение делителя напряжения может быть точным только при минимальном или нулевом токе нагрузки. При увеличении тока нагрузки выходное напряжение становится менее точным из-за большего падения напряжения на резисторах.

Высокочастотные приложения

Резистивные делители напряжения не являются лучшими для высокочастотных приложений. Это связано с тем, что их точность сильно ухудшается на более высоких частотах.

Как спроектировать делители напряжения для схемы

При проектировании следует учитывать несколько моментов: конденсаторный делитель напряжения или резистивный делитель напряжения. Вот что следует иметь в виду:

1. Определите желаемое выходное напряжение. Это важно, поскольку определяет компоненты, которые вы будете использовать в схеме.
2. Знайте входное напряжение. Каково начальное напряжение?
3. Рассчитайте коэффициент сопротивления. Это делается путем деления выходного напряжения на входное напряжение. Полученное значение — это желаемый коэффициент снижения напряжения.
4. Выберите значение для R1. Это резистор, подключенный к земле. Выберите любое значение для этого резистора.
5. Получив значение R1, используйте его для расчета значения R2. Это делается путем умножения значения R1 на коэффициент снижения напряжения.
6. Вы можете использовать общая формула делителя напряжения чтобы убедиться, что значения дают желаемое напряжение.

Распространенные ошибки, которых следует избегать при работе с делителями напряжения

The принцип делителя напряжения работает достаточно хорошо для различных приложений, но иногда ошибки могут сделать делители напряжения неэффективными. Вот некоторые из них.

Игнорирование эффектов загрузки происходит чаще, чем вы думаете. При использовании резистор как делитель напряжения, люди обычно предполагают отсутствие нагрузки, но в действительности к выходу может быть подключена нагрузка, которая влияет на поведение делителя напряжения. Эффект нагрузки может привести к высоким падениям напряжения.

Выбор неподходящих значений резисторов — еще одна ошибка, которую совершают люди. Некоторые часто выбирают низкие значения резисторов, что означает, что делитель напряжения может потреблять слишком большой ток, что приводит к перегреву резисторов. И наоборот, использование очень высоких значений резисторов означает, что делитель напряжения слишком чувствителен даже к небольшим изменениям входного напряжения, что делает его ненадежным.

Если вы игнорируете допуски резисторов и температурные эффекты, это может привести к неожиданным падениям напряжения или слишком большим колебаниям выходного напряжения. Людям нужно понимать, что резисторы имеют допуски, и их фактические рабочие значения могут немного отличаться от номинальных значений.

Это лишь некоторые ошибки, которые совершают люди. Уделите время изучению приложения и выбору правильных компонентов для него.

Делители напряжения против регуляторов напряжения

Мы уже знаем, как работает делитель напряжения. Это просто схема с двумя или более резисторами, последовательно соединенными через источник напряжения. Работа такой схемы заключается в том, чтобы разделить входное напряжение в соответствии с отношением резисторов, что приводит к значительному снижению выходного напряжения.

Делители напряжения применяются для смещения напряжения, сдвига уровня и преобразования сигнала.

Регулятор напряжения — это тип активной схемы, задача которой — поддерживать постоянное выходное напряжение. Это справедливо независимо от изменений тока нагрузки или входного напряжения. Вы столкнетесь с двумя основными типами регуляторов напряжения. Они включают линейные регуляторы и импульсные регуляторы.

Регуляторы напряжения применяются в источниках питания, зарядке аккумуляторов и обеспечении регулируемого напряжения для различных типов цепей.

Заключение

Делители напряжения играют ключевую роль во многих приложениях. Если вам нужно более низкое выходное напряжение, вот пример того, как это сделать. Самое лучшее в делителях напряжения — это то, насколько легко их реализовать. Как только вы узнаете, как использовать формула делителя напряжения, не должно быть сложно спроектировать делитель напряжения и реализовать его. Убедитесь, что вы избегаете ошибок, которые мы упомянули выше, чтобы иметь хороший рабочий делитель напряжения для вашего приложения.