Τι είναι το διαχωριστικό τάσης και σε τι χρησιμοποιείται
Ορισμός
Ένας διαχωριστής τάσης είναι μια συσκευή ή συσκευή που μειώνει το επίπεδο της τάσης εξόδου σε σχέση με την είσοδο, ανάλογα με τον συντελεστή μετάδοσης (θα είναι πάντα κάτω από το μηδέν). Πήρε αυτό το όνομα επειδή αντιπροσωπεύει δύο ή περισσότερα τμήματα της αλυσίδας που συνδέονται με τη σειρά.
Είναι γραμμικά και μη γραμμικά. Σε αυτήν την περίπτωση, οι πρώτοι είναι ενεργή ή αντιδραστική αντίσταση, στην οποία ο συντελεστής μετάδοσης καθορίζεται από την αναλογία Ο νόμος του Ωμ. Στα έντονα μη γραμμικά διαχωριστικά περιλαμβάνονται παραμετρικοί σταθεροποιητές τάσης. Ας δούμε πώς είναι οργανωμένη αυτή η συσκευή και γιατί είναι απαραίτητη.
Τύποι και αρχή δράσης
Αξίζει αμέσως να σημειωθεί ότι η αρχή λειτουργίας του διαχωριστή τάσης είναι γενικά η ίδια, αλλά εξαρτάται από τα στοιχεία από τα οποία συνίσταται. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι γραμμικών κυκλωμάτων:
- αντίσταση
- χωρητικό?
- επαγωγικό.
Το πιο κοινό διαχωριστικό στις αντιστάσεις, λόγω της απλότητας και της ευκολίας υπολογισμού. Στο παράδειγμά του, και λάβετε υπόψη τις βασικές πληροφορίες για αυτήν τη συσκευή.
Κάθε διαχωριστικό τάσης έχει Uinput και Uoutput εάν αποτελείται από δύο αντιστάσειςεάν υπάρχουν τρεις αντιστάσεις, τότε θα υπάρχουν δύο τάσεις εξόδου, και ούτω καθεξής. Μπορείτε να κάνετε οποιονδήποτε αριθμό σταδίων διαίρεσης.
Το Uinput είναι ίσο με την τάση τροφοδοσίας, το Uoutput εξαρτάται από την αναλογία των αντιστάσεων στους βραχίονες του διαχωριστή. Εάν εξετάσουμε ένα κύκλωμα με δύο αντιστάσεις, τότε το άνω μέρος, ή όπως ονομάζεται επίσης, ο βραχίονας απόσβεσης θα είναι R1. Ο κάτω ή ο βραχίονας εξόδου θα είναι R2.
Ας υποθέσουμε ότι έχουμε τροφοδοσία 10V, η αντίσταση R1 είναι 85 Ohms και η αντίσταση R2 είναι 15 Ohms. Πρέπει να υπολογιστεί το Uoutput.
Τότε:
U = I * R
Δεδομένου ότι συνδέονται σε σειρά, τότε:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Στη συνέχεια, εάν προσθέσετε τις εκφράσεις:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Εάν εκφράσουμε το ρεύμα από εδώ, λαμβάνουμε:
Αντικαθιστώντας την προηγούμενη έκφραση, έχουμε τον ακόλουθο τύπο:
Ας υπολογίσουμε για το παράδειγμά μας:
Ο διαχωριστής τάσης μπορεί να εκτελεστεί σε αντιδράσεις:
- στο πυκνωτές (χωρητικό);
- σε επαγωγείς (επαγωγικές).
Τότε οι υπολογισμοί θα είναι παρόμοιοι, αλλά η αντίσταση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους παρακάτω τύπους.
Για πυκνωτές:
Για επαγωγή:
Η ιδιαιτερότητα και η διαφορά αυτών των τύπων διαχωριστικών είναι ότι το αντιστατικό διαχωριστικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κυκλώματα AC και DC, και χωρητικό και επαγωγικό μόνο σε κυκλώματα AC, γιατί μόνο τότε θα αντιδράσει.
Ενδιαφέρον! Σε Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένας χωρητικός διαχωριστής θα λειτουργεί σε κυκλώματα DC, ένα καλό παράδειγμα είναι η χρήση μιας τέτοιας λύσης στο κύκλωμα εισόδου των τροφοδοτικών υπολογιστών.
Η χρήση της αντίδρασης οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη λειτουργία τους, δεν απελευθερώνεται τόσο πολύ θερμότητα όσο όταν χρησιμοποιούνται ενεργές αντιστάσεις (αντιστάσεις) σε δομές
Παραδείγματα χρήσης στο κύκλωμα
Υπάρχουν πολλά σχήματα όπου χρησιμοποιούνται διαχωριστικά τάσης. Επομένως, θα δώσουμε πολλά παραδείγματα ταυτόχρονα.
Ας υποθέσουμε ότι σχεδιάζουμε ένα στάδιο ενισχυτή σε ένα τρανζίστορ που λειτουργεί στην κατηγορία Α. Με βάση την αρχή λειτουργίας του, πρέπει να ρυθμίσουμε την τάση πόλωσης (U1) με βάση το τρανζίστορ έτσι ώστε το σημείο λειτουργίας του να βρίσκεται στο γραμμικό τμήμα του χαρακτηριστικού I - V, έτσι ώστε το ρεύμα μέσω του τρανζίστορ δεν ήταν υπερβολικό. Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να παρέχουμε ρεύμα βάσης 0,1 mA σε U1 0,6 Volts.
Τότε πρέπει να υπολογίσουμε την αντίσταση στους ώμους του διαχωριστή και αυτός είναι ο αντίστροφος υπολογισμός σε σχέση με αυτό που έχουμε δώσει παραπάνω. Πρώτα απ 'όλα, βρίσκουν το ρεύμα μέσω του διαχωριστικού. Προκειμένου το ρεύμα φορτίου να μην επηρεάζει σημαντικά την τάση στους ώμους του, ρυθμίζουμε το ρεύμα μέσω του διαχωριστή σε τάξη μεγέθους υψηλότερη από το ρεύμα φορτίου στην περίπτωσή μας 1 mA. Τροφοδοσία ας είναι 12 βολτ.
Στη συνέχεια, η συνολική αντίσταση του διαχωριστή είναι:
Rd = U παροχή / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
Ή:
R2 / (R1 + R2) = Ισχύς U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * Ισχύς U1 / U = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Ελέγξτε τους υπολογισμούς:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Volts.
Ο αντίστοιχος άνω ώμος θα σβήσει
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Volt.
Αλλά αυτός δεν είναι ο συνολικός υπολογισμός. Για έναν πλήρη υπολογισμό του διαχωριστή, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η ισχύς των αντιστάσεων ώστε να μην καούν. Σε ρεύμα 1 mA, η ισχύς θα εκχωρηθεί στο R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 watt
Και στο R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 watt
Εδώ είναι αμελητέο, αλλά φανταστείτε τι είδους δύναμη θα χρειαζόταν αντιστάσεις αν το ρεύμα διαχωριστή ήταν 100 mA ή 1 A;
Για την πρώτη περίπτωση:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 βατ
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 watt
Για τη δεύτερη περίπτωση:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 βατ
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 βατ
Αυτά είναι ήδη σημαντικά στοιχεία για τα ηλεκτρονικά, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης σε ενισχυτές. Αυτό δεν είναι αποτελεσματικό, επομένως, χρησιμοποιούνται παλμικά κυκλώματα, αν και τα γραμμικά κυκλώματα συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται είτε σε ερασιτεχνικές κατασκευές είτε σε ειδικό εξοπλισμό με ειδικές απαιτήσεις.
Το δεύτερο παράδειγμα είναι ένας διαχωριστής για τη διαμόρφωση της αναφοράς U για τη ρυθμιζόμενη δίοδο zener TL431. Χρησιμοποιούνται στα πιο φθηνά τροφοδοτικά και φορτιστές για κινητά τηλέφωνα. Το διάγραμμα σύνδεσης και οι τύποι υπολογισμού που βλέπετε παρακάτω. Με τη βοήθεια δύο αντιστάσεων, δημιουργείται ένα σημείο με αναφορά U 2,5 volt.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η σύνδεση όλων των ειδών αισθητήρων με μικροελεγκτές. Ας εξετάσουμε διάφορα σχήματα για τη σύνδεση αισθητήρων με την αναλογική είσοδο του δημοφιλούς μικροελεγκτή AVR, χρησιμοποιώντας την οικογένεια πινάκων Arduino ως παράδειγμα.
Τα όργανα μέτρησης έχουν διαφορετικά όρια μέτρησης. Μια τέτοια λειτουργία πραγματοποιείται επίσης χρησιμοποιώντας μια ομάδα αντιστάσεων.
Αλλά αυτό δεν τελειώνει το πεδίο εφαρμογής των διαχωριστικών τάσης. Με αυτόν τον τρόπο σβήνουν τα επιπλέον βολτ περιορίζοντας το ρεύμα μέσω του LED, κατανέμεται επίσης η τάση των λαμπτήρων στη γιρλάντα και μπορείτε επίσης να τροφοδοτήσετε ένα φορτίο χαμηλής ισχύος.
Μη γραμμικά διαχωριστικά
Αναφέραμε ότι τα μη γραμμικά διαχωριστικά περιλαμβάνουν έναν παραμετρικό σταθεροποιητή. Στην απλούστερη μορφή του, αποτελείται από μια αντίσταση και μια δίοδο zener. Μια δίοδος zener στο κύκλωμα είναι παρόμοια με μια συμβατική δίοδο ημιαγωγού. Η μόνη διαφορά είναι η παρουσία ενός πρόσθετου χαρακτηριστικού στην κάθοδο.
Ο υπολογισμός βασίζεται στη σταθεροποίηση της διόδου Zener. Στη συνέχεια, εάν έχουμε δίοδο zener 3,3 βολτ και τροφοδοσία 10 βολτ, τότε το ρεύμα σταθεροποίησης μεταφέρεται από το δελτίο δεδομένων στη δίοδο zener. Για παράδειγμα, αφήστε το να είναι ίσο με 20 mA (0,02 A) και το ρεύμα φορτίου 10 mA (0,01 A).
Τότε:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 Ohms
Ας δούμε πώς λειτουργεί ένας τέτοιος σταθεροποιητής. Η δίοδος zener περιλαμβάνεται στο κύκλωμα στην αντίστροφη σύνδεση, δηλαδή, εάν το Uoutput είναι χαμηλότερο από το Ustabilization, το ρεύμα δεν ρέει μέσω αυτού. Όταν η παροχή U αυξάνεται στη σταθεροποίηση U, εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ή μια σήραγγα διακοπής της διασταύρωσης PN και ένα ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσα από αυτό, το οποίο ονομάζεται ρεύμα σταθεροποίησης. Περιορίζεται από την αντίσταση R1, στην οποία καταστέλλεται η διαφορά μεταξύ της εισόδου U και της σταθεροποίησης U. Εάν ξεπεραστεί το μέγιστο ρεύμα σταθεροποίησης, εμφανίζεται θερμική διακοπή και η δίοδος zener καίγεται.
Παρεμπιπτόντως, μερικές φορές μπορείτε να εφαρμόσετε έναν σταθεροποιητή στις δίοδοι. Η τάση σταθεροποίησης τότε θα είναι ίση με την άμεση πτώση των διόδων ή το άθροισμα των σταγόνων στο κύκλωμα διόδων. Μπορείτε να ορίσετε το ρεύμα κατάλληλο για την ονομαστική τιμή των διόδων και για τις ανάγκες του κυκλώματός σας. Ωστόσο, μια τέτοια λύση χρησιμοποιείται εξαιρετικά σπάνια. Αλλά μια τέτοια συσκευή στις δίοδοι ονομάζεται καλύτερα περιοριστής, όχι σταθεροποιητής. Και μια παραλλαγή του ίδιου κυκλώματος για κυκλώματα AC. Έτσι περιορίζετε το πλάτος του μεταβλητού σήματος στο επίπεδο της άμεσης πτώσης - 0,7V.
Έτσι, καταλάβαμε τι είναι αυτός ο διαχωριστής τάσης και γιατί χρειάζεται. Παραδείγματα όπου χρησιμοποιούνται οποιαδήποτε από τις παραλλαγές των θεωρούμενων κυκλωμάτων μπορούν να δοθούν ακόμη περισσότερο, ακόμη και το ποτενσιόμετρο είναι ουσιαστικά ένας διαχωριστής με απείρως ρυθμιζόμενο συντελεστή μετάδοσης και χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με μια σταθερή αντίσταση. Σε κάθε περίπτωση, η αρχή της δράσης, της επιλογής και του υπολογισμού των στοιχείων παραμένει αμετάβλητη.
Στο τέλος, προτείνουμε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο στο οποίο θα εξετάσουμε λεπτομερέστερα πώς λειτουργεί αυτό το στοιχείο και από τι αποτελείται:
Σχετικά υλικά:
Φόρτωση ...
