Dělič napětí: obvod a výpočet Amperka / Wiki

Pro získání pouze části původního napětí se používá dělič napětí. Jedná se o obvod sestavený pomocí dvojice rezistorů.

V příkladu je na vstup přivedeno standardních 9 V Ale jaké napětí bude získáno na výstupu V_out? Nebo ekvivalentní otázka: jaké napětí ukáže voltmetr?

Protékající proud R1 и R2 to samé až do výjezdu V_out nic není připojeno. A celkový odpor dvojice rezistorů v sériovém zapojení:

Tedy proud protékající odpory

Nyní, když známe proud v R2, spočítejme napětí kolem něj:

$$ V_ = I cdot R_2 = 0.01 jednotek cdot 500 jednotek = 5 jednotek $$

Nebo pokud dáte vzorec v obecném tvaru:

Pomocí několika rezistorů jsme tedy změnili vstupní napětí z 9 na 5 V. Je to snadný způsob, jak získat několik různých napětí v jednom obvodu a přitom mít pouze jeden zdroj.

Použití děliče ke čtení hodnot senzoru

Dalším použitím děliče napětí je odečítání hodnot ze senzorů. Existuje mnoho komponent, které mění svůj odpor v závislosti na vnějších podmínkách. Termistory tedy mění odpor z nuly na určitou hodnotu v závislosti na teplotě, fotorezistory mění odpor v závislosti na intenzitě světla dopadajícího na ně atd.

Pokud ve výše uvedeném diagramu nahradíme R1 nebo R2 na jednu z těchto složek, V_out se bude měnit v závislosti na vnějších podmínkách ovlivňujících senzor. Připojením tohoto výstupního napětí k analogovému vstupu Arduino můžete přijímat informace o teplotě, úrovni osvětlení a dalších parametrech prostředí.

Hodnotu výstupního napětí při určitých parametrech prostředí lze vypočítat porovnáním dokumentace pro proměnnou složku a obecného vzorce pro výpočet V_out.

Zatížení připojení

S děličem napětí není vše tak jednoduché, když je k výstupnímu připojení připojen nějaký proudový spotřebič, který se také nazývá zatížení (zatížení):

V tomto případě V_out již nelze vypočítat pouze na základě hodnot V_in, R1 и R2: zátěž sama o sobě vyvolává další pokles napětí. Nechť zátěž je něco, co spotřebuje proud 10 mA při napájení 5 V. Pak její odpor

V případě připojené zátěže by měla být spodní část děliče považována za dva paralelně zapojené odpory:

Dosazení hodnoty do obecného vzorce výpočtu V_out, dostaneme:

Jak vidíte, připojením zátěže jsme ztratili více než jeden a půl voltu napětí. A čím výraznější ztráty budou, tím vyšší bude nominální hodnota R2 ve vztahu k odporu L. K neutralizaci tohoto efektu bychom mohli použít R1 и R2 například rezistory mají 10krát menší hodnotu.

Poměr je zachován V_out se nemění:

A ztráty se sníží:

Snížení odporu sdílených rezistorů má však nevýhodu. Velké množství energie ze zdroje energie půjde do země. Včetně situace, kdy je zátěž odpojena. To je malý problém, pokud je zařízení napájeno ze sítě, ale je to iracionální plýtvání, pokud je napájeno z baterie.

Kromě toho je třeba si uvědomit, že odpory jsou navrženy pro určitý maximální výkon. V našem případě zátěž na R1 je rovný:

A to je 4-8krát vyšší než maximální výkon nejběžnějších rezistorů! Pokus o použití popsaného obvodu se sníženým výkonem a standardními odpory 0.25 nebo 0.5 W neskončí dobře. Je velmi pravděpodobné, že výsledkem bude požár.

Použitelnost

Dělič napětí vhodný pro získání požadovaného nízkého napětí v případech, kdy připojená zátěž spotřebovává malý proud (zlomky nebo jednotky miliampérů). Příkladem vhodného použití je čtení napětí z analogového vstupu mikrokontroléru, buzení báze/brány tranzistoru.

Dělič nesedí pro napájení výkonných spotřebičů, jako jsou motory nebo LED pásky.

Čím nižší jsou hodnoty zvolené pro sdílené odpory, tím více energie se plýtvá a tím vyšší je zatížení samotných odporů. Čím vyšší jsou hodnoty, tím větší je dodatečný (nežádoucí) pokles napětí způsobený samotnou zátěží.

Pokud je odběr proudu zátěže v průběhu času nerovnoměrný, V_out bude také nerovnoměrný.

Pokud není uvedeno jinak, obsah této wiki je licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International

Odvozená díla musí obsahovat odkaz na http://wiki.amperka.ru jako původní zdroj, bezprostředně před obsah práce.
Wiki běží na skvělém enginu DokuWiki.

obvod design/napěťový dělič.txt · Poslední změna: 2024. 06. 04 19:31 — knopki

Nástroje stránky

• Zobrazit zdrojový text
• Historie stránky
• Odkazy zde
• nahoře

Podívejme se, jak vypočítat téměř jakýkoli dělič napětí pomocí rezistorů. Naprostá většina elektronických součástek a mikroobvodů je napájena relativně nízkým napětím – 3…5 V. A mnoho napájecích zdrojů vyrábí U = 9 V, 12 V nebo 24 V. Pro spolehlivý a stabilní provoz různých elektronických prvků je proto nutné snížit hodnotu napětí na přijatelnou úroveň. Jinak může dojít k poruše elektronických součástek. Zvláštní pozornost by měla být věnována mikroobvodům – nejcitlivějším prvkům na zvýšené napětí.

Existuje mnoho způsobů, jak snížit stres. Volba té či oné metody závisí na konkrétní úloze, která obecně určuje účinnost celého zařízení. Budeme zvažovat nejjednodušší metodu – dělič napětí na rezistorech, který se však v praxi poměrně často používá, ale výhradně v obvodech s nízkým výkonem, což je vysvětleno níže.

<strong><em>Výpočet děliče napětí na rezistorech</em></strong>

K výrobě a výpočtu nejjednoduššího děliče napětí stačí zapojit dva odpory do série a připojit je ke zdroji energie. Toto schéma je velmi běžné a používá se ve více než 90 % případů.

Vstup obvodu má dvě svorky a výstup tři. Se stejnými hodnotami odporu R₁ и R₂ výstupní napětí U_výstup1 и U_výstup2 jsou také stejné a poloviční velikosti vstupu U_in. Navíc je to den volna U lze odstranit z kteréhokoli z rezistorů – R₁ nebo R₂. Pokud odpory nejsou stejné, pak výstup U bude na rezistoru vyšší hodnoty.

Přesný poměr U_výstup1 к U_výstup2 Pojďme to vypočítat pomocí Ohmova zákona. Rezistory spolu se zdrojem energie tvoří sériový obvod, takže protéká množství elektrického proudu R₁ и R₂ je určeno poměrem napětí napájecího zdroje U_in na součet odporů:

Je třeba poznamenat, že čím větší je součet odporů, tím nižší je proud. I se stejnou hodnotou U_in.

Dále, podle Ohmova zákona, dosazením aktuální hodnoty zjistíme U_výstup1 и U_výstup2:

Dosazením hodnoty z úplně prvního vzorce do posledních dvou vzorců zjistíme výstupní hodnotu U v závislosti na vstupu a odporech dvou rezistorů:

<em>Při použití děliče napětí s odpory musíte pochopit a zapamatovat si následující:</em>

1. 1. Účinnost takového obvodu je poměrně nízká, protože pouze část energie ze zdroje je dodávána do zátěže a zbytek energie se přeměňuje na teplo generované v rezistorech. Čím více napětí klesne, tím méně energie bude dodáváno ze zdroje energie do zátěže.
   1. Vzhledem k tomu, že zátěž je paralelně připojena k jednomu z rezistorů děliče, tedy bočník, celkový odpor obvodu klesá a dochází k redistribuci úbytků napětí. Proto musí být zatěžovací odpor mnohem větší než odpor dělicího rezistoru. V opačném případě bude obvod pracovat nestabilně a bude se odchylovat od specifikovaných parametrů.
   2. Distribuce U между R₁ и R₂ je určen pouze jejich relativními hodnotami, nikoli jejich absolutními hodnotami. V tomto případě je jedno, zdaR₁ и R₂ mají hodnotu 2 kOhm a 1 kOhm nebo 200 kOhm a 100 kOhm. S nižšími hodnotami odporu však můžete získat více energie na zátěži, ale nezapomeňte, že více energie se přemění na teplo, to znamená, že je nenávratně promrháno.

   

   

   Někdy se také používají složitější děliče napětí, sestávající z několika rezistorů zapojených do série.

   

   <strong><em>Dělič napětí na proměnném rezistoru</em></strong>

   Obvod děliče napětí využívající proměnný odpor se nazývá obvod potenciometru. Otáčením ovladače hlasitosti hudebního centra nebo autorádia plynule měníte napětí dodávané do zesilovače audio frekvence. O principu činnosti a montáži nejjednoduššího výkonového zesilovače zde již byla řeč.

   

   Při pohybu (otočení) rukojetí proměnného rezistoru shora dolů na výkresu dochází k hladké změně U z hodnoty zdroje energie na nulu.

   Ve zvukové technice se používají hlavně proměnné rezistory s logaritmickou závislostí, protože lidský sluch vnímá zvuky s touto závislostí. Pro regulaci úrovně zvuku současně na dvou kanálech se používají duální proměnné rezistory.

   

   

   Jako děliče napětí se používají variabilní odpory, které mají následující závislosti odporu na úhlu natočení rukojeti: logaritmické, lineární a exponenciální. K řešení konkrétního problému se používá specifický typ závislosti.

   

   Další články na toto téma

   Milý Dmitry, dobrý den! O elektroniku se zajímám od nuly. V této lekci (12) v obvodu se 4 odpory není zcela jasné, jak se získá napětí 9 V. A zbytek napětí vyvolává otázky. Máte někde vysvětlení, jak se to počítá? Z nějakého důvodu se mi to nesčítá ani nepočítá. Prosím o upřesnění. 04.10.2023 Odpovědět