Резистивный делитель: Делитель напряжения на резисторах. Формула расчета, онлайн калькулятор

Резистивный делитель напряжения. Расчет делителя напряжения на резисторах

При проектировании электрических цепей возникают случаи, когда необходимо уменьшить величину напряжения (разделить его на несколько частей) и только часть подавать на нагрузку. Для этих целей используют делители напряжения. Они основаны на втором законе Кирхгофа.

Самая простая схема — резистивный делитель напряжения. Последовательно с источником напряжения подключаются два сопротивления R1 и R2.

При последовательном подключении сопротивлений через них протекает одинаковый ток I.

В результате, согласно закону Ома, напряжения на резисторах делится пропорционально их номиналу.

Подключаем нагрузку параллельно к R1 или к R2. В результате на нагрузке будет напряжение равное UR2.

Примеры применения делителя напряжения

  1. Как делитель напряжения. Представьте, что у Вас есть лампочка, которая может работать только от 6 вольт и есть батарейка на 9 вольт. В этом случае при подключении лампочки к батарейке, лампочка сгорит. Для того, чтобы лампочка работала в номинальном режиме, напряжение 9 В необходимо разделить на 6 и 3 вольта. Данную задачу выполняют простейшие делители напряжения на резисторах.
  2. Датчик параметр — напряжение. Сопротивление резистивных элементов зависит от многих параметров, например температура. Помещаем одно из сопротивлений в среду с изменяющейся температурой. В результате при изменении температуры будет изменяться сопротивление одного из делителей напряжения. Изменяется ток через делитель. Согласно закону Ома входное напряжение перераспределяется между двумя сопротивлениями.
  3. Усилитель напряжения. Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения. Это возможно, если динамическое сопротивление одного из элементов делителя отрицательное, например на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Ограничения при использовании резистивных делителей напряжения

  • Номинал сопротивлений делителя напряжения на резисторах должен быть в 100 — 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки, подключаемой к делителю. В противном случае сопротивление нагрузки уменьшит величину разделенного делителем напряжения.
  • Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к большим потерям активной мощности. Через делитель протекают большие токи. Необходимо подбирать сопротивления, чтобы они не перегорали и могли рассеять такую величину отдаваемой энергии в окружающую среду.
  • Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы, индукционные печи.
  • Снижение КПД схемы за счет потерь на активных элементах делителя напряжения.
  • Для получения точных результатов в делителе напряжения необходимо использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

Делитель напряжения: теория и принцип действия

Делитель напряжения позволяет получить меньшее напряжение из большего, напряжение может быть как постоянным, так и переменным.

Рис. 1. Схема простейшего делителя напряжения

Простейшая схема делителя напряжения содержит минимум два сопротивления. Если величины сопротивлений одинаковы, то согласно закону Ома, на выходе делителя будет получено напряжение, в два раза меньшее, чем на входе, так как падение напряжений на резисторах будет одинаковым. Для других случаев величина падения напряжений на резисторах делителя определяется по формулам

UR1 = I*R1; UR2 = I*R2       (1)

где UR1, UR2 — падения напряжения на резисторах R1 и R2 соответственно, I — ток в цепи. В схемах делителей выходное напряжение обычно снимают с нижнего по схеме резистора.

Сумма падений напряжений UR1, UR2 на резисторах равна напряжению источника питания. Ток в цепи будет равен напряжению источника питания, делённому на сумму сопротивлений резисторов R1 и R2:

I = Uпит / (R1 + R2)       (2)

Рассмотрим практическую схему делителя постоянного напряжения (рис. 2)

Рис. 2. Делитель постоянного напряжения.

Ток, протекающий в этой схеме, согласно формуле (2) будет равен

I = 10 / (10000+40000) = 0,0002 А = 0,2 мА.

Тогда согласно формуле (1) падение напряжения на резисторах делителя напряжения будет равно:

UR1 = 0,0002*10000 = 2 В;
UR2 = 0,0002*40000 = 8 В.

Если из формулы (1) вывести ток:

I = UR1 / R1       (3)

И подставить его значение в формулу (2), то получится универсальная формула для расчёта делителя напряжения:

UR1 / R1 = Uпит / (R1 + R2)

Откуда

UR1 = Uпит * R1 / (R1 + R2)       (4)

Подставляя значения напряжения и сопротивлений в формулу (4), получим величину напряжения на резисторе R1:

UR1 = 10 * 10000 / (10000+40000) = 2 В,

и на резисторе R2:

UR2 = 10 * 40000 / (10000+40000) = 8 В.

Делитель напряжения с реактивными элементами в цепи переменного тока

В вышеприведённой схеме делителя напряжения (рис. 2) были использованы активные элементы — резисторы, и питание схемы осуществлялось постоянным напряжением (хотя схему можно питать и переменным током). Делитель напряжения может содержать так же и реактивные компоненты (конденсаторы, катушки индуктивности), но в этом случае для нормальной работы потребуется питание синусоидальным током (рис. 3).

Рис. 3. Ёмкостный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Изображённый на рисунке 3 ёмкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному делителю, но рассчитывается несколько иначе, поскольку реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально их ёмкости:

Rc = 1/(2 * π * f * C)

Здесь Rc — реактивное сопротивление конденсатора;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
C — ёмкость конденсатора, Фарад.

То есть чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше его сопротивление, и следовательно в схеме делителя напряжения на конденсаторе с большей ёмкостью падение напряжения будет меньше, чем на конденсаторе с меньшей ёмкостью. Следовательно, формула (4) для ёмкостного делителя напряжения примет следующий вид:

UС1 = Uпит * С2 / (С1 + С2)       (5)

UС1 = 10 * 40*10-9 / (10*10-9+40*10-9) = 8 В,
UС2 = 10 * 10*10-9 / (10*10-9+40*10-9) = 2 В.

Индуктивный делитель напряжения (рис. 4.) так же как и ёмкостный требует для своей работы синусоидальное питающее напряжение.

Рис. 4. Индуктивный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Поскольку реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:

RL = 2 * π * f * L

Здесь Rc — реактивное сопротивление катушки индуктивности;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
L — индуктивность катушки, Генри.

То следовательно и формула для расчёта индуктивного делителя напряжения будет точно такой же, как и формула для расчёта резистивного делителя напряжения (4), где вместо сопротивлений будут использоваться индуктивности:

UL1 = Uпит * L1 / (L1 + L2)       (6)

Подставив в эту формулу параметры элементов из рисунка 4, получим:

UL1 = 10 * 10*10-6 / (10*10-6+40*10-6) = 2 В,
UL2 = 10 * 40*10-6 / (10*10-6+40*10-6) = 8 В.

В заключении следует отметить, что во всех расчётах величина нагрузки была принята равной бесконечности, поэтому полученные значения верны при работе рассмотренных делителей на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем величина собственных сопротивлений.

BACK

Резистивный делитель онлайн. Делители напряжения и тока

При проектировании электрических цепей возникают случаи, когда необходимо уменьшить величину напряжения (разделить его на несколько частей) и только часть подавать на нагрузку. Для этих целей используют делители напряжения
. Они основаны на втором законе Кирхгофа .

Самая простая схема — резистивный делитель напряжения. Последовательно с подключаются два сопротивления R1 и R2.

При последовательном подключении сопротивлений через них протекает одинаковый ток I.

В результате, согласно закону Ома , напряжения на резисторах делится пропорционально их номиналу.

Подключаем нагрузку параллельно к R1 или к R2. В результате на нагрузке будет напряжение равное U R2 .

Примеры применения делителя напряжения

  1. Как делитель напряжения. Представьте, что у Вас есть лампочка, которая может работать только от 6 вольт и есть батарейка на 9 вольт. В этом случае при подключении лампочки к батарейке, лампочка сгорит. Для того, чтобы лампочка работала в номинальном режиме, напряжение 9 В необходимо разделить на 6 и 3 вольта. Данную задачу выполняют простейшие делители напряжения на резисторах.
  2. Датчик параметр — напряжение. Сопротивление резистивных элементов зависит от многих параметров, например температура. Помещаем одно из сопротивлений в среду с изменяющейся температурой. В результате при изменении температуры будет изменяться сопротивление одного из делителей напряжения. Изменяется ток через делитель. Согласно закону Ома входное напряжение перераспределяется между двумя сопротивлениями.
  3. Усилитель напряжения. Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения. Это возможно, если динамическое сопротивление одного из элементов делителя отрицательное, например на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Ограничения при использовании резистивных делителей напряжения

  • Номинал сопротивлений делителя напряжения на резисторах должен быть в 100 — 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки, подключаемой к делителю. В противном случае сопротивление нагрузки уменьшит величину разделенного делителем напряжения.
  • Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к большим потерям активной мощности . Через делитель протекают большие токи. Необходимо подбирать сопротивления, чтобы они не перегорали и могли рассеять такую величину отдаваемой энергии в окружающую среду.
  • Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины , нагревательные элементы, индукционные печи.
  • Снижение КПД схемы за счет потерь на активных элементах делителя напряжения.
  • Для получения точных результатов в делителе напряжения необходимо использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

Делители напряжения получили широкое распространение в электронике, потому что именно они позволяют оптимальным образом решать задачи регулировки напряжения. Существуют различные схематичные решения: от простейших, например, в некоторых настенных светильниках, до достаточно сложных, как в платах управления переключением обмоток нормализаторов сетевого напряжения.

Что такое делитель напряжения? Формулировка проста — это устройство, которое в зависимости от коэффициента передачи (настраивается отдельно) регулирует значение выходного напряжения относительно входного.

Раньше на прилавках магазинов часто можно было встретить светильник-бра, рассчитанный на две лампы. Его особенностью являлось то, что сами лампы были рассчитаны на работу с напряжением 127 Вольт. При этом вся система подключалась к бытовой электросети с 220 В и вполне успешно работала. Никаких чудес! Все дело в том, что способ соединения проводников формировал не что иное, как делитель напряжения. Вспомним основы электротехники, а именно потребителей. Как известно, при последовательном способе включения равна, а напряжение изменяется (вспоминаем закон Ома). Поэтому в примере со светильником однотипные лампы включены последовательно, что дает уменьшение питающего их напряжения в два раза (110 В). Также делитель напряжения можно встретить в устройстве, распределяющем сигнал с одной антенны на несколько телевизоров. На самом деле примеров много.

Давайте рассмотрим простейший делитель напряжения на основе двух резисторов R1 и R2. Сопротивления включены последовательно, на свободные выводы подается входное напряжение U. Из средней точки проводника, соединяющего резисторы, есть дополнительный вывод. То есть получается три конца: два — это внешние выводы (между ними полное значение напряжения U), а также средний, формирующий U1 и U2.

Выполним расчет делителя напряжения, воспользовавшись законом Ома. Так как I = U / R, то U является произведением тока на сопротивление. Соответственно, на участке с R1 напряжение составит U1, а для R2 составит U2. Ток при этом равен Учитывая закон для полной цепи, получаем, что питающее U является суммой U1+U2.

Чему же равен ток при данных условиях? Обобщая уравнения, получаем:

I = U / (R1+R2).

Отсюда можно определить значение напряжения (U exit) на выходе делителя (это может быть как U1, так и U2):

U exit = U * R2 / (R1+R2).

Для делителей на регулируемых сопротивлениях существует ряд важных особенностей, которые необходимо учитывать как на этапе расчетов, так и при эксплуатации.

Прежде всего, такие решения нельзя использовать для регулировки напряжения мощных потребителей. Например, таким способом невозможно запитать электродвигатель. Одна из причин — это номиналы самих резисторов. Сопротивления на киловатты если и существуют, то представляют собой массивные устройства, рассеивающие внушительную часть энергии в виде тепла.

Значение сопротивления подключенной нагрузки не должно быть меньше, чем схемы самого делителя, в противном случае всю систему потребуется пересчитывать. В идеальном варианте различие R делителя и R нагрузки должно быть максимально большим. Важно точно подобрать значения R1 и R2, так как завышенные номиналы повлекут за собой излишнее а заниженные будут перегреваться, затрачивая энергию на нагрев.

Рассчитывая делитель, обычно подбирают значение его тока в несколько раз (например, в 10) больше, чем ампераж подключаемой нагрузки. Далее, зная ток и напряжение, вычисляют суммарное сопротивление (R1+R2). Далее по таблицам подбирают ближайшие стандартные значения R1 и R2 (учитывая их допустимую мощность, чтобы избежать чрезмерного нагрева).

). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами
, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним
, а другое — верхним
. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах . Сопротивление может быть как активным , так и реактивным .

Резистивный делитель напряжения

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора и , подключённых к источнику напряжения . Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с Первым правилом Кирхгофа . Падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению (ток, как было установлено ранее, одинаков):

Для каждого резистора:

Разделив выражение для на выражение для в итоге получаем:
Таким образом, отношение напряжений и в точности равно отношению сопротивлений и .
Используя равенство
, в котором , а
И, выражая из него соотношение для тока:

Получим формулу, связывающую выходное () и входное () напряжение делителя:

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму . Сначала необходимо определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), потребляемого нагрузкой, но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения . Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления . Остается только взять конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда , отношение величин которых близко́ требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетной. При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления , допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов — она должна превышать выделяемую на них мощность , где — ток источника при отключенной нагрузке (в этом случае через резисторы течет максимально возможный ток) .

Применение

Делитель напряжения имеет важное значение в схемотехнике. В качестве реактивного делителя напряжения как пример можно привести простейший электрический фильтр , а в качестве нелинейного — параметрический стабилизатор напряжения .

Делители напряжения использовались как электромеханическое запоминающее устройство в АВМ . В таких устройствах запоминаемым величинам соответствуют углы поворота реостатов. Подобные устройства могут неограниченное время хранить информацию.

Усилитель напряжения

Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения — это возможно, если , а — отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода

Ограничения в применении резистивных делителей напряжения

  • Номинал сопротивлений делителя должен быть в 100 — 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки.
  • Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к возникновению больших токов в делителе. Снижается КПД схемы из-за нагрева сопротивлений.
  • Резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы.

Нормативно-техническая документация

  • ГОСТ 11282-93 (МЭК 524-75) — Резистивные делители напряжения постоянного тока

Примечания

Ссылки

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Смотреть что такое «Делитель напряжения» в других словарях:

    делитель напряжения
    — делитель напряжения Преобразующее устройство, состоящее из плеч высокого и низкого напряжения, таких, что напряжение входа прикладывается ко всему устройству, а напряжение выхода снимается с плеча низкого напряжения. [МЭС… … Справочник технического переводчика

    Большой Энциклопедический словарь

    Устройство, позволяющее снимать (использовать) только часть имеющегося постоянного или переменного напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. Используется в радио и… … Энциклопедический словарь

    делитель напряжения
    — įtampos dalytuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель напряжения, m pranc. diviseur de tension, m … Automatikos terminų žodynas

    делитель напряжения
    — įtampos dalytuvas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas nuolatinei ar kintamajai įtampai dalyti į dvi ar daugiau dalių. atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель… …

    делитель напряжения
    — įtampos dalytuvas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Įtaisas, sudarytas iš rezistorių, induktyvumo ričių, kondensatorių, transformatorių arba iš šių elementų derinio taip, kad tarp dviejų šio įtaiso taškų susidarytų… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

    делитель напряжения
    — įtampos dalytuvas statusas T sritis chemija apibrėžtis Įtaisas nuolatinei ar kintamajai įtampai dalyti į dvi ar daugiau dalių. atitikmenys: angl. potential divider; voltage divider rus. делитель напряжения … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

    делитель напряжения
    — įtampos dalytuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. voltage divider vok. Spannungsteiler, m rus. делитель напряжения, m pranc. diviseur de tension, m … Fizikos terminų žodynas

    Электротехническое устройство для деления напряжения постоянного или переменное тока на части. Любой Д. н. состоит из активных или реактивных электрических сопротивлений. Обычно Д. н. применяют для измерения напряжения. При низких… … Большая советская энциклопедия

    Электротехническое устройство, позволяющее снимать (использовать) только часть имеющегося постоянного или переменного напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. При… … Энциклопедия техники

В составе делителя напряжения для получения фиксированного значения напряжения используют резисторы. В этом случае выходное напряжение U
вых связано с входным U
вх (без учета возможного сопротивления нагрузки) следующим соотношением:

U
вых = U
вх х (R2 / R1 + R2)

Рис. 1. Делитель напряжения

Пример.
С помощью резисторного делителя нужно получить на нагрузке сопротивлением 100 кОм напряжение 1 В от источника постоянного напряжения 5 В. Требуемый коэффициент деления напряжения 1/5 = 0,2. Используем делитель, схема которого приведена на рис. 1.

Сопротивление резисторов R1 и R2 должно быть значительно меньше 100 кОм. В этом случае при расчете делителя сопротивление нагрузки можно не учитывать.

Следовательно, R2 / (R1 +R2) R2 = 0,2

R2 = 0
,2R1 +
0,2R2
.

R1 = 4R2

Поэтому можно выбрать R2 = 1 кОм, R1 — 4 кОм. Сопротивление R1
получим путем последовательного соединения стандартных резисторов 1,8 и 2,2 кОм, выполненных на основе металлической пленки с точностью ±1% (мощностью 0,25 Вт).

Следует помнить, что сам делитель потребляет ток от первичного источника (в данном случае 1 мА) и этот ток будет возрастать с уменьшением сопротивлений резисторов делителя.

Для получения заданного значения напряжения следует применять высокоточные резисторы.

Недостатком простого резисторного делителя напряжения является то, что с изменением сопротивления нагрузки выходное напряжение (U
вых) делителя изменяется. Ддя уменьшения влияния нагрузки на U
выхнеобходимо выбирать соротивление R2 по крайней мере в 10 раз меньше минимального сопротивления нагрузки.

Важно помнить о том, что с уменьшением сопротивлений резисторов R1
и R2 растет ток, потребляемый от источника входного напряжения. Обычно этот ток не должен превышать 1-10 мА.

Резисторы используются также для того, чтобы заданную долю общего тока направить в соответствующее плечо делителя. Например, в схеме на рис. 2
ток I
составляет часть общего тока I
вх, определяемую сопротивлениями резисторов Rl и R2, т.е. можно записать, что I
вых = I
вх х (R1 / R2 + R1)

Пример.
Стрелка измерительного прибора отклоняется на всю шкалу в том случае, если постоянный ток в подвижной катушке равен 1 мА. Активное сопротивление обмотки катушки составляет 100 Ом. Рассчитайте сопротивление так, чтобы стрелка прибора максимально отклонялась при входном токе 10 мА (см. рис. 3)
.

Рис. 2 Делитель тока

Рис. 3.

Коэффициент деления тока определяется соотношением:

I
вых / I
вх = 1/10 = 0,1 = R1 / R2 + R1
, R2 = 100
Ом.

Отсюда,

0,1R1 +
0,1R2 = R1

0,1R1 + 10 = R1

R1 = 10/0
,9 = 11,1 Ом

Требуемое сопротивление резистора R1 можно получить путем последовательного соединения двух стандартных резисторов сопротивлением 9,1 и 2 Ом, выполненных на основе толстопленочной технологии с точностью ±2% (0,25 Вт). Заметим еще раз, что на рис. 3 сопротивление R2 — это .

Для обеспечения хорошей точности деления токов следует использовать высокоточные (± 1 %) резисторы.

Устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи. Делитель можно представить, как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Чаще всего делитель напряжения строится из двух резисторов. Такой делитель называют резисторным. Каждый резистор в таком делителе называют плечом. Плечо соединённое с землёй называют нижним, то что соединено с плюсом — верхним. Точка соединения двух резисторов называется средним плечом или средней точкой. Если говорить совсем упрощённо, то можно представить среднее плечо, как бассейн. Делитель напряжения позволяет нам управлять двумя «шлюзами», «сливая» напряжение в землю (уменьшая сопротивление нижнего плеча) или «подливая» напряжения в бассейн (уменьшая сопротивление верхнего плеча). Таким образом, делитель может использоваться для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть.

Принципиальная схема делителя напряжения

В рассматриваемом примере на вход (Uвх) подаётся напряжение 9В. Предположим, нам нужно получить на выходе (Uвых) 5В. Каким образом расчитать резисторы для делителя напряжения?

Расчёт делителя напряжения

Многие сталкиваются с тем, что не существует формул для расчёта сопротивлений в делителе. На самом деле, такие формулы легко вывести. Но обо всё по порядку. Для наглядности, начнём расчёт с конца, т.е. расчитаем напряжение на выходе, зная номиналы резисторов.

Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков, пока к среднему плечу (Uвых) ничего не подключено. Общее сопротивление резисторов при последовательном соединении равняется сумме их сопротивлений:

Rобщ = R1 + R2 = 400 + 500 = 900 Ом

По закону Ома находим силу тока, протекающего через резисторы:

I = Uвх / Rобщ = 9В / 900 Ом = 0.01 А = 10 мА

Теперь, когда нам известен ток в нижнем плече (ток, проходящий через R2), раcчитаем напряжение в нижнем плече (Опять закон Ома):

Uвых = I * R2 = 0.01А * 500 Ом = 5В

Или упрощая цепочку вычислений:

Uвых = Uвх * (R2 / (R1+R2))

Применив немного математики и прочих знаний, сдобрив всё законом Ома, можно получить следующие формулы:

R1 = (Uвх-Uвых)/Iд+Iн

R2 = Uвых / Iд

Здесь Iд
и Iн
— ток делителя и ток нагрузки соответственно. В общем случае, не нужно даже знать, что это за токи такие. Можно просто принять их равными Iд
= 0.01 А (10 мА), а Iн
= 0. То есть рассматривать делитель без нагрузки. Это приемлемо до тех пор, пока мы используем делитель только для измерений напряжения (а во всех примерах в нашей базе знаний он именно так и используется). Тогда формулы упростятся:

R1 = (Uвх-Uвых) * 100

R2 = Uвых * 100

P.S. Это совсем не важно, но обратите внимание: 100 — это не физическая величина. После принятия условия, что Iд
у нас всегда равен 0.01 А, это просто коэффициент, получившийся при переносе 0.01 в числитель.

Проверяем:

Входящее напряжение у нас 9 вольт, хотим получить 5 вольт на выходе. Подставляем значения в формулу, получаем:

R1 = (9-5) * 100 = 400 Ом

R2 = 5 * 100 = 500 Ом

Всё сходится!

Применение делителя напряжений

В основном делитель напряжения используется там, где нужно измерить изменяющееся сопротивление. На этом принципе основано считывание значений с фоторезистора: фоторезистор включается в делитель в качестве одного плеча. Второе плечо представляет собой постоянный резистор. Аналогичным образом можно считывать показания терморезистора.

РД10

Назначение

Делитель напряжения предназначается для подключения датчиков с унифицированным выходным сигналом напряжения 0…10В к измерительным приборам, воспринимающим унифицированный сигнал напряжения 0…1В.

Делители могут быть использованы во вторичной аппаратуре систем автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, в том числе подконтрольных Ростехнадзору, а также в коммунальном хозяйстве, диспетчеризации, телемеханических информационно-измерительных комплексах и т.д

Основные технические характеристики прибора

Коэффициент деления сигнала напряжения

10:1

Входное сопротивление делителя

2,0 кОм ± 0,1%

Выходное сопротивление делителя

0,2 кОм ± 0,1%

Входной унифицированный сигнал напряжения

0 — 10 В

Выходной унифицированный сигнал напряжения

0 — 1 В

Предел основной приведенной погрешности

± 0,1%

Габаритные размеры (без учета штыревых контактов)

30×1,2×16 мм

Масса, не более

10 г

Средний срок службы, не менее

12 лет

Степень защиты

IP00

Гальваническая изоляция входных и выходных цепей

отсутствует

Делитель напряжения

Делитель напряжения — устройство, в котором входное U i n {displaystyle U_{in}} и выходное U o u t {displaystyle U_{out}} напряжение связаны коэффициентом передачи 0 ⩽ a ⩽ 1 {displaystyle 0leqslant aleqslant 1} : U o u t = a ⋅ U i n {displaystyle U_{out}=acdot U_{in}} .

Делитель напряжения можно представить как два последовательных участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним (с него обычно снимается выходное напряжение делителя), а другое — верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента a {displaystyle a} нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах. Сопротивление может быть как активным, так и реактивным, а также и вовсе нелинейным, как, например, в параметрическом стабилизаторе напряжения.

Резистивный делитель напряжения

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора R 1 {displaystyle R_{1}} и R 2 {displaystyle R_{2}} , подключённых к источнику напряжения U {displaystyle U} . Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с первым правилом Кирхгофа. Падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению (ток, как было установлено ранее, одинаков):

  U = I R {displaystyle U=IR} .

Для каждого резистора имеем:
{ U 1 = I R 1 U 2 = I R 2 . {displaystyle left{{egin{array}{l l}U_{1}=IR_{1}U_{2}=IR_{2}.end{array}} ight.}
Сложив выражения, получаем:

U 1 + U 2 = I ( R 1 + R 2 ) . {displaystyle U_{1}+U_{2}=I(R_{1}+R_{2}).}

Далее:

I = U 1 + U 2 R 1 + R 2 = U R 1 + R 2 . {displaystyle I={frac {U_{1}+U_{2}}{R_{1}+R_{2}}}={frac {U}{R_{1}+R_{2}}}.}

Из этого следует:

{ U 1 = I R 1 = U R 1 R 1 + R 2 U 2 = I R 2 = U R 2 R 1 + R 2 . {displaystyle left{{egin{array}{l l}U_{1}=IR_{1}=U{frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}U_{2}=IR_{2}=U{frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}.end{array}} ight.}

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно R 2 {displaystyle R_{2}} , можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму:

1. Определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока, потребляемого нагрузкой (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения U {displaystyle U} .

2. Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления R = R 1 + R 2 {displaystyle R=R_{1}+R_{2}} .

3. Выбрать конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда, отношение величин которых близко требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетному сопротивлению R {displaystyle R} .

При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления, допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов — она должна превышать выделяемую на них мощность.

Применение

Делитель напряжения имеет важное значение в схемотехнике. В качестве реактивного делителя напряжения как пример можно привести простейший электрический фильтр, а в качестве нелинейного — параметрический стабилизатор напряжения.

Делители напряжения использовались как электромеханическое запоминающее устройство в АВМ. В таких устройствах запоминаемым величинам соответствуют углы поворота реостатов. Подобные устройства могут неограниченное время хранить информацию.

Цепи обратной связи в усилителях

С помощью резистивного делителя напряжения в цепи обратной связи задаётся коэффициент усиления каскада на ОУ.

Простейшие электрические фильтры

RC, LC, RL-цепи, представляющие собой примеры простейших электрических фильтров, могут рассматриваться как частотно-зависимые делители напряжения, в которых в соответствующих плечах используются реактивные элементы.

Усилитель напряжения

Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения — это возможно, если | R 2 | ⩾ | R 1 | {displaystyle |R_{2}|geqslant |R_{1}|} , а R 1 {displaystyle R_{1}} — отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Параметрический стабилизатор напряжения

Делитель напряжения может использоваться для стабилизации входного напряжения — это возможно, если в качестве нижнего плеча делителя использовать стабилитрон.

Ограничения в применении резистивных делителей напряжения

Для обеспечения приемлемой точности работы делителя требуется проектировать его таким образом, чтобы величина тока, протекающего через цепи делителя, была не менее чем в 10 раз больше, нежели ток, протекающий через нагрузку. Увеличение этого соотношения до ×100, ×1000 и более при прочих равных условиях пропорционально повышает точность работы делителя. Таким же образом, вообще говоря, должны соотноситься и величины сопротивлений делителя и нагрузки. Нетрудно видеть, что идеальным (с точки зрения КПД) режимом работы делителя, является режим т.н. холостого хода, т.е. режим работы при отключенной нагрузке, когда её свойствами можно пренебречь. Увеличение тока нагрузки приводит к существенному падению КПД делителя, из-за того, что существенная часть мощности тратится на нагрев резисторов делителя. Вот почему резистивный делитель напряжения нельзя использовать для подключения мощных электрических приборов: электрические машины, нагревательные элементы. Для решения этой задачи используют другие схемотехнические решения, в частности применяют стабилизаторы напряжения. Если же не требуется большой мощности, но требуется исключительно высокая точность поддержания величины выходного напряжения, то используют разнообразные источники опорного напряжения.

Нормативно-техническая документация

  • ГОСТ 11282-93 (МЭК 524-75) — Резистивные делители напряжения постоянного тока

Делитель напряжения — Основы электроники

Делитель напряжения это цепь или схема соединения резисторов, применяемая для получения разных напряжений от одного источника питания.

Рассмотрим цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными сопротивлениями (рис. 1).

Рисунок 1. Последовательная цепь есть простейший делитель напряжения.

Согласно закону Ома если приложить к такой цепи напряжение, то падение напряжения на этих резисторах будет тоже разным.

UR1=I*R1;

UR2=I*R2.

Схема, изображенная на рисунке 1, и есть простейший делитель напряжения на резисторах. Обычно делитель напряжения изображают, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Классическая схема делителя напряжения.

Для примера разберем простейший делитель напряжения, изображенный на рисунке 2. В нем R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и на­пряжение источника питания, оно же и есть входное напряжения делителя Uвх = 30 вольт. Напряжение в точке А равно полному напряжению источника, т. е. 30 вольт. Напряжение Uвых, то есть в точке В равно напряжению на R2.Определим напряжение Uвых.

Общий ток в цепи равен:

(1)

Для нашего примера I=30 В/ (1 кОм + 2 кОм) = 0,01 А = 10 мА.

Напряжение на R2 будет равно:

(2)

Для нашего примера UR2 = 0,01 А*1000 Ом = 10 В.

Выходное напряжение можно вычислить вторым способом, подставив в выражение (2) значение тока (1), тогда получим:

(3)

UR2 = 30 В*1 кОм/(1 кОм + 2 кОм) = 10 В.

Второй способ применим для любого делителя напряжения, состоящего из двух и более резисторов, включенных последовательно. Напряжение в любой точке схемы можно вычислить с помощью калькулятора за один прием, минуя вычисление тока.

Делитель напряжения из двух последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

Если делитель напряжения состоит из двух одинаковых резисторов, то приложенное напряжение делится на них пополам.

Uвых = Uвх/2

Делитель напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

На рисунке 3 изображен делитель напряжения, состоящий из трех одинаковых резисторов сопротивлением в 1 кОм каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.

Рисунок 3. Делитель напряжения из трех резисторов.

Общее сопротивление R= R1+R2+R3 = 1 кОм + 1 кОм + 1 кОм = 3 кОм

Напряжение в точке А относительно точки Е будет равно:

Тгда Ua-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*1 кОм = 10 В.

Напряжение в точке В относительно точки Е будет равно:

Тгда Ub-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*(1 кОм + 1 кОм) = 20 В.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Резисторный делитель напряжения: расчёт-онлайн, формулы и схемы

Резисторный делитель напряжения — одна из основополагающих конструкций в электронике, без которой не обходится ни одно устройство. Подбор сопротивлений задаёт нужные режимы работы. Как правило, эта конструкция содержит два резистора. Один ставится между входом и выходом схемы. Второй резистор одним концом подключается к общему проводу, а вторым — к выходу схемы, тем самым его шунтируя. Он также играет роль нагрузки источника, подключённого ко входу.

Формула делителя напряжения

Расчёт можно осуществить, используя формулы, вытекающие из закона Ома. Можно узнать, каким будет U на выходе устройства, если известно входное, а также сопротивления обоих резисторов. Можно также решить обратную задачу, например, вычислить напряжение, которое получится на выходе при известных сопротивлениях резисторов.

Чтобы выполнить расчет резистивного делителя, необходимо:

  • Обозначить резистор, находящийся ближе ко входу делителя, как R1.
  • Обозначить резистор, находящийся ближе к выходу делителя, как R2.
  • Протекающие через резисторы токи обозначаются, как I1 и I2, а входное и выходное напряжения — UВХ и UВЫХ, соответственно.
  • Промежуточная формула примет следующий вид: UВЫХ=I2*R2.
  • Если предположить, что силы обоих токов равны, то формула для определения протекающего через схему тока станет выглядеть так: I=UВХ/R1+R2.
  • Окончательная формула принимает такой вид: UВЫХ=R2*(UВХ/R1+R2).

Из неё становится ясно, что выходное напряжение всегда будет меньше, чем входное. Оно зависит от самих резисторов. Чем больше сопротивление R1 и сила протекающего тока, тем меньше будет UВЫХ. Напротив, чем больше сопротивление R2, включённое между выходом и общим проводом, тем больше будет UВЫХ. Если упомянутое сопротивление стремится к бесконечности, то UВЫХ будет почти равным входному. Чем больше ток, который проходит по резисторам, тем меньше будет UВЫХ. Таким образом при больших токах делитель на резисторах становится малоэффективным, ввиду сильного падения напряжения.

Онлайн-калькуляторы

С их помощью можно рассчитать делитель напряжения на резисторах онлайн. Входными данными в этом случае могут являться: входное напряжение и оба сопротивления. Калькулятор «Делитель напряжения — онлайн» произведёт все необходимые операции по обозначенной формуле, и выведет значения искомых параметров. Расчет делителя напряжения на резисторах онлайн облегчает процесс разработки многих электронных схем, позволяет добиться достижения требуемых режимов и правильной работы устройств.

Разновидности делителей

Самая распространенная и характерная из них — это потенциометр. Он представляет собой стандартный переменный резистор. Внутри его находится дужка, на которую нанесен токопроводящий слой. По ней скользит контакт, делящий сопротивление на две части. Таким образом, потенциометр имеет три вывода, два из которых подключены к самому резистору, а третий — к перемещаемому движку.

Источник тока подключается к двум крайним выводам потенциометра, а UВЫХ будет сниматься с вывода движка и общего провода. По такой схеме устроены, например, регуляторы громкости и тембра звука в различной аудиоаппаратуре. При перемещении движка в крайнее нижнее положение UВЫХ станет равным нулю, а в противоположной ситуации будет равно входному. Если же перемещать движок, то напряжение будет плавно изменяться от нуля до входного.

Свойства делителей также используются при конструировании резистивных датчиков. Например, одним из их элементов может являться фоторезистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от освещённости. Есть и другие датчики, преобразующие физические воздействия в изменение сопротивления: терморезисторы, датчики давления, ускорения. Созданные на их основе делители используются совместно с аналого-цифровыми преобразователями для измерения и отслеживания самых различных величин в промышленности и быту: температуры, скорости вращения.

В качестве примера можно привести схему для определения уровня освещенности. Последняя деталь включается между выходом и общим проводом (R2 в формуле). Для расширения пределов изменения напряжения схема дополняется постоянным сопротивлением (R1 в формуле). К её выходу присоединяется микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя. Чем сильнее освещённость фоторезистора, тем ниже UВЫХ, так как он включён между выходом конструкции и «массой», шунтируя его.

Резистивные делители напряжения — электронные изделия

Какой тип вы выберете, может иметь большое влияние на производительность

ДЖЕРРИ ШВОВ
TT electronics, IRC Advanced Film Div.
Corpus Christi, TX
http://www.irctt.com

ли ваше приложение является прецизионным опорным напряжением или измерительный усилитель, счет напряжения делителей для большого процента точности резистора приложений. Резистивные делители напряжения представляют собой простые схемы, но при обсуждении их конструкции все еще возникают вопросы и заблуждения:

• Если моя система рассчитана на работу в диапазоне от –55 ° до 125 ° C, насколько мое выходное напряжение будет отличаться от идеального?

• Что происходит с выходом делителя в диапазоне температур?

• Мое выходное напряжение будет в пределах ± 0.1% от идеала, если я использую резисторы ± 0,1%, не так ли?

Выбор метода

Существует два основных способа создания резистивного делителя напряжения: путем соединения двух дискретных микросхемных резисторов в общей точке или путем использования резисторной сети с подключением внутри корпуса делителя. Какой тип вы выберете, может иметь большое влияние на производительность вашего делителя.

Простой резистивный делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных резисторов (см. Рис. 1). Входное напряжение подключено к верхней части делителя, выходное напряжение находится в узле между двумя резисторами, и опорное напряжение (обычно цепью заземления) подсоединено к нижней части делителя.

Рис. 1. Простой двухрезисторный делитель напряжения.

Делитель работает по закону Ома: V = IR. Если на вход делителя подается напряжение (VIN), через оба резистора протекает ток (I). Тогда закон Ома гласит, что на каждом из резисторов будет возникать напряжение, которое будет составлять часть входного напряжения. V1 = I (R1), VOUT = I (R2) и VIN = V1 + VOUT. Входное напряжение «делится» на два напряжения.

Передаточная функция делителя находится делением выходного напряжения на входное:

Передаточная функция показывает, что выходное напряжение зависит от входного напряжения и значений R1 и R2.В этом идеальном примере VOUT зависит от VIN точно в соотношении

.

и при всех температурах видны в действии резистивные элементы. Но резисторы не идеальны. Реальные резисторы имеют начальные допуски и температурные коэффициенты, которые могут вносить значительные ошибки в электронные системы.

Рис. 2. Делитель напряжения на дискретных микросхемах.

Как эти эффекты способствуют погрешности неидеального делителя напряжения? Давайте посмотрим, как влияет начальный допуск на выходное напряжение делителя.Если делитель напряжения состоит из двух отдельных резисторов (см. Рис. 2), ошибка вывода зависит не только от начальных допусков дискретных резисторов, но и от соотношения сторон делителя. Если R1 = R2, то максимальная погрешность выходного напряжения из-за допуска резисторов равна начальному допуску резисторов. Но как насчет того, когда R1 ≠ R2?

Рис. 3. Погрешность выхода делителя увеличивается с увеличением отношения.

Когда R1 и R2 имеют разные значения, погрешность выходного напряжения приближается к двукратному значению начального допуска резистора, как показано на рис.3. Наихудший случай для конструкции делителя напряжения возникает, когда допуск одного резистора противоположен другому. Если делитель спроектирован с резисторами с допуском ± 0,1%, погрешность выхода может достигать ± 0,2% при высоких передаточных числах делителя.

Допуск балансировки

На рис. 4 показан способ уменьшения этой двукратной погрешности допуска. Благодаря нанесению и нанесению рисунка на прецизионные тонкопленочные резисторы на единой монолитной подложке резистивные элементы имеют очень похожие электрические характеристики.Поскольку нас беспокоит «разделенное» выходное напряжение, которое зависит от отношения R1 к R2, абсолютный допуск каждого резисторного элемента не имеет значения. Приобретая тонкопленочный резисторный делитель с допуском соотношения ± 0,1%, мы гарантируем максимальную погрешность выхода ± 0,1% из-за начального допуска независимо от допуска каждого отдельного резистора — вдвое лучше, чем дискретное решение.

Рис. 4. Делитель напряжения, выполненный из тонкой пленки на монолитной подложке.

Идея использования монолитного тонкопленочного делителя напряжения не только имеет смысл для уменьшения выходной ошибки из-за эффектов допуска, но и дает аналогичные преимущества для уменьшения ошибки, связанной с температурой. Типичные прецизионные чипы имеют температурный коэффициент (TCR) ± 25 ppm / ° C. Это означает, что каждый резистор может измениться на величину до ± 0,25%, если температура резистора достигает 125 ° C (на 100 ° выше комнатной температуры). Выходное напряжение может иметь погрешность в два раза больше (или ± 0,5%), если температурные коэффициенты R1 и R2 изменяются в противоположных направлениях.

Обычные тонкопленочные делители напряжения имеют отслеживание TCR между двумя резистивными элементами с точностью ± 5 ppm / ° C. Опять же, поскольку тонкопленочные резистивные элементы наносятся и обрабатываются одинаково на монолитной подложке, они перемещаются вместе при повышении температуры. И снова, поскольку соотношение двух резисторных элементов важно для выходного напряжения, абсолютный температурный коэффициент каждого резисторного элемента не имеет значения для точности делителя. Приобретая тонкопленочный делитель со спецификацией отслеживания TCR ± 5 ppm / ° C, погрешность выходного напряжения из-за температурных эффектов уменьшается в диапазоне 100 ° C с ± 0.От 5% до ± 0,05%; десятикратное улучшение.

В таблице обобщены два подхода. При проектировании делителя напряжения с использованием дискретных резисторов 0,1% максимальная выходная погрешность из-за допуска и TCR составляет 0,7%. Максимальная ошибка вывода при использовании прецизионных тонкопленочных резисторов составляет ± 0,15% — более чем четырехкратное улучшение характеристик.

Заманчиво предположить, что выходное напряжение делителя будет в пределах допусков резисторов, выбранных для создания делителя. Дальнейшее исследование показывает, что на ожидаемое выходное напряжение влияет соотношение резисторов в делителе, а также их начальные допуски и температурные коэффициенты.

Выбрав прецизионный тонкопленочный делитель напряжения на монолитной подложке, разработчик гарантирует, что резистивные элементы в делителе имеют очень похожие электрические свойства и будут хорошо отслеживаться в зависимости от температуры и времени. Сходство материалов и обработки на общей подложке обещает более стабильный и эффективный делитель напряжения во всех соотношениях и средах. ■

Сравнение делителей напряжения
Допуск Ошибка вывода допуска TCR Ошибка вывода TCR (диапазон 100 ° C) Общая ошибка вывода
Дискретные чипы ± 0.1% абсолютно ± 0,2% ± 25 ppm / C, абсолютное ± 0,5% ± 0,7%
Разделитель монолитный ± 0,1% соотношение ± 0,1% ± 5 ppm / C отслеживание ± 0,05% ± 0,15%

Разделяй и властвуй Резистивный делитель

Резистивный делитель напряжения — базовая схема, о которой рассказывается во всех вводных.
Конечно, электроника — может вызвать проблемы при внедрении.Если вы когда-нибудь стояли перед комплектом резисторов, вбивая значения в свой
калькулятор, эта статья для вас.

Типичные комплекты не включают все значения. Итак, найдя неуловимое соотношение, для которого
оба значения обычно доступны, может быть проблемой. Маленькая таблица
описанное ниже не только предоставляет таблицу значений резистора 1%, но и делает
Это несложно, чтобы найти необходимое соотношение, используя два доступных резистора.

Большинство инженеров не знают, что 1% значений резистора логарифмически разнесены.
с шагом точно 1/96 декады.((B $ 4 + $ A5) / 96), который копируется в B5 через G20.
В наборах резисторов обычно доступны только значения, выделенные желтым цветом.
Типичный набор содержит чуть более четверти значений.

В типичном применении резистивных делителей коэффициент делителя R2 / (R1 +
R2) обеспечивает внешнюю обратную связь на регулируемый понижающий преобразователь 4 МГц (рис.
2). (Порог обратной связи на выводе FB составляет 0,6 В, а желаемый
выход 1,5 В.)

Для расчета значений R1 и R2 введите желаемое выходное напряжение регулятора.
(напряжение наверху делителя) в ячейке B3 и обратная связь регулятора
порог (напряжение в средней точке делителя) в ячейке C3.Затем электронная таблица
формула в ячейке D3: = 96 * LOG (B3 / C3-1), которая возвращает значение +16,9 шагов.
для этого примера. Этот результат представляет собой количество ступеней в 1% номинала резистора, разделяющих
R1 из R2.

Следовательно, если вы используете R2 = 100 кОм (ячейка B5), вы переместите +17 шагов
вниз по списку до R1 = 150 кОм (ячейка C6). Это был бы хороший выбор, потому что
оба резистора выделены желтым цветом (общедоступны). Очень быстро
из таблицы вы можете видеть, что R2 = 110 кОм не является хорошим
выбор для этого примера, потому что R1 = 165 кОм обычно не доступен.Вы также можете быстро найти исчерпывающий список общедоступных резисторов.
подходящие значения: 1,00: 1,50, 1,21: 1,82, 1,62: 2,43, 1,82: 2,74, 2,00: 3,01,
2,21: 3,32, 3,32: 4,99 и 4,99: 7,50. Когда количество шагов (D3) отрицательное,
R1 меньше R2. Поэтому вам следует двигаться в обратном направлении по
список значений. В любом направлении вы можете обернуть список с 9.76
до 1,00, что означает, что вы перешли к следующему десятилетию значений сопротивления.
Если вы используете резистивные делители для других целей, кроме обратной связи регулятора, вы
может пожелать переименовать ячейки B2 и C2 как «Vtop» и «Vmid» соответственно.

Таблица на Рисунке 1 доступна для
скачать в формате Microsoft Excel (DB2195XLspreadsheet.xls), а также в Pocket
Формат Excel для карманного компьютера (DB2195POCKETXLspreadsheet.PXL), отформатированный для соответствия
экран карманного компьютера с увеличением 60%, в ED Online 12236 на www.electronicdesign.com.

Вычислитель резистивного делителя

Одна из проблем с резистивными делителями — найти пару резисторов, которые дадут требуемый коэффициент деления потенциала. Эта проблема возникает из-за того, что резисторы существуют только в дискретных наборах стандартных значений в зависимости от их допуска.Эти наборы называются «серией E» и обозначаются буквой E, за которой следует количество резисторов в одной декаде. Что ж, вы, вероятно, уже знаете все это, если попали на эту страницу … В любом случае, имея только дискретные значения, нетривиально найти пары резисторов, которые дают соотношение, близкое к тому, которое вы хотите.

Введите напряжения ввода / вывода или желаемый коэффициент деления, выберите серию E, с которой вы работаете, и вы получите список из 12 лучших совпадений. Простой! Кроме того, рассчитан допуск делителя напряжения 1 , что является уникальной особенностью этого инструмента.

Примечания:

  1. Допуск коэффициента деления, который не совпадает с допуском резисторов, показан в столбце «Допуск». Вероятно, вам не следует использовать резистивные делители с коэффициентами, близкими к нулю (например, 0,01): это, скорее всего, приведет к неточным результатам. Вы можете пересмотреть свой дизайн или добавить триммер для калибровки разделителя, если вам действительно нужно очень маленькое соотношение. Например, пытаясь получить коэффициент 0.012 с резисторами 5% (E24) приведет к неопределенности в результирующем соотношении, превышающем 10%. С другой стороны, высокое отношение 0,988 приведет к гораздо меньшему допуску (~ 0,13%). Другими словами: малые отношения плохи для толерантности, большие отношения — хорошо.
  2. Требуемое соотношение, очевидно, должно быть между нулем и единицей. Не ставьте что-то под 0. Могут случиться странные вещи. Как разрушение вселенной. Или хуже. Математика мощная, будьте осторожны. Значения более 1 считаются «коэффициентами деления» и автоматически инвертируются.Входное соотношение игнорируется и пересчитывается из V в и V из , если предусмотрены два последних входа.
  3. Значения E24 можно найти с более высокой точностью, чем всего 5%. Если выбрана эта опция, то также будут использоваться значения E24, отсутствующие в выбранной серии. Это очевидно только для серии E> 24. Например: 270 Ом является частью E24, но не E96; отметка этой опции с серией E96 добавит 270 Ом (среди прочего) к списку возможных значений резистора E96.
  4. Допуски отношения не вычисляются, если используются только пользовательские значения. В сочетании с серией E пользовательские значения должны иметь тот же допуск, что и серия E. Пользовательские значения, которые являются частью выбранной серии E, будут по-прежнему выделены (голубым), как и другие пользовательские значения. Это можно использовать для выделения определенных / предпочтительных значений без фактического добавления новых пользовательских значений. При использовании пользовательских значений также будут показаны 5 лучших пар резисторов, не входящих в топ-12 и включающих хотя бы одно из ваших пользовательских значений.Это может помочь оценить, насколько пары резисторов, использующие ваши пользовательские значения, сравниваются с лучшими парами.

Случайные мысли:

  • В школе учеников обычно спрашивают: «Вычислите напряжение на выходе этой схемы, если R L = 100 кОм и R H = 150 кОм», но в реальной жизни проектировщик сталкивается с обратной проблемой: » При таком соотношении я хочу, какие резисторы я выберу? ». Это делает эту проблему — и, следовательно, этот инструмент — особенно интересным, потому что он решает реальный жизненный эквивалент тривиального вопроса, который каждый задавал в школе.А в реальной жизни проблема немного сложнее 🙂
  • Говоря о новичках: значения для R L и R H , возвращаемые этим инструментом, конечно, могут быть умножены на константу, и соотношение делителя не изменится. Это масштабирование позволит вам, например, изменить импеданс делителя в соответствии с вашими текущими потребностями.
  • Я сделал эту небольшую программу для решения проблемы с аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Это был 10-битный АЦП с выходом резистивного делителя (коэффициент 1/10).Максимальный вход для АЦП был 10В. 10 бит означают 1023 шага, поэтому младший бит результатов был близок (но не равен!) К 10 мВ (10 В / 1023 ~ 10 мВ). Чтобы он был равен 10 мВ, я хотел добавить коэффициент 1000/1023 в восходящий делитель. Поэтому вместо делителя 1/10 я теперь искал 1 / 10,23 = 0,097752. Что, как выясняется, можно получить практически точно, применив два простых резистора 3К9 и 36К.
  • Numberphile time: вы можете достичь отношения пи / 10 с точностью до 6 десятичных знаков, используя резисторы на 284 и 620 Ом (E192 с дополнительными значениями E24).Точно так же 1 / пи можно оценить с помощью 4 значащих цифр, используя резисторы на 390 и 835 Ом. Следует отметить, что эти, казалось бы, очень точные результаты не будут видны в реальной жизни из-за допусков резисторов, которые приводят к допуску ~ 0,7% в соотношении делителя (E192, 0,5%). См. Примечание 2 выше. Тем не менее, это может быть способ получить значение числа Пи в аналоговом компьютере. Или поразите своих друзей видео на YouTube.

Особая благодарность:

  • Uwe Schueler за обнаружение неправильного ограничения диапазона предложенных значений.
  • Майклу Бендзику за обнаружение нескольких ошибок и множество интересных предложений.

Микроволны101 | Резистивные разветвители мощности

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную разветвителям и разветвителям

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о резистивных ответвителях.

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с резистивным неравномерным разветвителем Криса Оуэна

Нажмите здесь, чтобы ознакомиться с резистивным неравномерным разветвителем Грега Адамса

Новое в декабре 2013 года: у нас есть информация от Энди о дополнительных степенях свободы с резистивными делителями:

Мы в TEGAM разрабатывали стенд для испытаний усилителя, и у вас была возможность заглянуть на ваш сайт в поисках входных сигналов конструкции сплиттера.Я был заинтригован подходом Адамса, но мне очень хотелось иметь возможность контролировать затухание на обоих выходных портах. После небольшого возни я придумал калькулятор конструкции разветвителя на два выходных порта, который позволяет вам установить затухание для каждого порта (в практических пределах). Вывод и калькулятор прикреплены к именам файлов «Два выхода, четыре степени резкости».

На следующем этапе нашей конструкции потребовался разветвитель с двумя равными выходами и третий выход для мониторинга с некоторым «хорошим» соотношением к другим.Это был относительно простой шаг и он обозначен как «Три выхода, четыре степени резкости».

Зайдите в нашу область загрузки и возьмите Zip-файл, содержащий эти анализы. Спасибо, Энди!

Резистивные разветвители с равным разделением по схеме звезды и треугольника

Если вам нужен неравный сплит, обратите внимание на сплиттеры Оуэна и Адамса (ссылки выше). Используйте разветвитель Owen для максимальной изоляции или разветвитель Adams для максимальной эффективности. Уай и Дельта обеспечивают равное разделение.

Резистивные делители мощности просты для понимания, их можно сделать очень компактными и, естественно, широкополосными, работающими вплоть до нулевой частоты (DC).Их недостаток заключается в том, что двусторонний резистивный разветвитель страдает 10xlog (1/2) или 3,0 · 103 дБ реальных резистивных потерь, в отличие от разветвителя без потерь, такого как гибрид. С учетом реальных потерь 3,0103 дБ и разделения мощности 3,0103 дБ чистые потери при передаче мощности, которые вы увидите от входа к одному из двух выходов, составляют 6,0206 дБ для двустороннего резистивного делителя, поэтому их часто называют делителями на 6 дБ. Копать?

Для приложений, где потери критичны, таких как сумматоры усилителей мощности, дополнительные потери резистивного разветвителя являются неприемлемым компромиссом.Но в других случаях, особенно в тестовом оборудовании, где питание находится всего в нескольких шагах от розетки, резистивные разветвители находят свое место.

Для двухканальных резистивных делителей, показанных ниже, половина мощности, протекающей через них, тратится на резисторы. Например, сигнал мощностью 1 Вт на порте 1 приведет к появлению двух сигналов мощностью в четверть ватта на портах 2 и 3 (снижение на -6 дБ). Из-за потерь в сети необходимо тщательно учитывать рассеиваемую мощность и номинальную мощность резистора. Вы можете пропустить много ватт через разделитель «без потерь», такой как крысиный бегунок или ответвитель.Но ватт может сжечь резистивный делитель. Еще один недостаток в том, что ни один из портов по-настоящему не изолирован друг от друга.

Пришло время для практического правила Microwaves101!

Изоляция резистивного разветвителя равна его вносимым потерям. Трехпортовый разветвитель 6 дБ имеет (в идеале) потери 6,02 дБ от любого порта к любому другому порту (S21 = S31 = S23).

Преимущества резистивных делителей заключаются в размере (он может быть очень маленьким, поскольку содержит только сосредоточенные элементы, а не распределенные элементы), и они могут быть чрезвычайно широкополосными.Действительно, резистивный делитель мощности — единственный разветвитель, работающий до нулевой частоты (DC). Он настолько широкополосный, что мы даже не потрудились сделать для вас график частотной характеристики!

Ниже приведены схемы двух вариантов трехпортовых резистивных разветвителей: «дельта» и «звезда». Показанные значения резистора гарантируют, что импеданс каждого порта соответствует Z 0 . Эти и многие другие схемы доступны в файле Word, который вы можете получить в нашей области загрузки, он называется Electronic_Symbols.док. Вы обнаружите, что он пригодится для создания простых блок-схем в Word, PowerPoint или Excel.

Резистивный разветвитель Delta 6 дБ

Резистивный разветвитель звезда 6 дБ

Новинка августа 2012 г .: Давайте проанализируем звезду-разветвитель. Во-первых, давайте обозначим все резисторы R1, чтобы мы могли лучше отслеживать ситуацию.

Чтобы все порты совпадали, три резистора должны быть одинаковыми, поэтому мы дали значение R1.2 / (2R 1 + 2Z 0 )

Это может быть решено довольно быстро, чтобы выявить, что Z1 = Z0 / 3, со следующим советом: сначала вычтите R 1 с обеих сторон, а затем умножьте обе стороны на 2 * (R 1 + Z 0 ). Вскоре вы обнаружите, что R 1 должен быть равен Z 0 /3, чтобы соответствовать трем портам.

Этот даже лучший метод решения для Z0 принадлежит Иоанну:

На самом деле решение даже проще, чем вы предлагаете, если вы заметите, что числитель и знаменатель имеют общий множитель (R1 + Z0)

Zin = R1 + (R1 + Z0) ^ 2 / (2 (R1 + Z0)) = R1 + (1/2) (R1 + Z0) = Z0

Z0 = (3/2) R1 + (1/2) Z0

(1/2) Z0 = 3/2 (R1)

R1 = Z0 / 3

Резистивные разветвители N-типа (равномерные)

Вы можете легко сделать резистивный делитель N-типа из разветвителя Wye.Резистор Delta становится кошмарной сетью для более чем двухстороннего разделения, он не может быть построен в двух измерениях.

Подходящие резисторы для N-портового звездообразного разветвителя находятся по формуле:

R = Z 0 x (N-1) / (N + 1)

Например, трехпозиционный разветвитель требует резисторов Z 0 /2, а четырехпозиционный разветвитель требует резисторов 3xZ 0 /5 и т. Д.

Эффективность резистивного разветвителя становится все хуже и хуже, чем больше плеч вы разделите.2, в отличие от разветвителя без потерь, который изменяется как 1 / N. Таким образом, для четырехполосного разветвителя только 1/16 мощности приходится на одну из четырех согласованных нагрузок. Пришло время для еще одного практического правила Microwaves101!

Проще говоря, резистивный разветвитель имеет двойные потери в дБ по сравнению с вносимыми потерями разветвителя без потерь. Таким образом, двухсторонний резистивный разветвитель передает мощность -6,02 дБ на каждое плечо, трехсторонний разветвитель передает -9,54 дБ, четырехсторонний передает -12,04 дБ и т.д. мощность и ничего не передавать на нагрузки!

Частичное рассеяние в резистивном делителе типа звезда

Новинка февраля 2007 года! Мы решили эту алгебраическую задачу для разветвителя Уай, вот он.2)]

Давайте свяжем все вместе. В таблице ниже показаны относительное рассеивание и выходная мощность. «Коэффициент мощности» — это мера эффективности сети, это сумма всех выходных мощностей, деленная на входную.

N PDissA PDissB или PdissC Надутый Коэффициент мощности
2 33,3% (-4,77 дБ) 8,33% (-10.79 дБ) 25% (-6,02 дБ) 50% (-3,01 дБ)
3 50% (-3,01 дБ) 5,56% (-12,55 дБ) 11,1% (-9,54 дБ) 33,3% (-4,77 дБ)
4 60% (-2,22 дБ) 3,75% (-14,26 дБ) 6,25% (-12,04 дБ) 25% (-6,02 дБ)
5 66,7% (-1,76 дБ) 2,67% (-15,74 дБ) 4% (-13.98 дБ) 20% (-6,99 дБ)
6 71,4% (-1,46 дБ) 1,98% (-17,02 дБ) 2,78% (-15,56 дБ) 16,7% (-7,78 дБ)

Частичное рассеивание в N = 2 Резистивный делитель треугольника

Мы используем дельта-разделитель только для N = 2, он не имеет смысла для разветвителей более высокого порядка, потому что становится трехмерным кошмаром.

Дробное рассеивание в делителе с N = 2 треугольником легко вычислить.Резисторы, включенные последовательно с разделенными портами, рассеивают столько же мощности, сколько и два выхода. Если последовательные резисторы помечены как «резистор A», а резистор, шунтирующий выходные порты, — «резистор B», то рассеиваемая мощность определяется по формуле:

N PDissA PDissB Надутый Коэффициент мощности
2 25% (-6,02 дБ) 0 25% (-6,02 дБ) 50% (-3.01 дБ)

Присылайте нам свои комментарии!

Расчет

, примеры и его применение

В электронике правило делителя напряжения представляет собой простую и наиболее важную электронную схему, которая используется для преобразования большого напряжения в малое. Используя только напряжение i / p и два последовательных резистора, мы можем получить напряжение o / p. Здесь выходное напряжение является частью напряжения i / p. Лучший пример делителя напряжения — два последовательно соединенных резистора.Когда напряжение i / p приложено к паре резисторов, напряжение o / p появится из соединения между ними. Как правило, эти разделители используются для уменьшения величины напряжения или для создания опорного напряжения, а также используются на низких частотах в качестве сигнала аттенюатора. Для постоянного тока и относительно низких частот делитель напряжения может быть подходящим решением, если он состоит только из резисторов; где требуется частотная характеристика в широком диапазоне.

Что такое правило делителя напряжения?

Определение: В области электроники делитель напряжения — это базовая схема, используемая для генерации части входного напряжения, например выходного.Эта схема может быть сконструирована с двумя резисторами или любыми пассивными компонентами вместе с источником напряжения. Резисторы в цепи могут быть подключены последовательно, в то время как источник напряжения подключен к этим резисторам. Эту схему еще называют делителем потенциала. Входное напряжение может передаваться между двумя резисторами в цепи, так что происходит разделение напряжения.

Когда использовать правило делителя напряжения?

Правило делителя напряжения используется для решения схем, чтобы упростить решение.Применение этого правила также может полностью решить простые схемы. Основная концепция этого правила делителя напряжения: «Напряжение делится между двумя резисторами, которые соединены последовательно, прямо пропорционально их сопротивлению. Делитель напряжения состоит из двух важных частей: схемы и уравнения.

Различные схемы делителя напряжения

Делитель напряжения включает в себя источник напряжения, подключенный к серии из двух резисторов. Вы можете увидеть различные схемы напряжения, нарисованные по-разному, как показано ниже.Но эти разные схемы всегда должны быть одинаковыми. Схема делителя напряжения

В приведенных выше схемах делителя напряжения резистор R1 находится ближе всего к входному напряжению Vin, а резистор R2 находится ближе всего к клемме заземления. Падение напряжения на резисторе R2 называется Vout, которое представляет собой разделенное напряжение цепи.

Расчет делителя напряжения

Рассмотрим следующую схему, подключенную с помощью двух резисторов R1 и R2. Где переменный резистор включен между источником напряжения.В приведенной ниже схеме R1 — это сопротивление между скользящим контактом переменной и отрицательной клеммой. R2 — это сопротивление между положительной клеммой и скользящим контактом. Это означает, что два резистора R1 и R2 включены последовательно.

Правило делителя напряжения с использованием двух резисторов

Закон Ома гласит, что V = IR

Из приведенного выше уравнения мы можем получить следующие уравнения

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Применение закона Кирхгофа

KVL утверждает, что когда алгебраическая сумма напряжений вокруг замкнутого контура в цепи равна нулю.

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0

V (t) = V1 (t) + v2 (t)

Следовательно,

V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

Следовательно,

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Подставляя III в уравнения I и II

V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R1 / R1 + R2)

V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R2 / R1 + R2)

На приведенной выше схеме показан делитель напряжения между двумя резисторами, который прямо пропорционален их сопротивлению.Это правило делителя напряжения можно распространить на схемы, в которых используется более двух резисторов.

Правило делителя напряжения с использованием трех резисторов

Правило деления напряжения для схемы с двумя резисторами

V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4

V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4

V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4

V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4

Делитель напряжения Уравнение

Уравнение правила делителя напряжения принимает, когда вы знаете три значения в приведенной выше схеме, это входное напряжение и два значения резистора.Используя следующее уравнение, мы можем найти выходное напряжение.

Vout = Vin. R2 / R1 + R2

В приведенном выше уравнении указано, что Vout (напряжение o / p) прямо пропорционально Vin (входное напряжение) и соотношению двух резисторов R1 и R2.

Резистивный делитель напряжения

Это очень легкая и простая схема для разработки и понимания. Базовый тип схемы пассивного делителя напряжения может состоять из двух последовательно соединенных резисторов. Эта схема использует правило делителя напряжения для измерения падения напряжения на каждом последовательном резисторе.Схема резистивного делителя напряжения показана ниже.

В схеме резистивного делителя два резистора, такие как R1 и R2, соединены последовательно. Таким образом, ток в этих резисторах будет одинаковым. Следовательно, он обеспечивает падение напряжения (I * R) на каждом резисторе.

Резистивный тип

С помощью источника напряжения на эту цепь подается напряжение. Применяя к этой схеме закон КВЛ и Ома, мы можем измерить падение напряжения на резисторе. Таким образом, поток тока в цепи может быть задан как

Применяя KVL

VS = VR1 + VR2

Согласно закону Ома

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

Протекание тока через последовательную цепь согласно закону Ома равно I = V / R.Таким образом, ток в обоих резисторах одинаков. Итак, теперь можно рассчитать падение напряжения на резисторе R2 в цепи

IR2 = VR2 / R2

Vs / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

Аналогично, падение напряжения на резистор R1 можно рассчитать как

IR1 = VR1 / R1

Vs / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Емкостные делители напряжения

Схема емкостного делителя напряжения генерирует падение напряжения на конденсаторы, подключенные последовательно к источнику переменного тока.Обычно они используются для снижения чрезвычайно высоких напряжений для обеспечения сигнала низкого выходного напряжения. В настоящее время эти разделители применимы в планшетах с сенсорным экраном, мобильных телефонах и устройствах отображения.

В отличие от схем резистивного делителя напряжения, емкостные делители напряжения работают с синусоидальным источником переменного тока, потому что деление напряжения между конденсаторами можно рассчитать с помощью реактивного сопротивления конденсаторов (X C ), которое зависит от частоты источника переменного тока.

емкостного типа

Формула емкостного реактивного сопротивления может быть получена как

Xc = 1 / 2πfc

Где:

Xc = емкостное реактивное сопротивление (Ом)

π = 3.142 (числовая константа)

ƒ = Частота, измеренная в Герцах (Гц)

C = Емкость, измеренная в Фарадах (Ф)

Реактивное сопротивление каждого конденсатора можно измерить по напряжению, а также по частоте источника переменного тока и заменителя их в приведенном выше уравнении, чтобы получить эквивалентное падение напряжения на каждом конденсаторе. Схема емкостного делителя напряжения показана ниже.

Используя эти конденсаторы, которые соединены последовательно, мы можем определить среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления после их подключения к источнику напряжения.

Xc1 = 1 / 2πfc1 и Xc2 = 1 / 2πfc2

X CT = X C1 + X C2

V C1 = Vs (X C1 / X CT ) 9000 CT V C2 = Vs (X C2 / X CT )

Емкостные делители не допускают ввода постоянного тока.

Простое емкостное уравнение для входа переменного тока:

Vout = (C1 / C1 + C2) .Vin

Индуктивные делители напряжения

Индуктивные делители напряжения будут создавать падение напряжения на катушках, в противном случае индукторы подключаются последовательно через источник переменного тока .Он состоит из катушки, иначе одиночной обмотки, которая разделена на две части, где бы ни поступало напряжение o / p с одной из частей.

Лучшим примером этого индуктивного делителя напряжения является автотрансформатор, имеющий несколько точек отвода с его вторичной обмоткой. Индуктивный делитель напряжения между двумя катушками индуктивности можно измерить с помощью реактивного сопротивления катушки индуктивности, обозначенной XL.

Индуктивный тип

Формула индуктивного реактивного сопротивления может быть получена как

XL = 1 / 2πfL

«XL» — это индуктивное реактивное сопротивление, измеренное в Ом (Ом)

π = 3.142 (числовая константа)

» — частота, измеренная в Герцах (Гц)

‘L’ — это индуктивность, измеренная в Генри (Г)

Реактивное сопротивление двух катушек индуктивности может быть вычислено, если нам известна частота и напряжение источника переменного тока и используйте их с помощью закона делителя напряжения, чтобы получить падение напряжения на каждой катушке индуктивности, как показано ниже. Схема индуктивного делителя напряжения показана ниже.

Используя две катушки индуктивности, которые соединены последовательно в цепи, мы можем измерить среднеквадратичные падения напряжения на каждом конденсаторе с точки зрения их реактивного сопротивления после их подключения к источнику напряжения.

X L1 = 2πfL1 & X L2 = 2πfL2

X LT = X L1 + X L2

V L1 = Vs (X X L 9015)

В L2 = Vs (X L2 / X LT )

Вход переменного тока может быть разделен индуктивными делителями в зависимости от индуктивности:

Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin

Это уравнение предназначен для катушек индуктивности, которые не взаимодействуют друг с другом, и взаимная индуктивность в автотрансформаторе изменит результаты.Вход постоянного тока может быть разделен на основе сопротивления элементов в соответствии с правилом резистивного делителя.

Примерные проблемы делителя напряжения

Примерные проблемы делителя напряжения могут быть решены с помощью вышеуказанных резистивных, емкостных и индуктивных цепей.

1). Предположим, общее сопротивление переменного резистора составляет 12 Ом. Скользящий контакт расположен в точке, где сопротивление делится на 4 Ом и 8 Ом. Переменный резистор подключен к батарее 2,5 В.Давайте посмотрим, какое напряжение появляется на вольтметре, подключенном к 4-омному участку переменного резистора.

Согласно правилу делителя напряжения, падение напряжения будет,

Vout = 2,5 В x 4 Ом / 12 Ом = 0,83 В

2). Когда два конденсатора C1-8uF и C2-20uF соединены последовательно в цепи, среднеквадратичные падения напряжения могут быть рассчитаны на каждом конденсаторе, когда они подключены к источнику RMS 80 Гц и напряжению 80 В.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3.14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 Ом

Xc2 = 1 / 2πfc2

1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 Ом

XCT = XC1 + XC2

= 248,8 + 99,52 = 348,32

VC1 = Vs (XC1 / XCT)

80 (248,8 / 348,32) = 57,142

VC2 = Vs (XC2 / XCT)

80 (99,52 / 348,32)

3). Когда две катушки индуктивности L1-8 мГн и L2-15 мГн соединены последовательно, мы можем рассчитать среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе, которое можно рассчитать, когда они подключены к источнику питания 40 В, 100 Гц.

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 Ом

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3,14x100x15x10-3

9,42 Ом

XLT = XL1 + XL2

XLT = XL1 + XL2

Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 В

VL2 = Vs (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 В

Точки отвода напряжения в сети делителя

Когда количество резисторов подключено последовательно к источнику напряжения Vs в цепи, тогда различные точки отвода напряжения можно рассматривать как A, B, C, D и E

Общее сопротивление в цепи можно рассчитать, добавив все значения сопротивления вроде 8 + 6 + 3 + 2 = 19 кОм.Это значение сопротивления ограничит ток, протекающий по цепи, которая генерирует источник напряжения (VS).

Для расчета падения напряжения на резисторах используются следующие уравнения: VR1 = VAB,

VR2 = VBC, VR3 = VCD и VR4 = VDE.

Уровни напряжения в каждой точке ответвления рассчитываются относительно клеммы GND (0 В). Следовательно, уровень напряжения в точке «D» будет эквивалентен VDE, тогда как уровень напряжения в точке «C» будет эквивалентен VCD + VDE.Здесь уровень напряжения в точке «C» — это величина двух падений напряжения на двух резисторах R3 и R4.

Итак, выбрав соответствующий набор номиналов резисторов, мы можем сделать серию падений напряжения. Эти падения напряжения будут иметь относительное значение напряжения, которое достигается только за счет напряжения. В приведенном выше примере каждое значение напряжения o / p является положительным, поскольку отрицательная клемма источника напряжения (VS) подключена к клемме заземления.

Применение делителя напряжения

Применение делителя напряжения включает следующее.

  • Делитель напряжения используется только там, где напряжение регулируется путем снижения определенного напряжения в цепи. Он в основном используется в таких системах, где энергоэффективность не обязательно должна рассматриваться всерьез.
  • В нашей повседневной жизни делитель напряжения чаще всего используется в потенциометрах. Лучшими примерами потенциометров являются ручки регулировки громкости, прикрепленные к нашим музыкальным системам, радиотранзисторам и т. Д. Базовая конструкция потенциометра включает три контакта, которые показаны выше.В этом случае два контакта подключены к резистору, который находится внутри потенциометра, а оставшийся контакт подключен к очищающему контакту, который скользит по резистору. Когда кто-то меняет ручку на потенциометре, напряжение будет появляться на стабильных контактах и ​​очищающем контакте в соответствии с правилом делителя напряжения.
  • Делители напряжения используются для регулировки уровня сигнала, для измерения напряжения и смещения активных устройств в усилителях. Мультиметр и мост Уитстона включают делители напряжения.
  • Делители напряжения можно использовать для измерения сопротивления датчика. Чтобы сформировать делитель напряжения, датчик подключается последовательно с известным сопротивлением, и известное напряжение подается на делитель. Аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера подключен к центральному отводу делителя, чтобы можно было измерить напряжение отвода. Используя известное сопротивление, можно рассчитать измеренное сопротивление датчика напряжения.
  • Делители напряжения используются для измерения датчика, напряжения, сдвига логического уровня и регулировки уровня сигнала.
  • Обычно правило резисторного делителя в основном используется для получения опорных напряжений, иначе величина напряжения уменьшается, так что измерения очень просты. Кроме того; они работают как аттенюаторы сигнала на низкой частоте.
  • Он используется в случае чрезвычайно меньшего количества частот и DC
  • Емкостный делитель напряжения, используемый при передаче энергии для компенсации емкости нагрузки и измерения высокого напряжения.

Это все касается правила разделения напряжения для цепей, это правило применимо как для источников переменного, так и для постоянного тока.Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или проектов электроники и электротехники, пожалуйста, дайте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция правила делителя напряжения?

Делители напряжения с частотной компенсацией [Analog Devices Wiki]

Цель:

Цель этой лабораторной работы — изучить проблемы емкостной нагрузки резистивных делителей напряжения и ее влияние на частотную характеристику.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. Если сконфигурировано для принудительного измерения напряжения / измерения тока, добавляется –V, как в CA- V , или когда настроено принудительное определение тока / измерения напряжения, –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Делитель или аттенюатор напряжения с частотной компенсацией представляет собой простую двухпортовую RC-цепь, обеспечивающую фиксированный коэффициент деления напряжения или затухание в широком диапазоне частот, а не только при постоянном токе. Такие сети используются там, где часть схемы, нагружающая выход делителя напряжения, является емкостной.Это особенно важно, когда сигнал имеет широкую полосу пропускания, то есть не является синусоидальным.
Простейший аттенюатор напряжения представляет собой чисто резистивный делитель напряжения с передаточной функцией: H (jω) = В 2 / В S = R 2 / (R 1 + R 2 ) где на входе В S = В 1 + В 2 , а на выходе В 2 , как на рисунке 1. Передаточная функция резистивного делителя напряжения независима. частоты, только если резисторы идеальны и любые паразитные емкости, связанные с цепью, пренебрежимо малы.

Рисунок 1, простой резисторный делитель напряжения

Проблема, наблюдаемая на высоких частотах, заключается в том, что паразитная емкость влияет на общий отклик резистивного делителя напряжения. Самый простой способ исправить эту проблему — установить конденсаторы параллельно резисторам. Рассмотрим схему делителя на рисунке 2. Конденсатор C 2 , который находится на выходе, В 2 , можно рассматривать как любую паразитную паразитную емкость на выходе делителя, которая может быть частью системы.Мы можем видеть, что эта схема, известная как делитель с частотной компенсацией, работает как резистивный делитель напряжения на постоянном токе или низких частотах и ​​как емкостной делитель напряжения на высоких частотах. Делители напряжения могут быть построены из реактивных компонентов так же, как они могут быть построены из резисторов. Также, как и в случае резисторных делителей, на коэффициент делителя емкостного делителя напряжения не влияют изменения частоты сигнала, даже если реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты.

Передаточное число делителя V 2 / V S = X C2 / (X C1 + X C2 ).Емкостное реактивное сопротивление X C пропорционально 1 / C, поэтому В 2 / В S = C 1 / (C 1 + C 2 ) аналогично формуле для резисторный делитель. Для простого случая, когда R 1 = R 2 , мы имеем коэффициент делителя 1/2 для резисторов. Чтобы иметь такое же отношение делителя 1/2 для конденсаторов C 1 = C 2 .

Рисунок 2, Делитель с частотной компенсацией

Компенсированный делитель использует компенсацию полюс-ноль для подавления нежелательной частотной зависимости, вызванной любой паразитной емкостью на выходной стороне сети.Если номиналы резистора и конденсатора отрегулированы так, что полюс и ноль H (s) накладываются друг на друга, то | H (jω) | становится независимым от частоты.

Поучительный способ узнать об условиях компенсации полюс-нуль состоит в том, чтобы записать предельные, низкочастотные и высокочастотные выражения для | H (jω) | а затем приравнять их друг к другу. В результате получается простая взаимосвязь между R 1 , R 2 , C 1 и C 2 .

Рис. 3. Показывает (а) правильную настройку, (б) при компенсации, © чрезмерную компенсацию на краях прямоугольной волны.

Эксперимент по компенсации входной емкости ALM1000

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
1 — резистор 1 МОм
1 — конденсатор, значение подлежит определению

Направления:

Возвращаясь к рисунку 2, мы можем считать, что R 2 представляет входное сопротивление 1 МОм каналов ALM1000 в режиме Hi-Z. Аналогично, C 2 можно рассматривать как представление паразитной паразитной емкости входов.Резистор и конденсатор внутри зеленого прямоугольника показаны на рисунке 4. Используйте еще 1 МОм в качестве R 1 , чтобы получить коэффициент делителя 1/2. Начните без включения C 1 , чтобы измерить влияние на частотную характеристику из-за C 2 .

Рисунок 4, Настройка делителя напряжения.

Процедура:

Установите AWG A в режим SVMI с минимальным значением 1,0 и максимальным значением 4,0. Установите Shape на Square и Frequency на 500 Гц. Установите AWG B в режим Hi-Z.В разделе «Кривые» выберите для отображения CA- V и CB- V .
Нажмите «Выполнить» и настройте горизонтальную шкалу времени так, чтобы было видно около 3 циклов. Вы должны увидеть резкую прямоугольную волну на канале A, а форма волны на каналах B должна выглядеть как красная кривая (b) на рисунке 3. Это потому, что C 1 еще не включен. Оцените постоянную времени RC и значение C 2 по форме сигнала канала B.

Откройте окно Bode Plotting. Вы можете отключить временную диаграмму, если хотите, при построении кривых частотной характеристики.Установите минимальное значение AWG A на 1,082 и максимальное значение на 3,92 (1 VRMS или 0 дБВ). Убедитесь, что форма была изменена на синусоидальную. Установите начальную частоту на 100 и конечную частоту на 20000. Выберите CH-A в качестве источника развертки. Под кривыми выберите кривые CA-dBV, CB-dBV и CA- дБ — CB- дБ для отображения. В окне БПФ лучше всего работает окно с плоским верхом. Установите количество точек развертки на 300 и одиночную развертку. Нажмите кнопку «Выполнить».

Теперь у вас должно быть соотношение усиления (затухания) к частотной характеристике для некомпенсированного делителя.Из точки -3 дБ графика усиления оцените постоянную времени RC и значение C 2 . Как эти значения соотносятся с тем, что вы рассчитали с помощью ответа во временной области?
Основываясь на ваших наилучших оценках значения C 2 , вычислите значение для C 1 , которое точно компенсирует C 2 . Полученное значение, вероятно, не будет близко к стандартному значению конденсатора. Найдите параллельную комбинацию (или последовательную комбинацию) двух или более конденсаторов, которая в сумме дает необходимое значение для C 1 .

Добавьте свою новую комбинацию C 1 через R 1 на макетной плате.

Повторите тесты во временной и частотной областях на этой новой цепи. Будет ли теперь реакция выхода делителя во временной области больше походить на синюю форму волны (a) на рисунке 3? Если нет, то почему? Сравните частотную характеристику схемы до и после добавления C 1 . Какая сейчас частота -3 дБ ?

Характеристики цепи конденсаторного делителя:

Давайте теперь посмотрим только на путь конденсаторного делителя.Отсоедините R 1 от конца C 1 и подключите его к фиксированному источнику питания 2,5 V , как показано на рисунке 5. Путь только через C 1 блокирует путь постоянного тока от канала A. Подключение R 1 на фиксированное питание 2,5 В восстанавливает уровень постоянного напряжения на входе канала B.

Рис. 5. Путь только через конденсаторный делитель.

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой версии схемы.Сравните характеристики схемы во временной и частотной области с тем, что вы получили только с R 1 и с R 1 и C 1 , подключенными параллельно (рисунок 4). Какая сейчас частота -3 дБ ? Частотная характеристика ровная, низкая или высокая? Объяснить, почему.

Использование делителя для измерения батареи 9 В:

Теперь мы будем использовать делитель напряжения для измерения напряжений, превышающих значения от 0 до +5 В , разрешенные оборудованием ALM1000.Но сначала нам нужно откалибровать смещение и усиление делителя.

Отсоедините конец R 1 , C 1 от канала A, рисунок 4, и подключите их к земле. На данный момент установите значение усиления канала B равным 2,0, что является приблизительным коэффициентом делителя. Контролируя среднее значение постоянного тока канала B, отрегулируйте значение, введенное в окне ввода смещения канала B.

Теперь снова подключите R 1 / C 1 к выходу канала A. Сигналы каналов A и B теперь должны более точно совпадать друг с другом.При необходимости слегка увеличьте или уменьшите значение усиления, чтобы плоские части верхней и нижней части прямоугольных волн располагались прямо друг над другом. Возможно, вам придется немного подправить смещение, чтобы получить идеальное выравнивание. Теперь программное обеспечение откалибровано по делителю напряжения.

Отсоедините R 1 / C 1 от канала A. Подключите отрицательную (-) клемму батареи 9 V к земле, а положительную (+) клемму к R 1 / C 1 .Среднее значение постоянного тока, считываемое каналом B, теперь должно соответствовать напряжению постоянного тока батареи 9 В . Вам нужно будет изменить вертикальный диапазон канала B на 1 V / Div и положение на 5.0, чтобы увидеть 9 вольт на сетке осциллографа.

Пробники осциллографа:

Пассивный пробник осциллографа 10X использует последовательный резистор (9 МОм) для обеспечения ослабления 10: 1, когда он используется с входным сопротивлением 1 МОм самого осциллографа. Импеданс 1 МОм является стандартным для большинства входов осциллографов. Это позволяет заменять пробники осциллографа между осциллографами разных производителей.На рисунке представлена ​​схема типичного датчика 10X. Пробники осциллографа 10X также допускают некоторую частотную компенсацию, чтобы учесть изменения входной емкости канала осциллографа. Схема конденсаторного делителя встроена в пробник, как показано на рисунке. Затем регулируемый конденсатор, подключенный к земле, можно использовать для выравнивания частотной характеристики пробника.

Вы можете найти дополнительную информацию о том, как подключить разъем BNC пробника осциллографа к вашей макетной плате или входам ALM1000: Подключите кабели BNC к модулям активного обучения

Рисунок 6, Типовая схема пробника осциллографа

Входные каналы ALM1000 имеют входное сопротивление 1 МОм, но входная емкость намного больше, чем диапазон регулировки примерно 10 пФ от до 50 пФ большинства пробников 10X.Конденсатор, подключенный параллельно резистору 9 МОм, обычно составляет 10 пФ , а параллельная комбинация входной емкости осциллографа и регулируемого компенсационного конденсатора в пробнике должна быть близка к 90 пФ . Это означает, что если стандартный пробник был подключен непосредственно ко входу ALM1000, то компенсация частотной характеристики невозможна.

Буферный усилитель с единичным усилением (AD8541 или AD8542) можно вставить между схемой пробника и входом ALM1000, как показано на рисунке 7.R 1 и C 1 замыкают цепь резистора / конденсаторного делителя 10-кратного пробника.

Рисунок 7. Вставьте буфер единичного усиления для уменьшения входной емкости.

Если резистор R 1 подключен к земле, можно измерять только положительное напряжение. Если R 1 подключен к 2,5 В , середине диапазона входного сигнала 0–5 В усилителя, вводится смещение, и можно измерять как положительное, так и отрицательное напряжение.

Для дальнейшего чтения:

Емкостной делитель напряжения
Пробники осциллографа
Создание собственных пробников осциллографа
Новая функция в ALICE добавляет компенсацию частоты входного делителя

Вернуться к содержанию лабораторной деятельности

Резисторные цепи, делитель | Сети и массивы

резистора держателя

Десятилетний делитель, одинарный, тонкопленочный делитель, сеть резисторов со сквозным отверстием 25 0.1 0,100 нет данных 100 1 Месяц
Тонкопленочный резисторный делитель на оксиде алюминия, настраиваемый пользователем 10 0.1 0,1 0505 100 50 К
Тонкопленочный резисторный делитель на оксиде алюминия, настраиваемый пользователем 10 0.1 0,1 0303 100 50 К
Тонкая пленка, 1010 Резисторный делитель с центральным отводом на оксиде алюминия 10 0.1 0,4 1010 100 1 Месяц
Десятичный делитель, однопроводные тонкопленочные резистивные сети со сквозным отверстием (стандарт) 2.5 0,03 0,1 нет данных 100 10 Месяцев
Тонкопленочный резисторный делитель цепи с центральным отводом 10 0.1 0,125 0303 25 35 К
Тонкопленочный мегомный резистор с центральным отводом и делителем сети 50 0.1 0,02 0404 200 К 10 Месяцев
Нихромовая тонкая пленка, резистивный делитель с центральным отводом, сеть 10 0.1 0,25 0303 10 1 Месяц
Тонкопленочный резисторный делитель цепи с центральным отводом 25 0.1 0,06 0303 10 1 Месяц
Тонкопленочный резисторный делитель цепи с центральным отводом 25 0.1 0,25 0303 10 1 Месяц
Тонкопленочный резисторный делитель с низким сопротивлением сопротивления 100 1.0 0,25 0303 1 9,9
Тонкопленочный резистор с центральным отводом, делитель цепи 25 0.5 0,125 0303 10 35 К
двойная квартира отсутствие разделителя тонкой пленки точности отлитого в форму свинца, поверхностной сети 25 0.1 0,1 нет данных 1 К 100
Литой, тонкопленочный резистор SOT-23, разделительная сеть для поверхностного монтажа 25 0.05 0,1 нет данных 250 100 К
Литой, шаг 50 мил, двухрядный тонкопленочный делитель, сеть резисторов для поверхностного монтажа 25 0.1 0,1 нет данных 1 К 100 К
Литой, шаг 50 мил, двухрядный тонкопленочный делитель, сеть резисторов для поверхностного монтажа 25 0.1 0,1 нет данных 2 К 50 К
Тонкопленочный резисторный делитель на кремнии, настраиваемый пользователем 25 0.1 0,25 0505 100 50 К
Тонкопленочный резисторный делитель на кремнии, настраиваемый пользователем 25 0.1 0,25 0303 100 50 К
Тонкопленочный двойной резисторный делитель на заказ, сеть 25 0.1 0,125 0303 100 500 К
Тонкопленочные резисторы с центральным отводом, разделительная сеть для высокотемпературных применений 25 0.