Делитель напряжения принцип работы

Емкостных делителей напряжения выключателей

Для преобразования переменного напряжения применяется трансформатор, благодаря которому можно сохранить достаточно высокое значение тока. Если необходимо в электрическую цепь подключить нагрузку, потребляющую небольшой ток (до сотен мА), то использование трансформаторного преобразователя напряжения (U) не является целесообразным.

В этих случаях можно использовать простейший делитель напряжения (ДН), стоимость которого существенно ниже. После получения необходимой величины U выпрямляется и происходит подача питания на потребитель. При необходимости для увеличения силы тока (I) нужно использовать выходной каскад увеличения мощности. Кроме того, существуют делители и постоянного U, но эти модели применяются реже остальных.

ДН часто применяются для зарядок различных устройств, в которых нужно получить из 220 В более низкие значения U и токов для разного типа аккумуляторов. Кроме того, целесообразно использовать устройства для деления U для создания электроизмерительных приборов, компьютерной техники, а также лабораторных импульсных и обыкновенных блоков питания.

Емкостный делитель — напряжение

Принцип действия емкостного делителя напряжения ( рис. 6 — 9) заключается в следующем. [32]

Принцип действия емкостного делителя напряжения ( рис. 6 — 7) заключается в следующем. Если между проводом линии и землей включить несколько последовательно соединенных конденсаторов, то напряжение линии относительно земли ( фазное напряжение) распределится между конденсаторами обратно пропорционально их емкости. [33]

Читайте также: ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ТРИГГЕРОВ

Применяемые на выключателях емкостные делители напряжения также должны отвечать весьма высоким техническим требованиям. Прежде всего конструктивное исполнение конденсаторов должно быть таково, чтобы они выдерживали не только наибольшие напряжения, которые могут возникнуть на отдельных блоках шунтирующего резистора в процессе отключения выключателя, либо напряжения, адекватные испытательным воздействиям на выключатели данного класса напряжений; помимо этого, они должны выдерживать и наибольшие напряжения, которые могут возникнуть на одном или нескольких дуго-гасительных разрывах, контакты которых при выключении смыкаются последними. Координация изоляции выключателя должна быть такой, чтобы уровень изоляции конденсаторов соответствовал электрической прочности одного дугогасительного разрыва, находящегося в полностью отключенном положении, а эта прочность, в свою очередь, была выше напряжения перекрытия изоляции по наружной поверхности. [34]

Принцип работы

Делитель напряжения (ДН) является устройством, в котором осуществляется взаимосвязь выходного и входного U при помощи коэффициента передачи. Коэффициент передачи — отношение значений U на выходе и на входе делителя. Схема делителя напряжения проста и представляет собой цепочку из двух последовательно соединенных потребителей — радиоэлементов (резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности). По выходным характеристикам они отличаются.

У переменного тока существуют такие главные величины: напряжение, сила тока, сопротивление, индуктивность (L) и емкость (C). Формулы расчета основных величин электричества (U, I, R, C, L) при последовательном подключении потребителей:

1. Значения сопротивлений складываются;
2. Напряжения складываются;
3. Ток будет вычисляться по закону Ома для участка цепи: I = U / R;
4. Индуктивности складываются;
5. Емкость всей цепочки конденсаторов: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

Для изготовления простого резисторного ДН и используется принцип последовательно включенных резисторов. Условно схему можно разделить на 2 плеча. Первое плечо является верхним и находится между входом и нулевой точкой ДН, а второе — нижним, с него и снимается выходное U.

6-3. Емкостные делители напряжения

Кроме рассмотренных выше электромагнитных трансформаторов напряжения, все более широкое применение находят емкостные делители напряжения.

Принцип действия емкостного делителя напряжения (рис. 6-9) заключается в следующем.

Если между проводом линии электропередачи и землей включить несколько последовательно соединенных конденсаторов, то напряжение линии относительно земли (фазное напряжение) распределится между конденсаторами обратно пропорционально их емкости. Если все конденсаторы имеют одинаковую емкость, то напряжение распределится между ними поровну. Если же емкость конденсаторов различна, то на конденсаторы с меньшей емкостью придется большее напряжение, а на конденсаторы с большей емкостью — меньшее напряжение.

Обычно емкость конденсаторов выбирается таким образом, чтобы при номинальном фазном напряжении на линии Uф, напряжение на нижнем конденсаторе С3 составляло U3 = (0,05

0,1) Uф. Если к конденсатору С3 подключить первичную обмотку трансформатора напряжения ТН, то напряжение на его вторичной обмотке будет пропорционально фазному напряжению линии.

На рис. 6-10 показана принципиальная схема емкостного делителя напряжения типа НДЕ-500, которые устанавливаются на линиях электропередачи напряжением 500 кВ. Конденсатор C1 состоит из трех элементов типа

емкостью по 14 000 пФ, каждый из которых рассчитан на фазное напряжение 97 кВ. Конденсатор отбора С2 типа ОМР-15-0,107 имеет емкость 107 000 пФ и рассчитан на напряжение до 15 кВ.

Номинальное фазное напряжение в сети 500 кВ равно 290 кВ, а допустимое напряжение на три элемента конденсатора C1 составляет 3*97 = 291 кВ. Суммарная емкость трех элементов конденсатора С1 равна 14 000 : 3 = 4 660 пФ, а суммарная емкость конденсаторов С1 и С2 составляет:

Фазное напряжение линии распределится между конденсаторами следующим образом:

Обычно емкостные делители напряжения совмещаются с конденсаторами связи высокочастотной защиты.

Читайте также: Как проверить импульс мультиметром

Устройство отбора напряжения, подключаемое в точку А, состоит из следующих аппаратов: разъединителя Р для включения и отключения устройства отбора, высокочастотного заградителя ВЧЗ для запирания пути токам высокой частоты аппаратов защиты, связи и телемеханики, дросселя Д для настройки контура отбора напряжения в резонанс с конденсатором С2 и трансформатора напряжения ТН с двумя вторичными обмотками. Одна обмотка соединяется с обмотками других фаз в звезду, а вторая — в разомкнутый треугольник.

При настройке контура отбора напряжения в резонанс с конденсатором С2 напряжение на вторичных обмотках в определенных пределах не зависит от их нагрузки.

Показанный на рис. 6-10 фильтр присоединения ФП предназначен для подключения высокочастотных постов защиты.

23.4. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Номинальное напряжение первичной обмотки ТН должно соответствовать номинальному напряжению сети, в которую он включается. Если ТН включается между фазой и землей — то номинальному фазному напряжению. Номинальное вторичное напряжение ТН должно соответствовать номинальному напряжению нагрузки. Нагрузка должна быть равномерно распределена по фазам ТН. Суммарная нагрузка на фазу ТН должна быть меньше допустимой при заданных классе точности и коэффициенте мощности. Сечение проводников, соединяющих ТН с нагрузкой, должно быть таким, чтобы падение напряжения на них составляло доли процента номинального вторичного напряжения.

Электрические аппараты — Емкостные делители напряжения

23.3. ЕМКОСТНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Помимо электромагнитных ТН для понижения высокого напряжения могут быть использованы емкостные делители. Принципиальная схема подобного устройства, понижающего напряжение сети 500 кВ, приведена на рис. 23.9. Делитель Д состоит из конденсаторной батареи С1 и конденсатора С2. В чисто емкостной цепочке (цепь ТН АХХ разомкнута) напряжение U$ делится обратно пропорционально значениям емкостей. Емкость С2 на порядок больше С1, и ток цепочки определяется конденсатором С1. Емкость С2 выбирается так, чтобы напряжение на ней Uc2 находилось в пределах 4—12 кВ. Для дальнейшего понижения напряжение через реактор Р подается на ТН нормального исполнения и низкой стоимости. Нагрузка, имеющая номинальное напряжение 1-00 В, включается на вторичную обмотку этого трансформатора напряжения. Если в схеме отсутствует реактор Р, то с ростом нагрузки уменьшается входное сопротивление трансформатора напряжения и выходное напряжение начинает падать. Если реактор настроен в резонанс с емкостью С1+С2 при частоте сети / = 50 Гц, то выходное напряжение мало зависит от нагрузки.

Рис. 23.9.
Емкостный делитель
Для выявления основных свойств делителя примем, что ТН идеальный и погрешности не вносит. Если пренебречь током холостого хода трансформатора напряжения, то схема рис. 23.9 может быть преобразована в схему рис. 23.10. Трансформатор и нагрузку можно заменить сопротивлением нагрузки Z’v приведенным к первичной обмотке трансформатора напряжения.

Разновидности

Разным сопротивлением выдерживается разная нагрузка. Но при этом существуют делители, отличающиеся не только по своим основным, но и по дополнительным параметрам. Несмотря на все эти нюансы и тонкости, главным является один — электрическое сопротивление.

Резисторные

Могут использоваться и для постоянного, и для переменного тока. Резисторы предназначены для низкого напряжения. Их нельзя использовать, если речь заходит о питании мощных машин. Самый простой вариант исполнения предусматривает последовательное соединение двух резисторов.

Резисторные делители напряжения

Как рассчитать делитель напряжения на резисторах? Для этого используется первый закон Кирхгофа и положения Ома. Так, величина тока, протекающая через резисторы, будет одинаковой. И для каждого из них необходимо рассчитывать получаемое значение. Падение при этом прямо пропорциональное величинам тока и сопротивления.

Емкостные

Это устройство предусматривает, что решено подключать конденсаторы для деления. Простейшая схема также состоит из двух элементов, соединённых последовательно. Такое решение популярно, если делается многоуровневый инвертор напряжения. Без них немыслимо ни одно направление силовой электроники. Например, работа электроподвижного состава.

Расчёт значения емкостного делителя

Читайте также: Маркировка полимерных конденсаторов расшифровка. Советские керамические и пленочные конденсаторы

Расчет емкостного делителя напряжения в теории является более лёгким делом, нежели его реализация на практике. Ведь на пути стоит сложность невозможности обеспечения ситуации, когда конденсаторы разряжаются равномерно. Из-за этого, как бы не старались, не получиться добиться, чтобы напряжение распределялось поровну. Так, чем сильнее разряжен один конденсатор, тем ощутимее разница будет на другом. Ведь напряжение в этом случае определяется как результат деления заряда на емкость.

Вам это будет интересно Назначение, устройство и принцип работы АВР

Создаваемые с конденсаторами схемы работают очень нестабильно. При их создании всегда должно предусматриваться создание узлов подзарядки. Они используются для выравнивания напряжения на конденсаторах.

Индуктивные

Широко применяются в измерительных устройствах. Являются масштабными электромагнитными преобразователями. В процессе работы могут возникать погрешности. Их источник — неравенство активных сопротивления и индуктивностей из-за рассеяния разных секций обмоток, переход напряжения на коммутационные и соединительные элементы, шунтирующие взаимовоздействия обмоток, проявление емкости нагрузки и паразитных факторов. Если возникают проблемы с самого начала, вероятнее всего, проблема именно в последнем.

Индуктивные делители

Важно! Дополнительно паразитные емкости являются основной причиной возникновения частотной погрешности, что ограничивается использование индуктивных делителей напряжения на высоких частотах. Самые простейшие варианты имеют довольно много недостатков. Но использование на индуктивных делителях напряжений микропроцессоров позволяет использовать алгоритм уравновешивания.

Делитель напряжения принцип работы

Часто при проектировании электронной схемы возникает необходимость получить точку с определенным уровнем сигнала. Например, создать опорную точку или смещение напряжения, запитать маломощный потребитель, понизив его уровень и ограничить ток. Именно в таких случаях нужно использовать делитель напряжения. Что это такое и как его рассчитать мы расскажем в этой статье.

Определение

Делителем напряжения называется прибор или устройство, которое понижает уровень выходного напряжения относительно входного, пропорционально коэффициенту передачи (он будет всегда ниже нуля). Такое название он получил, потому что представляет собой два и более последовательно соединенных участка цепи.

Они бывают линейными и нелинейными. При этом первые представляют собой активное или реактивное сопротивление, в которых коэффициент передачи определяется соотношением из закона Ома. К ярко выраженным нелинейным делителям относят параметрические стабилизаторы напряжения. Давайте разберемся как устроен это прибор и зачем он нужен.

Виды и принцип действия

Сразу стоит отметить, что принцип работы делителя напряжения в общем одинаков, но зависит от элементов, из которых он состоит. Различают три основных вида линейных схем:

• резистивные;
• емкостные;
• индуктивные.

Наиболее распространен делитель на резисторах, из-за своей простоты и легкости расчетов. На его примере и рассмотрим основные сведения об этом устройстве.

У любого делителя напряжения есть Uвходное и Uвыходное, если он состоит из двух резисторов, если резисторов три, то выходных напряжений будет два, и так далее. Можно сделать любое количество ступеней деления.

Uвходное равно напряжению питания, Uвыходное зависит от соотношения резисторов в плечах делителя. Если рассматривать схему на двух резисторах, то верхним, или как его еще называют, гасящим плечом будет R1. Нижним или выходным плечом будет R2.

Допустим у нас Uпитания 10В, сопротивление R1 — 85 Ом, а сопротивление R2 — 15 Ом. Нужно рассчитать Uвыходное.

U=I*R

Так как они соединены последовательно, то:

U1=I*R1

U2=I*R2

Тогда если сложить выражения:

U1+U2=I(R1+R2)

Если выразить отсюда ток, получится:

Подставив предыдущее выражение, имеем следующую формулу:

Посчитаем для нашего примера:

Делитель напряжения может быть выполнен и на реактивных сопротивлениях:

• на конденсаторах (емкостной);
• на катушках индуктивности (индуктивный).

Тогда расчеты будут аналогичны, но сопротивления рассчитывают по нижеприведенным формулам.

Особенностью и различием этих видов делителей является то, что резистивный делитель может использоваться в цепях переменного и в цепях постоянного тока, а емкостной и индуктивный только в цепях переменного тока, потому что только тогда будет работать их реактивное сопротивление.

Интересно! В некоторых случаях емкостной делитель будет работать в цепях постоянного тока, хорошим примером является использование такого решения во входной цепи компьютерных блоков питания.

Использование реактивного сопротивления обусловлено тем, что при их работе не выделяется такого количества тепла, как при использовании в конструкциях активных сопротивлений (резисторов)

Примеры использования в схеме

Есть масса схем, где используются делители напряжения. Поэтому мы приведем сразу несколько примеров.

Допустим мы проектируем усилительный каскад, на транзисторе, который работает в классе А. Исходя из его принципа действия, нам нужно задать на базе транзистора такое напряжение смещения (U1), чтобы его рабочая точка была на линейном отрезке ВАХ, при этом чтобы ток через транзистор не был чрезмерным. Допустим нам нужно обеспечить ток базы в 0,1 мА при U1 в 0,6 Вольта.

Тогда нам нужно рассчитать сопротивления в плечах делителя, а это обратный расчет относительно того, что мы привели выше. В первую очередь находят ток через делитель. Чтобы ток нагрузки не сильно влиял на напряжения на его плечах, зададим ток через делитель на порядок выше тока нагрузки в нашем случае 1 мА. Uпитания пусть будет 12 Вольт.

Тогда общее сопротивление делителя равняется:

Соответственное верхнее плече погасит

Но это еще не весь расчет. Для полного расчета делителя нужно определить и мощность резисторов, чтобы они не сгорели. При токе 1 мА на R1 выделится мощность:

Здесь она ничтожно мала, но представьте какой мощности нужны были бы резисторы, если бы ток делителя составлял 100 мА или 1 А?

Для первого случая:

Для второго случая:

Что уже немалые для электроники цифры, в том числе и для использования в усилителях. Это не эффективно, поэтому в настоящее время используют импульсные схемы, хотя и линейные продолжают использоваться либо в любительских конструкциях, либо в специфичном оборудовании с особыми требованиями.

Второй пример – это делитель для формирования Uопорного для регулируемого стабилитрона TL431. Они применяются в большинстве недорогих блоков питания и зарядных устройств для мобильных телефонов. Схема подключения и расчетные формулы вы видите ниже. С помощью двух резисторов здесь создается точка с Uопорным в 2.5 вольта.

Еще один пример — это подключение всевозможных датчиков к микроконтроллерам. Рассмотрим несколько схем подключения датчиков к аналоговому входу популярного микроконтроллера AVR, на примере семейства плат Arduino.

В измерительных приборах есть разные пределы измерения. Такая функция реализуется также с помощью группы резисторов.

Но на этом область применения делителей напряжения не заканчивается. Именно таким образом гасятся лишние вольты при ограничении тока через светодиод, также распределяется напряжение на лампочках в гирлянде, и также вы можете запитать маломощную нагрузку.

Нелинейные делители

Мы упомянули, что к нелинейным делителям относится параметрический стабилизатор. В простейшем виде он состоит из резистора и стабилитрона. У стабилитрона условное обозначение на схеме похоже на обычный полупроводниковый диод. Разница лишь в наличии дополнительной черты на катоде.

Расчет происходит, отталкиваясь от Uстабилизации стабилитрона. Тогда если у нас есть стабилитрон на 3.3 вольта, а Uпитания равно 10 вольт, то ток стабилизации берут из даташита на стабилитрон. Например, пусть он будет равен 20 мА (0.02 А), а ток нагрузки 10 мА (0.01 А).

Разберемся как работает такой стабилизатор. Стабилитрон включается в цепь в обратном включении, то есть если Uвыходное ниже Uстабилизации – ток через него не протекает. Когда Uпитания повышается до Uстабилизации, происходит лавинный или туннельный пробой PN-перехода и через него начинает протекать ток, который называется током стабилизации. Он ограничен резистором R1, на котором гасится разница между Uвходным и Uстабилизации. При превышении максимального тока стабилизации происходит тепловой пробой и стабилитрон сгорает.

Кстати иногда можно реализовать стабилизатор на диодах. Напряжение стабилизации тогда будет равно прямому падению диодов или сумме падений цепи диодов. Ток задаете подходящий под номинал диодов и под нужды вашей схемы. Тем не менее такое решение используется крайне редко. Но такое устройство на диодах лучше назвать ограничителем, а не стабилизатором. И вариант такой же схемы для цепей переменного тока. Так вы ограничите амплитуду переменного сигнала на уровне прямого падения — 0,7В.

Вот мы и разобрались что это такое делитель напряжения и для чего он нужен. Примеров, где применяется любой из вариантов рассмотренных схем можно привести еще больше, даже потенциометр в сущности является делителем с плавной регулировкой коэффициента передачи, и часто используется в паре с постоянным резистором. В любом случае принцип действия, подбора и расчетов элементов остается неизменным.

Напоследок рекомендуем посмотреть видео, на котором более подробно рассматривается, как работает данный элемент и из чего состоит:

Материалы по теме:

• Способы понижения напряжения
• Что такое активная, реактивная и полная мощность
• Как работает реле напряжения

Делитель напряжения: устройство, принцип работы, назначение

Делитель напряжения — это устройство или устройство, которое понижает уровень выходного напряжения относительно входного напряжения пропорционально коэффициенту передачи (он всегда будет меньше нуля). Он получил такое название, потому что представляет собой два или более последовательно соединенных участка цепи.

Они бывают линейными и нелинейными. В данном случае первые являются активными или реактивными сопротивлениями, в которых коэффициент передачи определяется соотношением закона Ома. К ярко выраженным нелинейным делителям относятся параметрические стабилизаторы напряжения. Посмотрим, как работает это устройство и зачем оно нужно.

Зачем он нам нужен?

Во многих проектах нам иногда нужно разделить напряжение. Одна из самых простых форм — делитель напряжения. Обычно это два последовательно включенных резистора. Входное напряжение «Vin» проходит через резисторы «R1» и «R2» и идет на землю. Разделенное напряжение берется между подключением резисторов «R1» и «R2». Это напряжение зависит от номиналов резисторов «R1» и «R2» и от входного напряжения «Vin».

Википедия: «Делитель напряжения — это конфигурация электрической цепи, которая делит напряжение источника на несколько последовательно соединенных резисторов.

Пример: мы используем делитель напряжения в моем проекте Arduino Multimeter. Нам это нужно, потому что максимальное напряжение, которое мы можем передать на вход Arduino, составляет 5 вольт. Например, если мы хотим измерить 40 вольт, мы не можем подключить 40 вольт напрямую к аналоговому входу Arduino, поэтому мы должны снизить напряжение. Вот почему мы используем делитель напряжения. В этом примере, чтобы подключить 40 вольт к Arduino, нам нужно выбрать резисторы «R1» и «R2» так, чтобы выход «Vout» не превышал 5 вольт. Мы можем использовать этот калькулятор делителя напряжения для расчета значений сопротивления. Нам нужно ввести входное напряжение «Vin» и значения резисторов, и мы увидим выходное напряжение «Vout». Изменяя номиналы резисторов, мы можем получить необходимое нам выходное напряжение «Vout». В случае с ардуино «Vout» не должен превышать 5 вольт.

Назначение и применение

Для преобразования переменного напряжения используется трансформатор, благодаря которому можно поддерживать достаточно высокое значение тока. Если необходимо подключить к электрической цепи нагрузку, потребляющую небольшой ток (до сотен мА), можно использовать преобразователь трансформатора напряжения (U.

В таких случаях можно использовать более простой делитель напряжения (ДН), стоимость которого значительно ниже. После получения необходимого значения U его распрямляют и подают питание потребителю. При необходимости, выходной каскад Power Boost должен использоваться для увеличения тока (I). Кроме того, есть делители и постоянная U, но эти модели используются реже других.

DN часто используются для зарядки различных устройств, где необходимо добиться более низких значений U и токов 220 В для разных типов батарей. Кроме того, устройства подразделения U целесообразно использовать для создания электроизмерительных приборов, компьютерной техники, а также лабораторных импульсных и обычных источников питания.

Виды и принцип действия

Сразу стоит отметить, что принцип работы делителя напряжения в целом одинаковый, но зависит от элементов, из которых он состоит. Есть три основных типа линейных цепей:

• резистивный;
• емкостный;
• индуктивный.

Самый распространенный делитель на резисторах, благодаря простоте и удобству расчета. На его примере рассмотрим основную информацию об этом устройстве.

У любого делителя напряжения есть Uinput и Uoutput, если он состоит из двух резисторов, если резисторов три, то будет два выходных напряжения и так далее. Может быть выполнено любое количество шагов разделения.

Uвход равен напряжению питания, Uвыход зависит от соотношения резисторов в плечах делителя. Если рассматривать схему с двумя резисторами, верхним демпфирующим плечом, или как его еще называют, будет R1. Нижнее или выходное плечо будет R2.

Допустим, у нас есть блок питания 10В, сопротивление R1 — 85 Ом, а сопротивление R2 — 15 Ом. Необходимо рассчитать выход.

Поскольку они соединены последовательно, поэтому:

Итак, если вы добавите выражения:

U1 + U2 = I (R1 + R2)

Если выразить ток отсюда, мы получим:

Подставляя предыдущее выражение, получаем следующую формулу:

Посчитаем для нашего примера:

Делитель напряжения также может быть изготовлен на реакторах:

• на конденсаторах (емкостных);
• на индукторах (индуктивная).

Тогда расчеты будут аналогичными, но сопротивления рассчитываются по следующим формулам.

Особенностью и отличием этих типов делителей является то, что резистивный делитель можно использовать в цепях переменного и постоянного тока, а емкостной и индуктивный — только в цепях переменного тока, потому что только тогда сработает их реактивное сопротивление.

Интересно! В некоторых случаях емкостной делитель будет работать в цепях постоянного тока, хорошим примером является использование такого решения во входной цепи компьютерных блоков питания.

Использование реактивного сопротивления связано с тем, что при работе они не выделяют такое количество тепла, как при использовании в конструкциях активных резисторов (резисторов

Преимущества и недостатки

Основными недостатками резистивного ДН являются невозможность использования его в высокочастотных цепях, значительное падение напряжения на резисторах и снижение мощности. В некоторых схемах необходимо подбирать мощность резисторов, так как наблюдается значительный нагрев.

В большинстве случаев в цепях переменного тока используются DN с активной (резистивной) нагрузкой, но с использованием компенсирующих конденсаторов, подключенных параллельно каждому из резисторов. Такой подход снижает тепловыделение, но не устраняет основной недостаток потери мощности. Преимущество — использование в цепях постоянного тока.

Чтобы исключить потери мощности на резистивном ДН, активные элементы (резисторы) следует заменить на емкостные. Емкостной элемент по сравнению с резистивным ДН имеет ряд преимуществ:

1. используется в цепях переменного тока;
2. Нет перегрева;
3. Снижаются потери мощности, так как конденсатор не имеет мощности, в отличие от резистора;
4. возможно применение в высоковольтных источниках питания;
5. Высокий КПД (COP);
6. Незначительные потери I.

Недостатком является невозможность использования в схемах с постоянным U. Это связано с тем, что конденсатор в цепях постоянного тока не имеет емкостного сопротивления, а действует только как емкость.

Индуктивный ДН в цепях с переменной составляющей также имеет ряд преимуществ, но может применяться и в цепях с постоянным значением U. Катушка индуктивности имеет сопротивление, но из-за индуктивности этот вариант не подходит, так как он не является значительным падением U. Основные преимущества резистивного типа перед ДН:

1. Применение в сетях с переменным U;
2. Незначительный нагрев элементов;
3. В цепях переменного тока меньше потерь мощности;
4. Относительно высокий КПД (выше емкостного);
5. Использование в высокоточном измерительном оборудовании;
6. В нем меньше ошибок;
7. Нагрузка, подключенная к выходу делителя, не влияет на коэффициент деления;
8. Потери тока меньше, чем у емкостных делителей.

К недостаткам можно отнести следующее:

1. Применение в сетях постоянного тока приводит к значительным потерям тока. Кроме того, напряжение резко падает из-за расхода электроэнергии на индуктивность.
2. Выходной сигнал изменяется в соответствии с частотными характеристиками (без использования мостового выпрямителя и фильтра.
3. Не применяется в цепях переменного тока высокого напряжения.

Примеры использования в схеме

Существует множество схем, в которых используются делители напряжения. Поэтому мы приведем сразу несколько примеров.

Предположим, мы проектируем усилительный каскад на транзисторе, работающем в классе A. В соответствии с принципом его работы мы должны установить такое напряжение смещения (U1) на основе транзистора так, чтобы его рабочая точка была линейным сегментом I — V характеристика, при этом ток через транзистор не был чрезмерным. Допустим, нам нужно обеспечить базовый ток 0,1 мА при U1 0,6 Вольт.

Итак, нам нужно рассчитать сопротивление в плечах делителя, и это обратный расчет тому, что мы дали выше. Прежде всего найдите ток через делитель. Чтобы ток нагрузки не сильно влиял на напряжение на ее плечах, выставляем ток на делителе на порядок выше, чем ток нагрузки в нашем случае, 1 мА. Пусть блок питания будет 12 Вольт.

Тогда полное сопротивление делителя будет равно:

Rd = Мощность / I = 12 / 0,001 = 12000 Ом

R2 / (R1 + R2) = U2 / мощность

R2 = (R1 + R2) * U1 / U мощность = 12000 * 0,6 / 12 = 600

R1 = 12000-600 = 11400

U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Вольт.

Соответствующее верхнее плечо выключится

U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Вольт.

Но это еще не весь расчет. Для полного расчета делителя необходимо определить мощность резисторов, чтобы они не сгорели. При токе 1 мА на R1 будет выпущено питание:

P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 Вт

P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 Вт

Здесь это ничтожно мало, но представьте, сколько мощности потребовалось бы резисторам, если бы ток делителя был 100 мА или 1 А?

Для первого случая:

P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 Вт

P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 Вт

Для второго случая:

P1 = 11,4 * 1 = 11,4 Вт

P2 = 0,6 * 1 = 0,6 Вт

Это уже немалые цифры для электроники, даже для использования в усилителях. Это неэффективно, поэтому в настоящее время используются импульсные схемы, хотя линейные продолжают использоваться как в любительских проектах, так и в специальном оборудовании с особыми требованиями.

Второй пример — делитель для формирования Uref регулируемого стабилитрона TL431. Они используются в более дешевых блоках питания и зарядных устройствах для мобильных телефонов. Ниже вы можете увидеть схему подключения и формулы расчета. С помощью двух резисторов здесь создается точка с Uref 2,5 вольт.

Другой пример — подключение к микроконтроллерам всевозможных датчиков. Рассмотрим различные схемы подключения датчиков к аналоговому входу популярного микроконтроллера AVR на примере плат семейства Arduino.

Измерительные приборы имеют разные диапазоны измерения. Эта функция также выполняется с помощью группы резисторов.

Но на этом сфера применения делителей напряжения не заканчивается. Так гаснут лишние вольты при ограничении тока через светодиод, напряжение также распределяется между лампочками в гирлянде, а еще можно запитать маломощную нагрузку.

Как работает делитель напряжения на практике

Итак, у нас есть эти два резистора и наш любимый мультиметр:

Замеряем сопротивление маленького резистора R1 = 109,7 Ом.

Замеряем сопротивление большого резистора R2 = 52,8 Ом.

Ставим на блок питания ровно 10 вольт. Измеряем напряжение мультиметром.

Цепляем блок питания на эти два резистора, впаянных последовательно. Напомню, что на колодке ровно 10 вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. В будущем мы также будем измерять силу тока с помощью мультиметра.

Мы измеряем падение напряжения на большом резисторе номиналом 52,8 Ом. Мультиметр показал 3,21 вольт.

Измеряем напряжение на небольшом резисторе 109,7 Ом. На него падает напряжение 6,77 вольт.

Ну, с математикой, думаю, у всех все в порядке. Сложите эти два значения напряжения. 3,21 + 6,77 = 9,98 Вольт. А что случилось с 0,02 вольта? Удаляем погрешность щупов и средств измерений. Вот хороший пример того, как нам удалось разделить напряжение на два разных напряжения. Опять же, мы проверили, что сумма падений напряжения на каждом резисторе равна напряжению питания, приложенному к этой цепи.

Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов

Убедимся, что сила тока при последовательном включении резисторов везде одинакова. Как измерить силу тока постоянного напряжения я писал здесь. Как видите, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цикла, в середине цикла и даже в конце цикла. Где бы мы ни разорвали нашу цепь, везде одинаковое значение силы тока.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Чтобы сделать и рассчитать простейший делитель напряжения, просто соедините последовательно два резистора и подключите их к источнику питания. Эта схема очень распространена и используется более чем в 90% случаев.

Вход схемы имеет два контакта, а выход — три. При одинаковых значениях сопротивлений R1 и R2 выходные напряжения Uout1 и Uout2 равны и составляют половину значения входного Uin. Также вывод U можно снять с любого из резисторов — R1 или R2. Если сопротивления не совпадают, на выходе U будет резистор большего размера.

Точное соотношение между Uout1 и Uout2 рассчитывается со ссылкой на закон Ома. Резисторы вместе с источником питания образуют последовательную цепь, поэтому величина электрического тока, протекающего через R1 и R2, определяется отношением напряжения питания Uin к сумме сопротивлений:

Обратите внимание, что чем больше сумма сопротивлений, тем меньше ток I при том же Uin.

Также по закону Ома, подставляя текущее значение, находим Uout1 и Uout2:

Подставляя значение самой первой формулы в последние две формулы, мы находим значение выхода U как функцию входа и сопротивлений двух резисторов

Формула делителя напряжения

Это несложное упражнение, но очень важное для понимания того, как работает делитель напряжения. Расчет делителя основан на законе Ома.

Чтобы узнать, какое напряжение будет на выходе делителя, выведем формулу, основанную на законе Ома. Предположим, мы знаем значения Uin, R1 и R2. Теперь, основываясь на этих данных, мы выводим формулу для Uout. Начнем с обозначения токов I1 и I2, которые проходят через резисторы R1 и R2 соответственно:

Наша цель — вычислить Uout, что довольно просто с помощью закона Ома:

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем Мощность: 800 Вт, температура: 100… 480 градусов, воздушный поток… Подробнее

Хороший. Мы знаем значение R2, но ток I2 еще не известен. Но мы кое-что о ней знаем. Можно считать, что I1 равно I2. В этом случае наша схема будет выглядеть так:

Что мы знаем об Уине? Ну, Uin — это напряжение на R1 и R2. Эти резисторы соединены последовательно, а их сопротивления складываются:

И на время мы можем упростить схему:

Закон Ома в его простейшей форме: Uin = I * R. Имея в виду, что R состоит из R1 + R2, формулу можно записать следующим образом:

А поскольку I1 равно I2, то:

Это уравнение показывает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и отношению R1 к R2.

Делитель напряжения на переменном резисторе

Схема делителя напряжения с переменным резистором называется схемой потенциометра. Поворачивая ручку регулировки громкости на музыкальном центре или автомобильной стереосистеме, вы плавно изменяете напряжение, подаваемое на усилитель звуковой частоты. Принцип работы и сборка простейшего усилителя мощности уже обсуждалась здесь выше.

По мере того, как вы перемещаете (вращаете) ручку переменного резистора сверху вниз на чертеже, U постепенно изменяется от значения источника питания до нуля.

В звуковой технике используются в основном переменные резисторы с логарифмической зависимостью, поскольку слуховой аппарат человека воспринимает звуки с этой зависимостью. Для контроля уровня звука одновременно по двум каналам используются двойные переменные резисторы.

В качестве делителя напряжения используются переменные резисторы со следующими зависимостями сопротивления от угла поворота ручки: логарифмической, линейной и экспоненциальной. Определенный тип зависимости используется для решения отдельной проблемы.

Переменный резистор в роли делителя напряжения

Для плавной регулировки выходного напряжения у нас есть переменный резистор в качестве делителя напряжения. Его еще называют потенциометром.

Его обозначение на схеме выглядит так:

Принцип работы следующий: постоянное сопротивление между двумя крайними контактами. Сопротивление относительно центрального контакта по отношению к крайнему может варьироваться в зависимости от того, куда мы повернем скрутку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на 1 Вт и имеет сопротивление 330 Ом. Посмотрим, как он разделит напряжение.

Так как мощность небольшая, всего 1Вт, мы не будем заряжать его высоким напряжением. Мощность, назначенная любому резистору, рассчитывается по формуле P = I2R. Это означает, что этот переменный резистор может делить только небольшое напряжение с небольшим сопротивлением нагрузки и наоборот. Главное, чтобы величина мощности этого резистора не выходила за пределы. Поэтому напряжение разделю на 1 вольт.

Для этого выставляем на колодке напряжение 1 вольт и цепляем наш резистор на двух крайних контактах.

Поворачиваем верх в произвольную сторону и останавливаем. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.

Измеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта

Складываем напряжение и получаем 0,34 + 0,64 = 0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то теряются. Скорее всего на пробниках, так как у них тоже есть сопротивление. Как видите, мы можем использовать простой переменный резистор в качестве простого делителя напряжения.

Применяя делитель напряжения на резисторах, необходимо понимать и помнить следующее:

1. 1. КПД такой схемы довольно низкий, так как только часть мощности блока питания идет на нагрузку, а остальная мощность преобразуется в тепло, выделяемое резисторами. Чем ниже падение напряжения, тем меньше энергии от блока питания уйдет на нагрузку.

1. Поскольку нагрузка подключена параллельно одному из разделительных резисторов, т.е отводит его, общее сопротивление цепи уменьшается и перепады напряжения перераспределяются. Следовательно, сопротивление нагрузки должно быть намного больше, чем сопротивление резистора делителя. В противном случае схема будет работать нестабильно при отклонении от заданных параметров.
2. Распределение U между R1 и R2 определяется исключительно их относительными значениями, а не абсолютными значениями. В этом случае не имеет значения, равны ли R1 и R2 2 кОм и 1 кОм или 200 кОм и 100 кОм. Однако при более низких значениях сопротивления можно получить больше мощности на нагрузку, но нужно помнить, что больше мощности преобразуется в тепло, то есть будет безвозвратно потрачено впустую.
   
   

Кроме того, иногда используются более сложные делители напряжения, состоящие из нескольких последовательно соединенных резисторов.

Потенциометры

Потенциометр — это переменный резистор, который можно использовать для создания регулируемого делителя напряжения.

Внутри потенциометра находится резистор и скользящий контакт, который разделяет резистор на две части и перемещается между ними. Снаружи потенциометр, как правило, имеет три проводника: два контакта подключены к выводам резистора, а третий (в центре) подключен к скользящему контакту.

Если контакты резистора подключены к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.

Переместите ползунок потенциометра вверх, и выходное напряжение будет равно входному. Теперь переместите ползунок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если установить ручку потенциометра в центральное положение, мы получим половину входного напряжения.

Резистивные датчики

Большинство датчиков, используемых в различных устройствах, являются резистивными. Фоторезистор — это переменный резистор, сопротивление которого изменяется пропорционально количеству падающего на него света. Есть также другие датчики, такие как датчики давления, датчики ускорения и термисторы и т.д.

Кроме того, резистивный делитель напряжения помогает измерять напряжение с помощью микроконтроллера (если присутствует АЦП).

• https://samelectrik.ru/chto-takoe-delitel-napryazheniya.html
• https://neco-desarrollo.es/%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F
• https://odinelectric.ru/equipment/chto-takoe-delitel-napryazheniya
• https://www.RusElectronic.com/djelitjel-naprjazhjenija/
• https://diodov.net/delitel-napryazheniya-na-rezistorah/
• https://www.joyta.ru/7328-delitel-napryazheniya-na-rezistorax-raschet-onlajn/