Исследование делителей напряжения, страница 2

Исследование делителей напряжения , страница 2

Определим R₃, при котором К = 0. Очевидно, что К = 0, если R₃ R₄ – R₁ R₂ =0, откуда . При U₂ =0. Следовательно, в данной цепи при

0 < R₃ < K < 0. т.е. полярность выходного напряжения противоположна

полярности входного. При < R₃ < К<0, т. е. полярности входного и выходного напряжений одинаковы, а коэффициент передачи возрастает от 0 до.

Делитель напряжения с главной регулировкой.

Исследуем коэффициент передачи делителя напряжения с плавной регулировкой (рис. 2.5). Делитель напряжения имеет три точки: входную (точка А), выходную (точка О) и общую (точка В). Входное напряжение подводят между точками АВ, при этом по резистору R протекает ток, создающий на нем падение напряжения. Выходное напряжение U₂ снимается с той части резистора, которая заключена между движком и общей точкой делителя, т. е. с сопротивления R₁. Очевидно, что чем меньше R₁, т. е. чем ниже (по рис. 2.5) установлен движок, тем меньше напряжение на выходе делителя и наоборот. Если движок находится в нижнем положении, то сопротивление между движком и нижней точкой, а также выходное напряжение U₂ и коэффициент передачи К равны нулю. Если движок установлен в верхнее положение, то U₂ = U_1, К = 1. Таким образом, в делителях напряжения, собранных по схеме рис. 2.5, коэффициент передачи может плавно изменяться от 0 до 1. В реальных устройствах к выходным зажимам делителя подключают резистор. Сопротивление этого резистора является входным сопротивлением нагрузочного устройства, на вход которого подается напряжение, снимаемое с делителя. Определим зависимость коэффициента передачи плавного делителя напряжения, нагруженного на резистор сопротивлением R_н (рис. 2.6, а) в зависимости от угла поворота движка а, т. е. от отношения R₁/R, если при R₁ = R а = а_max. Для удобства анализа представим делитель в виде Г-образного четырехполюсника (рис. 2.6, б). Так как у таких четырехполюсников коэффициент передачи равен отношению выходного сопротивления к входному, то

Если R_н = (режим холостого хода), то К = R₁/ R₂. В этом случае коэффициент передачи пропорционален углу поворота (рис. 2.7). Если сопротивление R_н сравнимо с сопротивлением делители R₁

то коэффициент передачи изменяется не пропорционально углу поворота. Происходит это потому, что выходное сопротивление делителя при повороте движка растет медленнее, чем увеличивается сопротивление R₁ выходное же напряжение и коэффициент передачи пропорциональны выходному сопротивлению делителя. Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки, тем медленнее нарастает выходное сопротивление, поскольку общее выходное сопротивление R₁ и R_н (R₁ и R_н соединены параллельно) меньше меньшего сопротивления. Однако при R_н = R К = 1 для любых значений . Поэтому при наличии резистора R_н выходное напряжение нарастает сначала медленно, а затем резко увеличивается. Аналогичный вывод вытекает из анализа выражения K=. При R_н = К= R₁! R. При конечных значениях R_н К не

а. Например, если R_н =R, то при установке движка в среднее положение К = 0,4. Для получения К = 0,5 угол поворота а должен быть равен 0,61а_max . Если R_н =0,5 R, то при установке движка в среднее положение К = 0,33. Для получения К = 0,5 необходим угол поворота а = 0,7 а_max .Если R_н = 0,1R, то при установке движка в среднее положение К= =0,14. При этом для получения К = 0,5 угол поворота а = 0,9 а_max (рис. 2.8) и т. д.

Делитель напряжения на резисторах расчет

В самом простейшем примере делитель напряжения построен на двух последовательно соединенных сопротивлений (могут быть и конденсаторы (обладающие реактивным сопротивлением при протекании переменного тока). С помощью такой схемы можно очень легко разделить «разделить» входное напряжение (Uвх), и получить на выходе делителя — выходное U_вых , которое меньше U_вх.

Делитель напряжения на резисторах

Для того чтобы хорошо понять суть лекции по электротехнике на тему «Делитель напряжения» рекомендую освежить в своей памяти законы Кирхгофа и что такое падение напряжения на участке цепи.

Рассмотрим достаточно простую цепь из двух последовательно соединенных резисторов с разными номиналами сопротивлений.

В соответствии с законом Ома если приложить к такой цепи напряжение, то его падение на обоих сопротивлениях будет также разным.

Схема, на рисунке выше, и является самым простым делителем на резисторах. Обычно в схемах электроники делитель напряжения изображают, так:

Для примера расчета делителя разберем эту схему более подробно. В ней R1 = 2 кОм, R2 = 1 кОм и напряжение источника питания, оно же и является входным напряжением U_вх = 30 вольт. Напряжение в точке А равно полному напряжению источника питания — 30 вольтам. Напряжение на выходе схемы Uвых, то есть в точке В и соответствует напряжению на сопротивлении R₂. Вычислим U_вых.

В нашем случае, U_R2 = 0,01 А &#215 1000 Ом = 10 В.

Выходное напряжение можно определить и вторым способом:

Результат вычислений должен получится тоже 10 вольт.

Последнюю формулу можно использовать в расчетах любого делителя, состоящего из двух и более сопротивлений, включенных последовательно.

В случае если два сопротивления ДН имеют одинаковый номинал, получим:

Расчет делителя напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными значениями

На рисунке ниже представлен делитель, состоящий из трех одинаковых сопротивлений номиналом в 1 кОм = 1000 Ом каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.

Делитель напряжения с реактивными элементами в цепи переменного тока

Делитель может состоять так же и из реактивных компонентов (конденсаторы или катушки индуктивности), но в этом случае для его правильной работы необходимо питание синусоидальным током

Емкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному, но рассчитывается несколько иначе, так как реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально номиналу их ёмкости:

R_c — реактивное сопротивление конденсатора; π — число ПИ; ƒ частота синусоидального напр, Гц; C — емкость конденсатора

То есть чем выше емкость конденсатора, тем выше его реактивное сопротивление, и следовательно в приведенной схеме ДН на конденсаторе с большей емкостью падение напряжения будет ниже, чем на конденсаторе с меньшей емкостью. Следовательно, формула для емкостного делителя напряжения будет такая:

Индуктивный делитель так же как и емкостный требует для своей работы переменное питающее напряжение.

Так как, реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:

R_L — реактивное сопротивление катушки индуктивности; π — число ПИ; ƒ частота синусоидального напряжения, Гц; L — индуктивность катушки, Генри.

Следует добавить, что во всех расчетах величина нагрузки была условно принята бесконечности, поэтому полученные значения будут правильными при работе схем делителя напряжения на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем номиналы собственных сопротивлений.

Расчет делителя напряжения онлайн калькулятор

Итак, делитель напряжения используются практически повсеместно. Но чаще всего специально заморачиваться с ними не нужно, кроме тех отдельных случаев, когда нужен делитель с определенным коэффициентом деления. Кстати, всем известные переменные сопротивления могут использоваться как делители напряжения. Кстати кроме делителей напряжения существует еще делитель тока. Простейший делитель тока — это два сопротивления, соединенные параллельно. Но оставим эту тему для другой лекции по электротехнике.

Делитель напряжения

Дели́тель напряже́ния — устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи . [1]

В качестве делителя напряжения обычно применяют регулируемые сопротивления (потенциометры). 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. [1] Сопротивление может быть как активным, так и реактивным.

Содержание

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:
и в точности равно отношению сопротивлений и .
Используя равенство
, в котором , а
И, выражая из него соотношение для тока:
) и входное ( ) напряжение делителя:
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. [1]

Усилитель напряжения

Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения — это возможно, если , а  — отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода [источник не указан 213 дней]

Делитель напряжения

Делитель напряжения, что это такое, для чего он нужен – рассмотрим этот вопрос. Но прежде поясню, почему такая странная тема. От вас часто приходят вопросы, которые изначально некорректны из-за не понимая самого процесса работы аудиоустройства. Я не являются специалистом в данной области и если вы видите неточности или неверные интерпретации – пожалуйста смело поправляйте в комментариях.

Многие слышали, что такое в аудио класс А, и насколько это хорошо или не очень, или класс B, что такое искажение типа “ступенька”, зона отсечки, зона насыщения и прочие моменты, но если чуть копнуть глубже для ощущения, что оппонент действительно понимает о чем говорит, тут многие и начинают плавать.

Усилитель Pioneer A-09 в классе А

Я, честно, хотел поговорить о более интересной теме, согласовании входного и выходного напряжений усилителя, что это такое, для чего нужно и как вообще работает. Но это планомерно подводило к тому, что тогда придется рассказать и о том, как вообще работает усилитель. А это в свою очередь привело бы к необходимости, до кучи, еще и объяснить неотъемлемую часть любой такой схемы – делитель напряжения. Поэтому я решил, что стоит объяснение начать именно с делителя, а потом дойдем и до всего остального.

Если рассмотреть схему любого усилителя, конкретно одного каскада, то вы узнаете, что для работы транзистора типа NPN нужно подать плюсовое напряжение на коллектор (что-то типа слива), а минусовое на эмиттер (дно). И у вас ничего не заработает, потому что пока вы не подадите на базу напряжение не менее 0,6v транзистор будет всегда закрыт. Т.е. база – это краник перекрывающий весь поток. Приложите вы к нему напряжение в 0,6 вольта – краник (база) откроется и ток потечет дальше, не приложите, краник будет закрыт, потока электронов не будет, транзистор работать не будет.

Вы конечно можете всегда подать на базу аналоговый сигнал (он же является напряжением), но транзистор будет открываться (работать), только когда напряжение сигнала будет равно или превышать 0,6 вольта, а что ниже – молчок.

Но на самом деле мы будем видеть только плюсовую полуволну, ибо минусовая будет всегда приходиться на зону напряжения менее 0,6 вольта при которой транзистор всегда будет закрыт. Поэтому эту зону всегда сдвигают вверх по напряжению, чтобы весь сигнал уместился в границах открытого транзистора.

Поясню. Допустим звуковой сигнал у нас имеет размах от -1 вольт до + 1 вольт, т.е. в сумме это 2 вольта.

Транзистор, пока у нас напряжение меньше 0,6 вольт вообще всегда закрыт (не работает), следовательно, нам нужно принципиально подать 0,6 вольт по умолчанию на него, чтобы он открылся. Но так уместится только положительная полуволна. Следовательно, так как отрицательная полуволна у нас начиналась от -1 вольта, то к 0,6 вольта мы добавим еще 1 вольт. Получиться, что на транзистор нам нужно подать 0,6+1=1,6 вольта напряжения. Тогда весь звуковой сигнал совокупного напряжения в 2 вольта будет колыхаться в пределах между 0,6 вольта и 2,6 вольта.

1,6 вольта – это точка смещения транзистора.

Описанная схема имеет смысл при использовании одного транзистора NPN или PNP, этим трюком, смещая точку открытия транзистора мы умещаем весь сигнал в рамках открытого транзистора.

Если же у нас комплементарная пара транзисторов NPN + PNP, то в этом нет необходимости, так как NPN будет усиливать свою полуволну, а PNP – свою полуволну с противоположным знаком напряжения.

Но и тут возникает проблема искажения типа “ступенька”, поэтому мы так же начинаем использовать точку смещения, немного приоткрыв транзистор, но уже на 0,6 вольта, чтобы этой самой ступеньки не возникало.

Ключевое слово в описанных схемах – подать одно напряжение на коллектор + эмитер, и подать значительно меньшее напряжение 0,6-1,6 вольта на базу.

Неужели для этого придется использовать два трансформатора?

А теперь пусть гремят фанфары, мы подошли к сути темы.

Чтобы получить разные напряжения от одного источника питания необходим ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ.

Давайте рассмотрим такую схему – у нас есть источник питания постоянного тока 12 вольт и резистор (нагрузка) на 1 кОМ.

Бытовой пример нагрузкой для усилителя являются акустические системы.

Вот так это выглядит на схеме. Источник, резистор и похожая на антенку вверх тормашками “земля”.

Что произойдет с напряжением 12 вольт, если оно пройдет, через нагрузку (резистор) в 1 кОм? Напряжение уменьшиться? Ведь сопротивление мешает току. Току мешает, но ток измеряется в амперах, а не вольтах, а мы говорим о напряжении. Ток действительно взаимодействует с сопротивлением, и мы может узнать каково напряжение при определенном сопротивлении и силе тока по закону Ома, например:

но пока такой цели не ставиться.

Мы так же зная напряжение можем узнать и силу тока

Но что же с напряжением в схеме?

Подключим вольтметр в схему и посмотрим изменилось ли напряжение от того, что оно прошло через резистор (нагрузку) в 1 кОм.

Мы видим стрелочками движение тока, но так же видим и то, что вольтметр по прежнему показывает неизменное напряжение 12 вольт, как и было до резистора.

Кстати, легко проверить все значения, что нам показал симулятор everycircuit.

Посчитаем силу тока.

Прежде всего все расчеты ведутся в вольтах, омах, амперах и никак иначе. Поэтому если у вас миллиамперы, или милливольты, сначала переведите их в вольты и амперы для рассчета.

На схеме указано миллиамперы, т.е.

1 Ампер = 1000 миллиампер, следовательно

Да, на схеме так и есть.

Но напряжение не изменилось.

Нужно разделить напряжение на два потока. Это можно сделать двумя резисторами.

Используем два резистора одинакового номинала 1 кОм.

Так как два резистора одного номинала, то напряжение разделилось ровно пополам.

Теперь если снять напряжение с боков нижнего резистора, то получим 6 вольт, а с верхнего – тоже 6 вольт.

Но вернемся к нашей задаче, подать на транзистор с одного источника строго 1,6 вольта, при том что источник питания у нас 12 вольт.

Еще один эксперимент, попробуем изменить номинал любого из резисторов, например нижнего в большую сторону. Увеличивая сопротивления резистора мы увеличиваем напряжение, ибо

напряжение пропорционально сопротивлению и обратно пропорционально силе тока.

Если переиначить поставив во главу угла силу тока, то вы получите определение из учебника.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Другими словами – увеличив сопротивление резистором, мы уменьшим силу тока (как краник перекрываем немного для потока воды), но на этом отрезке зато увеличиваем напряжение.

Уменьшив значение одного из резисторов (в нашем случае нижнего) до 154 Ом мы получили требуемое напряжение 1,6 вольт – смотрим скриншот.

Не забываем, что резисторы бывают не всех номиналов, поэтому смотрим существующий ряд и берем ближайшее значение.

Но вы сейчас спросите, а как я получил значение в 154 Ом, а я и отвечаю – покрутил ползунком в симуляторе, пока не увидел нужное напряжение, как результат.

Так и было, но это не отменяет существование формул для расчета.

Рассчитывается следующим образом по формуле:

(пусть верхний резистор – это R1, а нижний – R2)

U делителя R1 = U напряжения источника * R2 / (R1+R2)

U делителя R1= 12 вольт * (1000 Ом (это 1 кОм)/(1000+154))= 12 * 1000/1154=10,398=10,4

Соответственно с R2 мы снимем 12-10,398 =1,6 вольта.

Все точно как в аптеке. Но есть еще один нюанс, где порылась собака. Резисторы способны пропускать только определенную силу тока, они при непосильной ноше начинают греться и могут сгореть ибо представляют собой, как вариант, просто накрученные проволочки (не всегда).

Поэтому для делителя напряжение мы должны выбрать не просто резистор какого-то номинала , а еще и с соответствующим значением по току, на 250мА или 1 А и тд.

Считается это следующим образом:

I (сила тока) = U источника / R1

I = 12v/ 1000 Om = 0.012 A или 12 мА.

т.е. достаточно резистора R1 в данном случае с параметрами 1кОм и не менее 12 мА.

Аналогично посчитайте для резистора R2.

Ниже я покажу схему усилителя.

Синим прямоугольником обведен делитель напряжения, который как раз и реализует точку смещения транзистора. Слева мы так же видим конденсатор С1, который отсекает постоянный ток, что приходит от делителя напряжения, от аналогового сигнала, но об этом поговорим в другой раз.

2 Комментарии

Отличная тема для обсуждения чего то по сути, о реальных электрических процессах. Но это никому не интересно. Все ходят обсуждать мифичиские процессы в каких нибудь кабелях, влиянием на звук конденсаторов определённого типа, о том что добавляет звуку пространственности, натуральности и т.д. и т.п. А субьективно поговорить можно хоть сколько угодно

Сайт не коммерческий, поэтому особо никак не пугает отсутствие хайпа в теме и соответственно не влияет на желание продолжать ту или иную тему, пока хочется поговорить и продолжить начатую тему, лишь думаю как проще озвучить ассоциации тех или иных процессов. Например что такое напряжение – за сухими формулировками, когда спрашиваешь человека что такое напряжение и просишь привести аналогии – это всё – отвечающий плывет. Ток елементарно объяснить, а напряжение – внятно и понятно? Если бы я хотел наплыва ради шума, то достаточно разместить любой материал про виниловые вертушки или лампу – начнется ажиотаж. Мне важнее собрать полезную информацию к которой сам могу позже возвращаться.