Az elektronikában a feszültségosztó szabály egyszerű és legfontosabb elektronikus áramkör , amelynek segítségével a nagy feszültséget kis feszültséggé változtatják. Csak egy i / p feszültség és két soros ellenállás segítségével o / p feszültséget kaphatunk. Itt a kimeneti feszültség az i / p feszültség töredéke. A feszültségosztó legjobb példája, ha két ellenállást sorba kötnek. Amikor az i / p feszültséget az ellenállás párján alkalmazzák, és az o / p feszültség megjelenik a köztük lévő kapcsolatból. Ezeket az elválasztókat általában a feszültség nagyságának csökkentésére vagy referenciafeszültség létrehozására használják, és alacsony frekvenciákon is jelcsillapítóként használják. Egyenáramú és viszonylag alacsony frekvenciák esetén a feszültségosztó megfelelő lehet, ha csak ellenállásokból készül, ahol a frekvenciaválasz széles tartományban szükséges.
Mi a feszültségosztó szabály?
Meghatározás: Az elektronika területén a feszültségosztó egy alapvető áramkör, amelyet bemeneti feszültségének egy kimenetként történő előállítására használnak. Ezt az áramkört két ellenállással lehet kialakítani, különben bármilyen passzív alkatrészt és egy feszültségforrást. Az áramkörben lévő ellenállások sorba köthetők, míg ezeken az ellenállásokon feszültségforrás van csatlakoztatva. Ezt az áramkört potenciális osztónak is nevezzük. A bemeneti feszültség az áramkör két ellenállása között továbbítható úgy, hogy a feszültség megoszlása megtörténjen.
Mikor kell használni a feszültségosztó szabályt?
A feszültségosztó szabályt áramkörök megoldására használják a megoldás egyszerűsítése érdekében. Ennek a szabálynak az alkalmazása az egyszerű áramkörök alapos megoldását is lehetővé teszi. A feszültségosztó szabály fő koncepciója: „A feszültség két ellenállás között oszlik meg, amelyek ellenállásukkal egyenesen vannak sorba kötve. A feszültségosztó két fontos részből áll, ezek az áramkör és az egyenlet.
Különböző feszültségosztó sémák
A feszültségosztó tartalmaz egy feszültségforrást két ellenállás sorozatában. Előfordulhat, hogy a különböző feszültség áramkörök különféle módon rajzolódnak le, amelyek alább láthatók. De ezek különböző áramkörök mindig ugyanaz legyen.
Feszültségosztó vázlatok
A fenti különböző feszültségosztó áramkörökben az R1 ellenállás áll a legközelebb a Vin bemeneti feszültséghez, az R2 ellenállás pedig a földkapcsolathoz. Az R2 ellenállás feszültségesését Vout-nak nevezzük, amely az áramkör osztott feszültsége.
Feszültségosztó számítása
Vizsgáljuk meg a következő áramkört két R1 és R2 ellenállás használatával. Ahol a változó ellenállás a feszültségforrás között van összekötve. Az alábbi áramkörben R1 a változó csúszó érintkezője és a negatív kivezetés közötti ellenállás. R2 a pozitív kapocs és a csúszó érintkező közötti ellenállás. Ez azt jelenti, hogy a két R1 és R2 ellenállás sorozatban van.
Feszültségosztó szabály két ellenállással
Ohm törvénye szerint V = IR
A fenti egyenletből a következő egyenleteket kaphatjuk meg
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
Kirchhoff feszültségtörvényének alkalmazása
A KVL kijelenti, hogy amikor az áramkör zárt útja körül a feszültség algebrai összege nulla.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
Ezért
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
Ennélfogva
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
A III helyettesítése az I és II egyenletben
V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R2 / R1 + R2)
A fenti áramkör mutatja a két ellenállás közötti feszültségosztót, amely közvetlenül arányos az ellenállásukkal. Ez a feszültségosztó szabály kiterjeszthető olyan áramkörökre, amelyeket kettőnél több ellenállással terveztek.
Feszültségosztó szabály három ellenállással
Feszültségosztási szabály két ellenállás áramkör felett
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
Feszültségosztó egyenlet
A feszültségosztó szabályegyenlete akkor fogadja el, ha ismeri a fenti áramkör három értékét, ezek a bemeneti feszültség és a két ellenállás értéke. A következő egyenlet használatával megtalálhatjuk a kimeneti feszültséget.
Vault = Vin. R2 / R1 + R2
A fenti egyenlet azt állítja, hogy a Vout (o / p feszültség) egyenesen arányos a Vin-vel (bemeneti feszültség) és két R1 és R2 ellenállás arányával.
Ellenálló feszültségosztó
Ez egy nagyon egyszerű és egyszerű áramkör megtervezése és megértése. A passzív feszültségosztó áramkör alaptípusa két sorba kapcsolt ellenállással építhető fel. Ez az áramkör a feszültségosztó szabályt használja az egyes soros ellenállások feszültségesésének mérésére. A rezisztív feszültségosztó áramkör az alábbiakban látható.
A rezisztív elválasztó áramkörben a két ellenállás, például R1 és R2, sorba vannak kapcsolva. Tehát ezekben az ellenállásokban az áram áramlása azonos lesz. Ezért feszültségesést (I * R) biztosít minden ellenálláson.
Ellenálló típus
Feszültségforrás segítségével feszültségellátást biztosítanak erre az áramkörre. A KVL & Ohms törvény alkalmazásával erre az áramkörre megmérhetjük az ellenállás feszültségesését. Tehát az áram áramlása az áramkörben megadható
A KVL alkalmazásával
VS = VR1 + VR2
Ohm törvénye szerint
VR1 = I x R1
VR2 = I x R2
VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)
I = VS / R1 + R2
Az áram áramlása a soros áramkörön Ohm törvénye szerint I = V / R. Tehát az áram áramlása mindkét ellenállásban azonos. Tehát most kiszámíthatja az áramkör R2 ellenállásának feszültségesését
IR2 = VR2 / R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
Hasonlóképpen az R1 ellenállás feszültségesése a következőképpen számítható:
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
Kapacitív feszültségosztók
A kapacitív feszültségosztó áramkör feszültségeséseket generál a kondenzátorokon, amelyeket sorba kötnek egy váltakozó áramú tápfeszültséggel. Általában ezeket használják a rendkívül magas feszültségek csökkentésére alacsony kimeneti feszültségű jel biztosításához. Jelenleg ezek az elválasztók alkalmazhatók érintőképernyős alapú táblagépekben, mobilokban és megjelenítő eszközökben.
A rezisztív feszültségosztó áramkörökhöz hasonlóan a kapacitív feszültségosztók szinuszos váltakozó áramú tápellátással működnek, mivel a kondenzátorok közötti feszültségfelosztás a kondenzátorok reaktanciájával számolható (XC), amely az AC tápellátás frekvenciájától függ.
Kapacitív típus
A kapacitív reaktancia képlet levezethető
Xc = 1 / 2πfc
Hol:
Xc = Kapacitív reaktancia (Ω)
π = 3 142 (numerikus állandó)
ƒ = Hertzben mért frekvencia (Hz)
C = Farádokban mért kapacitás (F)
Minden kondenzátor reaktanciáját meg lehet mérni a feszültséggel, valamint az AC tápellátás frekvenciájával, és helyettesíteni kell őket a fenti egyenletben, hogy minden kondenzátoron megkapja az egyenértékű feszültségeséseket. A kapacitív feszültségosztó áramkör az alábbiakban látható.
Ezeknek a sorba kapcsolt kondenzátoroknak a használatával meghatározhatjuk az RMS feszültségesést minden kondenzátoron a reaktancia szempontjából, miután csatlakoztak egy feszültségforráshoz.
Xc1 = 1 / 2πfc1 és Xc2 = 1 / 2πfc2
xCT= XC1+ XC2
VC1= Vs (XC1/ XCT)
VC2= Vs (XC2/ XCT)
A kapacitív elválasztók nem teszik lehetővé az egyenáramú bemenetet.
Az AC bemenet egyszerű kapacitív egyenlete
Vault = (C1 / C1 + C2). Vin
Induktív feszültségosztók
Az induktív feszültségosztók feszültségeséseket okoznak a tekercseken, különben az induktorokat sorba kötik egy váltakozó áramú tápegységen. Egy különben egyetlen tekercsből álló tekercsből áll, amelyet két részre választanak el, bárhol is kapja az o / p feszültséget az egyik rész.
A legjobb példa erre az induktív feszültségosztóra az automatikus transzformátor, amely több csapot tartalmaz a szekunder tekerccsel. Két induktor közötti induktív feszültségosztó mérhető az induktor XL-vel jelölt reaktanciáján keresztül.
Induktív típus
Az induktív reakcióképesség képlete levezethető
XL = 1 / 2πfL
„XL”: induktív reaktancia Ohm-ban (Ω) mérve
π = 3 142 (numerikus állandó)
„Ƒ” a frekvencia Hertzben (Hz)
Az „L” egy induktivitás Henries-ben (H) mérve
A két induktor reaktanciája kiszámítható, ha megtudjuk az AC tápellátás frekvenciáját és feszültségét, és a feszültségosztó törvényen keresztül felhasználjuk őket, hogy az egyes induktorok feszültségesését megkapjuk. Az induktív feszültségosztó áramkör az alábbiakban látható.
Két, az áramkörben sorba kapcsolt induktivitást használva megmérhetjük az RMS feszültségeséseit minden kondenzátoron a reaktancia alapján, miután csatlakoztak egy feszültségforráshoz.
xL1= 2πfL1 és XL2= 2πfL2
xLT = xL1+ XL2
VL1 = Vs ( xL1/ XLT)
VL2 = Vs ( xL2/ XLT)
Az AC bemenet induktív osztókkal osztható fel az induktivitás alapján:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
Ez az egyenlet olyan kölcsönhatás nélküli induktorokra vonatkozik, amelyek kölcsönös induktivitása egy autotranszformátorban megváltoztatja az eredményeket. Az egyenáramú bemenet az elemek ellenállása alapján felosztható a rezisztív osztó szabály szerint.
Feszültségosztó példa problémák
A feszültségosztó példaproblémák a fenti rezisztív, kapacitív és induktív áramkörök alkalmazásával oldhatók meg.
1). Tegyük fel, hogy egy változó ellenállás teljes ellenállása 12 Ω. A csúszó érintkező egy olyan ponton helyezkedik el, ahol az ellenállást 4 Ω és 8 Ω-ra osztják. A változó ellenállás 2,5 V-os akkumulátoron keresztül csatlakozik. Vizsgáljuk meg azt a feszültséget, amely a változó ellenállás 4 Ω-os szakaszára csatlakozó voltmérőn látszik.
A feszültségosztó szabály szerint feszültségesés lesz,
Vout = 2,5 Vx4 Ohm / 12 Ohm = 0,83 V
2). Ha a két C1-8uF és C2-20uF kondenzátort sorba kapcsolják az áramkörben, akkor az RMS feszültségesés minden kondenzátorra kiszámolható, ha 80 Hz-es RMS-tápra és 80 voltra vannak csatlakoztatva.
Xc1 = 1 / 2πfc1
1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6
= 248,8 ohm
Xc2 = 1 / 2πfc2
1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6
= 99,52 ohm
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) = 22,85
3). Ha a két L1-8 mH és L2-15 mH induktivitást sorba kötjük, akkor kiszámíthatjuk az RMS feszültségesést, amely minden kondenzátoron kiszámítható, miután csatlakoztak 40 voltos, 100Hz RMS tápegységhez.
XL1 = 2πfL1
= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohm
XL2 = 2πfL2
= 2 × 3,14x100x15x10-3
9,42 ohm
XLT = XL1 + XL2
14.444 ohm
VL1 = Vs (XL1 / XLT)
= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 volt
VL2 = Vs (XL2 / XLT)
= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 volt
Feszültségcsapolási pontok elválasztó hálózatban
Ha az ellenállások száma sorba van kapcsolva egy áramkör Vs feszültségforrásán, akkor a különböző feszültségcsapolási pontok A, B, C, D és E
Az áramkör teljes ellenállása kiszámítható az összes ellenállási érték összeadásával, például 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohm. Ez az ellenállási érték korlátozza az áram áramlását az egész áramkörben, amely a feszültségellátást (VS) generálja.
Az ellenállások feszültségesésének kiszámításához használt különböző egyenletek a VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD és VR4 = VDE.
Az egyes csapolási pontok feszültségszintjeit a GND (0V) kapocshoz viszonyítva kell kiszámítani. Ezért a „D” pont feszültségszintje ekvivalens lesz a VDE-vel, míg a „C” pont feszültségszintje ekvivalens lesz a VCD + VDE-vel. Itt a „C” pont feszültségszintje az R3 és R4 ellenállások két feszültségesésének összege.
Tehát a megfelelő ellenállási értékek kiválasztásával sorozatot készíthetünk feszültségesésekről. Ezeknek a feszültségeséseknek relatív feszültségértéke lesz, amelyet csak a feszültségből lehet elérni. A fenti példában minden o / p feszültségérték pozitív, mivel a feszültségellátás negatív kapcsa (VS) csatlakozik a földkivezetéshez.
A feszültségosztó alkalmazásai
A a választóosztó alkalmazásai a következőket tartalmazzák.
- A feszültségosztót csak ott használják, ahol a feszültséget úgy szabályozzák, hogy egy adott feszültséget egy áramkörbe ejtsenek. Főleg olyan rendszerekben használják, ahol az energiahatékonyságot nem feltétlenül kell komolyan figyelembe venni.
- Mindennapi életünkben a feszültségosztót leggyakrabban a potenciométerekben használják. A potenciométerekre a legjobb példák a zenei rendszerünkhöz és a rádiótranzisztorokhoz rögzített hangerő-szabályozó gombok. A potenciométer alapfelépítése három csapot tartalmaz, amelyek a fentiekben láthatók. Ebben az esetben két csap van összekötve az ellenállással, amely a potenciométer belsejében van, és a fennmaradó csap egy törlő érintkezővel van összekötve, amely az ellenálláson csúszik. Ha valaki megváltoztatja a potenciométer gombját, akkor a feszültségosztó szabálya szerint a feszültség megjelenik a stabil érintkezőkön és a törlő érintkezőkön.
- A feszültségosztókat a jel szintjének beállítására, az erősítők aktív eszközeinek feszültségmérésére és torzítására használják. A multiméter és a Wheatstone híd feszültségosztókat tartalmaz.
- Feszültségosztókkal mérhető az érzékelő ellenállása. A feszültségosztó kialakításához az érzékelőt soronként, ismert ellenállással kötjük össze, és ismert feszültséget alkalmazunk az osztón. A analóg-digitális átalakító a mikrovezérlő csatlakozik az elválasztó középső csapjához, így mérhető a csapfeszültség. Az ismert ellenállás felhasználásával kiszámítható a mért feszültségérzékelő ellenállása.
- A feszültségosztókat az érzékelő, a feszültség, a logikai szint eltolásának és a jelszint beállításának mérésére használják.
- Általában az ellenállásosztó szabályt főleg a referenciafeszültségek előállítására használják, különben csökkentve a feszültség nagyságát, így a mérés nagyon egyszerű. Ezenkívül ezek alacsony frekvenciájú jelcsillapítóként működnek
- Rendkívül kevesebb frekvencia és egyenáram esetén alkalmazzák
- Az erőátvitelben használt kapacitív feszültségosztó a terhelési kapacitás és a nagyfeszültség mérésére.
Ez mind a feszültségfelosztásról áramkörökkel, ez a szabály mindkét váltakozó és egyenáramú feszültségforrásra érvényes. Ezenfelül bármilyen kétség merül fel e koncepcióval kapcsolatban, ill elektronika és elektromos projektek , kérjük, adja meg visszajelzését az alábbi megjegyzés részben kommentálva. Itt van egy kérdés az Ön számára, mi a fő funkciója a feszültségosztó szabálynak?
