Hva er en spenningsdeler og hvordan beregner man den?

Budsjettalternativet for å konvertere hovedparametrene for elektrisk strøm er spenningsdelere. En slik enhet er enkel å lage på egen hånd, men for å gjøre dette må du kjenne til formålet, applikasjonene, operasjonsprinsippet og beregningseksempler.

Formål og anvendelse

En transformator brukes til å konvertere vekselspenning, takket være hvilken en tilstrekkelig høy strømverdi kan opprettholdes. Hvis det er nødvendig å koble en last som bruker en liten strøm (opptil hundrevis av mA) til en elektrisk krets, er det ikke tilrådelig å bruke en spenningstransformator (U).

I disse tilfellene kan du bruke den enkleste spenningsdeleren (DN), hvis kostnad er mye lavere. Etter å ha oppnådd ønsket verdi rettes U opp og strøm tilføres forbrukeren. Om nødvendig, for å øke strømmen (I), må du bruke utgangstrinnet for å øke effekten.I tillegg er det divisorer og konstant U, men disse modellene brukes sjeldnere enn andre.

DN-er brukes ofte til å lade ulike enheter der det er nødvendig å oppnå lavere verdier av U og strømmer fra 220 V for forskjellige typer batterier. I tillegg er det tilrådelig å bruke enheter for å dele U for å lage elektriske måleinstrumenter, datautstyr, samt laboratoriepulsede og vanlige strømforsyninger.

Prinsipp for operasjon

En spenningsdeler (DN) er en enhet der utgangen og inngangen U er sammenkoblet ved hjelp av en overføringskoeffisient. Overføringskoeffisienten er forholdet mellom verdiene til U ved utgangen og ved inngangen til deleren. Spenningsdelerkretsen er enkel og er en kjede av to forbrukere koblet i serie - radioelementer (motstander, kondensatorer eller induktorer). De er forskjellige når det gjelder ytelse.

Vekselstrøm har slike hovedstørrelser: spenning, strøm, motstand, induktans (L) og kapasitans (C). Formler for å beregne de grunnleggende mengdene av elektrisitet (U, I, R, C, L) når forbrukere er koblet i serie:

1. Motstandsverdiene summeres;
2. Påkjenningene legger opp;
3. Strømmen vil bli beregnet i henhold til Ohms lov for kretsdelen: I = U / R;
4. Induktanser legger opp;
5. Kapasitans for hele kondensatorkjeden: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

For fremstilling av en enkel motstand DN brukes prinsippet om seriekoblede motstander. Konvensjonelt kan ordningen deles inn i 2 skuldre. Den første skulderen er den øvre og er plassert mellom inngangen og nullpunktet til DN, og den andre er den nedre, og utgangen U fjernes fra den.

Summen av U på disse armene er lik den resulterende verdien av den innkommende U. Det er lineære og ikke-lineære typer RP. Lineære enheter inkluderer enheter med utgang U, som varierer lineært avhengig av inngangsverdien. De brukes til å sette ønsket U i ulike deler av kretsene. Ikke-lineære brukes i funksjonelle potensiometre. Deres motstand kan være aktiv, reaktiv og kapasitiv.

I tillegg kan DN også være kapasitiv. Den bruker en kjede av 2 kondensatorer som er koblet i serie.

Dets operasjonsprinsipp er basert på den reaktive komponenten av motstanden til kondensatorer i en strømkrets med en variabel komponent. Kondensatoren har ikke bare kapasitive egenskaper, men også motstand Xc. Denne motstanden kalles kapasitiv, avhenger av frekvensen til strømmen og bestemmes av formelen: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, hvor w er den sykliske frekvensen, C er verdien av kondensatoren .

Den sykliske frekvensen beregnes med formelen: w = 2 * PI * f, hvor PI = 3,1416 og f er AC-frekvensen.

Kondensator, eller kapasitiv, type lar deg motta relativt store strømmer enn med resistive enheter. Det har vært mye brukt i høyspentkretser, der verdien av U må reduseres flere ganger. I tillegg har den en betydelig fordel - den overopphetes ikke.

Den induktive typen DN er basert på prinsippet om elektromagnetisk induksjon i strømkretser med variabel komponent. Strømmen flyter gjennom solenoiden, hvis motstand avhenger av L og kalles induktiv. Verdien er direkte proporsjonal med frekvensen til vekselstrømmen: Xl \u003d w * L, der L er verdien av induktansen til kretsen eller spolen.

Induktiv DN fungerer kun i kretser med strøm, som har en variabel komponent, og har en induktiv motstand (Xl).

Fordeler og ulemper

De største ulempene med en resistiv DN er umuligheten av dens bruk i høyfrekvente kretser, et betydelig spenningsfall over motstander og en reduksjon i kraft. I noen kretser er det nødvendig å velge kraften til motstandene, siden det oppstår betydelig oppvarming.

I de fleste tilfeller bruker vekselstrømkretser DN med aktiv belastning (resistiv), men med bruk av kompensasjonskondensatorer koblet parallelt med hver av motstandene. Denne tilnærmingen lar deg redusere varmen, men fjerner ikke hovedulempen, som er strømtap. Fordelen er bruken i DC-kretser.

For å eliminere strømtap på en resistiv DN, bør aktive elementer (motstander) erstattes med kapasitive. Det kapasitive elementet i forhold til den resistive DN har en rekke fordeler:

1. Den brukes i AC-kretser;
2. Ingen overoppheting;
3. Strømtapet reduseres, siden kondensatoren ikke har, i motsetning til motstanden, kraft;
4. Anvendelse i høyspenningskilder er mulig;
5. Høy effektivitetsfaktor (COP);
6. Mindre tap på I.

Ulempen er at den ikke kan brukes i kretser med konstant U. Dette skyldes at kondensatoren i DC-kretser ikke har kapasitans, men kun fungerer som en kapasitans.

Induktiv DN i kretser med variabel komponent har også en rekke fordeler, men den kan også brukes i kretser med konstant verdi på U.Induktoren har motstand, men på grunn av induktansen er dette alternativet ikke egnet, da det er et betydelig fall i U. De viktigste fordelene sammenlignet med den resistive typen DN:

1. Applikasjon i nettverk med variabel U;
2. Lett oppvarming av elementene;
3. Mindre strømtap i AC-kretser;
4. Relativt høy effektivitet (høyere enn kapasitiv);
5. Bruk i høypresisjonsmåleutstyr;
6. Har en mindre feil;
7. Belastningen som er koblet til utgangen til deleren påvirker ikke delingsforholdet;
8. Strømtapet er mindre enn for kapasitive delere.

Ulempene inkluderer følgende:

1. Bruk av konstant U i kraftnett fører til betydelige strømtap. I tillegg faller spenningen kraftig på grunn av forbruket av elektrisk energi til induktansen.
2. Utgangssignalet i frekvensrespons (uten bruk av likeretterbro og filter) endres.
3. Ikke aktuelt for høyspente AC-kretser.

Beregning av spenningsdeleren på motstander, kondensatorer og induktanser

Etter å ha valgt type spenningsdeler for beregningen, må du bruke formlene. Hvis beregningen er feil, kan selve enheten, utgangstrinnet for å forsterke strømmen og forbrukeren brenne ut. Konsekvensene av feil beregninger kan være enda verre enn svikt i radiokomponenter: brann som følge av kortslutning, samt elektrisk støt.

Når du beregner og monterer kretsen, må du strengt følge sikkerhetsreglene, kontrollere enheten før du slår den på for riktig montering og ikke teste den i et fuktig rom (sannsynligheten for elektrisk støt øker). Hovedloven brukt i beregningene er Ohms lov for kretsdelen.Formuleringen er som følger: strømstyrken er direkte proporsjonal med spenningen i kretsseksjonen og omvendt proporsjonal med motstanden til denne seksjonen. Formeloppføringen ser slik ut: I = U / R.

Algoritme for beregning av spenningsdeleren på motstander:

1. Total spenning: Upit \u003d U1 + U2, hvor U1 og U2 er U-verdiene på hver av motstandene.
2. Motstandsspenninger: U1 = I * R1 og U2 = I * R2.
3. Upit \u003d I * (R1 + R2).
4. Ingen belastningsstrøm: I = U / (R1 + R2).
5. U fall over hver av motstandene: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit og U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.

Verdiene til R1 og R2 skal være 2 ganger mindre enn belastningsmotstanden.

For å beregne spenningsdeleren på kondensatorer kan du bruke formlene: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit og U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Formlene for å beregne DN på induktanser er like: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit og U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Skillere brukes i de fleste tilfeller med en diodebro og en zenerdiode. En zenerdiode er en halvlederenhet som fungerer som en stabilisator U. Dioder bør velges med en revers U høyere enn det som er tillatt i denne kretsen. Zenerdioden velges i henhold til referanseboken for den nødvendige stabiliseringsspenningsverdien. I tillegg må en motstand inkluderes i kretsen foran den, siden uten den vil halvlederenheten brenne ut.

Lignende artikler: