Diviseur résistif en ligne. Diviseurs de tension et de courant

Lors de la conception de circuits électriques, il existe des cas où il est nécessaire de réduire la valeur de la tension (la diviser en plusieurs parties) et de n'appliquer qu'une partie à la charge. À ces fins, utilisez diviseurs de tension. Ils sont basés sur la deuxième loi de Kirchhoff.

Le plus circuits simples- diviseur de tension résistif. Deux résistances R1 et R2 sont connectées en série avec.

À connexion série la résistance les traverse même courant JE.

En conséquence, selon la loi d'Ohm, la tension aux bornes des résistances est divisée proportionnellement à leur valeur nominale.

Nous connectons la charge en parallèle à R1 ou à R2. En conséquence, la charge aura une tension égale à U R2.

Exemples d'application de diviseur de tension

Comme un diviseur de tension. Imaginez que vous avez une ampoule qui ne peut fonctionner qu'avec du 6 volts et une pile de 9 volts. Dans ce cas, lorsque vous connectez l'ampoule à la batterie, l'ampoule grillera. Pour que l'ampoule fonctionne en mode nominal, la tension de 9 V doit être divisée en 6 et 3 volts. Cette tâche est effectuée par les diviseurs de tension les plus simples sur les résistances.
Paramètre du capteur - tension. La résistance des éléments résistifs dépend de nombreux paramètres, comme la température. Nous plaçons l'une des résistances dans un milieu dont la température change. En conséquence, lorsque la température change, la résistance de l'un des diviseurs de tension change. Le courant traversant le diviseur change. Selon la loi d'Ohm, la tension d'entrée est redistribuée entre les deux résistances.
Amplificateur de tension. Un diviseur de tension peut être utilisé pour amplifier la tension d'entrée. Ceci est possible si la résistance dynamique de l'un des éléments diviseurs est négative, par exemple dans la section de la caractéristique courant-tension de la diode tunnel.

Restrictions lors de l'utilisation de diviseurs de tension résistifs

La résistance nominale du diviseur de tension sur les résistances doit être 100 à 1000 fois inférieure à la résistance nominale de la charge connectée au diviseur. Sinon, la résistance de charge réduira la valeur de la tension divisée par le diviseur.
De petites valeurs de résistance, qui sont un diviseur de tension, entraînent de grandes pertes de puissance active. De grands courants traversent le diviseur. Il faut sélectionner les résistances pour qu'elles ne grillent pas et puissent dissiper une telle valeur d'énergie dégagée dans l'environnement.
Un diviseur de tension résistif ne peut pas être utilisé pour connecter une puissance élevée appareils électriques: voiture électrique , éléments chauffants, fours à induction.
Réduction de l'efficacité du circuit due aux pertes sur les éléments actifs du diviseur de tension.
Des résistances de précision (haute précision) doivent être utilisées dans le diviseur de tension pour obtenir des résultats précis.

Les diviseurs de tension sont largement utilisés en électronique, car ils permettent de résoudre de manière optimale les problèmes de régulation de tension. Il existe différentes solutions schématiques: des plus simples, par exemple, dans certaines appliques murales, à des solutions assez complexes, comme dans les cartes de commande pour commuter les enroulements des normalisateurs. tension secteur.

Qu'est-ce qu'un diviseur de tension ? Le libellé est simple - il s'agit d'un dispositif qui, en fonction du coefficient de transmission (configuré séparément), régule la valeur de la tension de sortie par rapport à l'entrée.

Auparavant, dans les rayons des magasins, il était souvent possible de trouver une applique conçue pour deux lampes. Sa particularité était que les lampes elles-mêmes étaient conçues pour fonctionner avec une tension de 127 volts. Dans le même temps, l'ensemble du système était connecté à un réseau électrique domestique de 220 V et fonctionnait avec succès. Pas de miracles! Le fait est que la méthode de connexion des conducteurs ne formait rien de plus qu'un diviseur de tension. Rappelons les bases de l'électrotechnique, à savoir les consommateurs. Comme vous le savez, avec une méthode séquentielle d'allumage, elle est égale et la tension change (rappelez-vous la loi d'Ohm). Ainsi, dans l'exemple avec une lampe, des lampes du même type sont connectées en série, ce qui réduit de moitié la tension qui les alimente (110 V). De plus, un diviseur de tension peut être trouvé dans un appareil qui distribue le signal d'une antenne à plusieurs téléviseurs. En fait, les exemples sont nombreux.

Regardons le diviseur de tension le plus simple basé sur deux résistances R1 et R2. Les résistances sont connectées en série, la tension d'entrée U est appliquée aux bornes libres, il y a une sortie supplémentaire à partir du point milieu du conducteur reliant les résistances. Autrement dit, il s'avère que trois extrémités: deux sont des conclusions externes (entre elles la valeur complète de la tension U), ainsi que celle du milieu, qui forme U1 et U2.

Calculons le diviseur de tension en utilisant la loi d'Ohm. Puisque I \u003d U / R, alors U est le produit du courant et de la résistance. En conséquence, dans la section avec R1, la tension sera U1 et pour R2, ce sera U2. Dans ce cas, le courant est égal En tenant compte de la loi pour un circuit complet, on trouve que l'alimentation U est la somme de U1 + U2.

Quel est le courant dans ces conditions ? En généralisant les équations, on obtient :

Je \u003d U / (R1 + R2).

De là, vous pouvez déterminer la valeur de la tension (sortie U) à la sortie du diviseur (il peut s'agir de U1 ou de U2) :

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

Pour les diviseurs à résistances réglables, il existe plusieurs caractéristiques importantes, dont il faut tenir compte tant au stade des calculs qu'en exploitation.

Tout d'abord, de telles solutions ne peuvent pas être utilisées pour réguler la tension de consommateurs puissants. Par exemple, il est ainsi impossible d'alimenter le moteur électrique. L'une des raisons est la valeur des résistances elles-mêmes. Les résistances kilowatt, si elles existent, sont des appareils massifs qui dissipent une quantité impressionnante d'énergie sous forme de chaleur.

La valeur de la résistance de la charge connectée ne doit pas être inférieure aux circuits du diviseur lui-même, sinon l'ensemble du système devra être recalculé. Idéalement, la différence entre le diviseur R et la charge R doit être aussi grande que possible. Il est important de sélectionner avec précision les valeurs de R1 et R2, car des cotes surestimées entraîneront des cotes excessives et des cotes sous-estimées surchaufferont, gaspillant de l'énergie pour le chauffage.

Lors du calcul du diviseur, ils sélectionnent généralement la valeur de son courant plusieurs fois (par exemple, 10) plus que l'ampérage de la charge connectée. De plus, connaissant le courant et la tension, calculez la résistance totale (R1 + R2). De plus, selon les tableaux, les valeurs standard les plus proches de R1 et R2 sont sélectionnées (en tenant compte de leur puissance admissible afin d'éviter un échauffement excessif).

). Il peut être représenté comme deux sections de la chaîne, appelées épaules, la somme des tensions sur laquelle est égale à la tension d'entrée. L'épaule entre le potentiel zéro et le point médian est appelée plus bas, et l'autre Haut. Il existe des diviseurs de tension linéaires et non linéaires. En linéaire, la tension de sortie varie linéairement en fonction de l'entrée. De tels diviseurs sont utilisés pour définir des potentiels et des tensions de fonctionnement en différents points. circuits électroniques. Dans les diviseurs non linéaires, la tension de sortie dépend du coefficient de manière non linéaire. Les diviseurs de tension non linéaires sont utilisés dans les potentiomètres fonctionnels. La résistance peut être active ou réactive.

Diviseur de tension résistif

Le diviseur de tension résistif le plus simple est constitué de deux résistances connectées en série et connectées à une source de tension. Étant donné que les résistances sont connectées en série, le courant qui les traverse sera le même conformément à la première règle de Kirchhoff. La chute de tension aux bornes de chaque résistance, selon la loi d'Ohm, sera proportionnelle à la résistance (le courant, tel qu'établi précédemment, est le même):

Pour chaque résistance :

En divisant l'expression pour par l'expression pour, on obtient :
Ainsi, le rapport des tensions et est exactement égal au rapport des résistances et.
Utilisation de l'égalité
, dans lequel , et
Et, en exprimant la relation pour le courant :

Nous obtenons une formule reliant la tension du diviseur de sortie () et d'entrée ():

Il convient de noter que la résistance de charge du diviseur de tension doit être bien supérieure à la résistance propre du diviseur, de sorte que dans les calculs cette résistance connectée en parallèle pourrait être négligée. Pour sélectionner des valeurs de résistance spécifiques dans la pratique, en règle générale, il suffit de suivre l'algorithme suivant. Tout d'abord, il est nécessaire de déterminer l'amplitude du courant diviseur fonctionnant avec la charge déconnectée. Ce courant doit être plus actuel(prend généralement un excès de 10 fois en amplitude) consommée par la charge, mais, cependant, le courant spécifié ne doit pas créer une charge excessive sur la source de tension. En fonction de l'amplitude du courant, selon la loi d'Ohm, la valeur de la résistance totale est déterminée. Il ne reste plus qu'à prendre des valeurs de résistance spécifiques de la série standard, dont le rapport des valeurs est proche du rapport de tension requis, et la somme des valeurs est proche de celle calculée. Lors du calcul d'un diviseur réel, il est nécessaire de prendre en compte le coefficient de température de résistance, les tolérances pour les valeurs de résistance nominales, la plage de changements de tension d'entrée et les modifications possibles des propriétés de charge du diviseur, ainsi que la puissance dissipée maximale de les résistances - il doit dépasser la puissance qui leur est allouée, où est le courant source avec la charge déconnectée ( dans ce cas, le courant maximum possible traverse les résistances).

Application

Le diviseur de tension a importance dans les circuits. En tant que diviseur de tension réactif, à titre d'exemple, on peut citer le filtre électrique le plus simple et en tant que stabilisateur de tension paramétrique non linéaire.

Les diviseurs de tension ont été utilisés comme dispositif de stockage électromécanique dans les AVM. Dans de tels appareils, les valeurs stockées correspondent aux angles de rotation des rhéostats. De tels appareils peuvent stocker des informations indéfiniment.

Amplificateur de tension

Un diviseur de tension peut être utilisé pour amplifier la tension d'entrée - cela est possible si , a est négatif, par exemple, comme dans la section de la caractéristique courant-tension d'une diode tunnel

Restrictions d'utilisation des diviseurs de tension résistifs

La résistance nominale du diviseur doit être 100 à 1000 fois inférieure à la résistance de charge nominale.

De petites valeurs de résistance, qui est un diviseur de tension, conduisent à des courants élevés dans le diviseur. L'efficacité du circuit diminue en raison de l'échauffement des résistances.

Un diviseur de tension résistif ne peut pas être utilisé pour connecter des appareils électriques puissants : voiture électrique, éléments chauffants.

Documentation normative et technique

GOST 11282-93 (CEI 524-75) - Diviseurs de tension CC résistifs

Remarques

Liens

Fondation Wikimédia. 2010 .

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Dans le cadre du diviseur de tension, des résistances sont utilisées pour obtenir une valeur de tension fixe. Dans ce cas, la tension de sortie U out est liée à l'entrée U in (sans tenir compte de l'éventuelle résistance de charge) par la relation suivante :

U sortie = U entrée x (R2 / R1 + R2)

Riz. 1. Diviseur de tension

Exemple. À l'aide d'un diviseur de résistance, vous devez obtenir une tension de 1 V de la source sur une charge avec une résistance de 100 kOhm courant continu 5 V. Rapport de division de tension requis 1/5 = 0,2. Nous utilisons un diviseur dont le schéma est illustré à la Fig. un.

La résistance des résistances R1 et R2 doit être nettement inférieure à 100 kΩ. Dans ce cas, lors du calcul du diviseur, la résistance de charge peut être ignorée.

Par conséquent, R2 / (R1 + R2) R2 = 0,2

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

R1=4R2

Par conséquent, vous pouvez choisir R2 = 1 kOhm, R1 - 4 kOhm. La résistance R1 est obtenue en connectant en série des résistances standard de 1,8 et 2,2 kOhm, réalisées à base d'un film métallique avec une précision de ± 1% (avec une puissance de 0,25 W).

Il convient de rappeler que le diviseur lui-même consomme du courant de la source primaire (dans ce cas, 1 mA) et ce courant augmentera avec une diminution de la résistance des résistances du diviseur.

Pour obtenir la valeur de tension spécifiée, des résistances de haute précision doivent être utilisées.

L'inconvénient d'un simple diviseur de tension à résistance est qu'avec un changement de résistance de charge, la tension de sortie (U out) du diviseur change. Pour réduire l'influence de la charge sur Uout, il faut choisir une résistance R2 au moins 10 fois inférieure à la résistance de charge minimale.

Il est important de se rappeler qu'avec une diminution des résistances des résistances R1 et R2, le courant consommé à partir de la source de tension d'entrée augmente. En règle générale, ce courant ne doit pas dépasser 1-10 mA.

Les résistances sont également utilisées pour envoyer une part donnée du courant total au bras diviseur correspondant. Par exemple, dans le schéma de la Fig. 2, le courant I fait partie du courant total I in, déterminé par les résistances des résistances Rl et R2, c'est-à-dire vous pouvez écrire que je sort \u003d je en x (R1 / R2 + R1)

Exemple. Flèche instrument de mesure s'écarte de la pleine échelle si DC dans la bobine mobile est de 1 mA. Résistance active l'enroulement de la bobine est de 100 ohms. Calculez la résistance de sorte que l'aiguille de l'appareil dévie autant que possible à un courant d'entrée de 10 mA (voir Fig. 3) .

Riz. 2 Diviseur de courant

Riz. 3.

Le rapport de division actuel est déterminé par le rapport :

I out / I in \u003d 1/10 \u003d 0,1 \u003d R1 / R2 + R1, R2 \u003d 100 Ohm.

D'ici,

0,1R1 + 0.1R2 = R1

0,1R1 + 10 = R1

R1 \u003d 10 / 0,9 \u003d 11,1 Ohm

La résistance requise de la résistance R1 peut être obtenue en connectant en série deux résistances standard de technologie à couche épaisse de 9,1 et 2 ohms avec une précision de ± 2 % (0,25 W). Notez à nouveau que sur la Fig. 3 la résistance R2 est .

Pour assurer une bonne précision de la division du courant, des résistances de haute précision (± 1 %) doivent être utilisées.

Un dispositif dans lequel les tensions d'entrée et de sortie sont liées par un gain. Le diviseur peut être représenté comme deux sections du circuit, appelées épaules, dont la somme des tensions est égale à la tension d'entrée. Le plus souvent, un diviseur de tension est construit à partir de deux résistances. Un tel diviseur s'appelle une résistance. Chaque résistance dans un tel diviseur est appelée un épaulement. L'épaule reliée au sol s'appelle l'inférieur, ce qui est relié au plus s'appelle le supérieur. Le point de connexion de deux résistances est appelé bras médian ou point médian. Pour faire simple, on peut imaginer l'épaule du milieu comme une piscine. Le diviseur de tension nous permet de contrôler deux "passerelles" en "drainant" la tension dans le sol (réduisant la résistance du côté inférieur) ou en "versant" la tension dans la piscine (réduisant la résistance du côté supérieur). Ainsi, le diviseur peut être utilisé pour obtenir seulement une partie de la tension d'origine.

Schéma de principe d'un diviseur de tension

Dans l'exemple considéré, une tension de 9V est appliquée à l'entrée (Uin). Supposons que nous ayons besoin d'obtenir 5V à la sortie (Uout). Comment calculer les résistances du diviseur de tension ?

Calcul du diviseur de tension

Beaucoup sont confrontés au fait qu'il n'y a pas de formules pour calculer la résistance dans le diviseur. En fait, de telles formules sont faciles à dériver. Mais avant tout. Pour plus de clarté, commençons le calcul par la fin, c'est-à-dire calculer la tension de sortie, connaissant les valeurs de résistance.

Le courant circulant dans R1 et R2 est le même tant que rien n'est connecté au bras central (Uout). La résistance totale des résistances à connexion série est égal à la somme de leurs résistances :

Rtotal = R1 + R2 = 400 + 500 = 900 Ohm

Selon la loi d'Ohm, on trouve l'intensité du courant traversant les résistances :

I = Uin / Rtotal = 9V / 900 Ohm = 0,01 A = 10 mA

Maintenant que nous connaissons le courant du côté bas (courant traversant R2), nous calculons la tension du côté bas (loi d'Ohm à nouveau):

Uout \u003d I * R2 \u003d 0,01A * 500 Ohm \u003d 5V

Soit, en simplifiant la chaîne de calculs :

Uout = Uin * (R2 / (R1+R2))

En appliquant un peu de mathématiques et d'autres connaissances, en aromatisant tout avec la loi d'Ohm, vous pouvez obtenir les formules suivantes :

R1 \u003d (Uin-Uout) / Id + In

R2 = Uout / Id

Ici IDENTIFIANT et Dans sont respectivement le courant diviseur et le courant de charge. En général, vous n'avez même pas besoin de savoir de quel type de courant il s'agit. Vous pouvez simplement les prendre égaux IDENTIFIANT= 0,01 A (10 mA), un Dans= 0. Autrement dit, considérons le diviseur sans charge. Ceci est acceptable tant que nous n'utilisons le diviseur que pour les mesures de tension (c'est ainsi qu'il est utilisé dans tous les exemples de notre base de connaissances). Ensuite les formules seront simplifiées :

R1 = (Uin-Uout) * 100

R2 = Usortie * 100

PS Ce n'est pas important du tout, mais notez : 100 n'est pas quantité physique. Après avoir accepté la condition que IDENTIFIANT on a toujours 0,01 A, c'est juste un coefficient obtenu en transférant 0,01 au numérateur.

Nous vérifions:

Nous avons une tension d'entrée de 9 volts, nous voulons obtenir 5 volts en sortie. On substitue les valeurs dans la formule, on obtient :

R1 = (9-5) * 100 = 400 ohms

R2 = 5 * 100 = 500 ohms

Tout s'adapte !

Application diviseur de tension

Fondamentalement, un diviseur de tension est utilisé lorsque vous devez mesurer une résistance changeante. La lecture des valeurs d'une photorésistance est basée sur ce principe : la photorésistance est incluse dans le diviseur comme un bras. La deuxième épaule est résistance fixe. De même, vous pouvez lire les lectures de la thermistance.