Divisore di tensione mediante resistori e condensatori. Divisori di tensione e corrente

). Può essere pensato come due sezioni della catena chiamate spalle, la somma delle tensioni alle quali è uguale alla tensione di ingresso. Viene chiamata la spalla tra il potenziale zero e il punto medio inferiore, e l'altro - superiore. Esistono divisori di tensione lineari e non lineari. In lineare, la tensione di uscita cambia linearmente a seconda della tensione di ingresso. Tali divisori vengono utilizzati per impostare potenziali e tensioni operative in vari punti circuiti elettronici. Nei divisori non lineari, la tensione di uscita dipende dal coefficiente in modo non lineare. I divisori di tensione non lineari vengono utilizzati nei potenziometri funzionali. La resistenza può essere attiva o reattiva.

Partitore di tensione resistivo

Il partitore di tensione resistivo più semplice è costituito da due resistori collegati in serie e collegati a una sorgente di tensione. Poiché i resistori sono collegati in serie, la corrente che li attraversa sarà la stessa secondo la Prima Regola di Kirchhoff. La caduta di tensione su ciascun resistore, secondo la legge di Ohm, sarà proporzionale alla resistenza (la corrente, come stabilito in precedenza, è la stessa):

Per ogni resistore:


Dividendo l'espressione for per l'espressione for otteniamo:
Pertanto, il rapporto tra tensioni e è esattamente uguale al rapporto tra resistenze e.
Usare l'uguaglianza
, in cui , e
E, esprimendo da esso la relazione per la corrente:

Otteniamo una formula che collega la tensione di uscita () e di ingresso () del divisore:

Va notato che la resistenza di carico del partitore di tensione deve essere molto maggiore dell'autoresistenza del partitore, in modo che nei calcoli questa resistenza collegata in parallelo possa essere trascurata. Per selezionare valori di resistenza specifici, in pratica, di norma, è sufficiente seguire il seguente algoritmo. Per prima cosa è necessario determinare il valore attuale del divisore funzionante a carico spento. Questa corrente deve essere significativamente maggiore della corrente (di solito un eccesso di 10 volte il valore) consumata dal carico, ma, tuttavia, la corrente specificata non deve creare un carico eccessivo sulla sorgente di tensione. In base al valore corrente, la legge di Ohm determina il valore della resistenza totale. Resta solo da prendere valori di resistenza specifici dalla serie standard, il cui rapporto tra i valori è vicino al rapporto di tensione richiesto e la somma dei valori è vicina a quella calcolata. Quando si calcola un divisore reale, è necessario tenere conto del coefficiente di temperatura della resistenza, delle tolleranze per i valori di resistenza nominale, dell'intervallo di variazioni della tensione di ingresso e dei possibili cambiamenti nelle proprietà del carico del divisore, nonché della massima dissipazione di potenza di i resistori - deve superare la potenza loro assegnata, dov'è la corrente sorgente quando il carico è spento (in questo caso, la massima corrente possibile scorre attraverso i resistori).

Applicazione

Il partitore di tensione ha importante nella progettazione dei circuiti. Ad esempio, un semplice filtro elettrico può essere citato come divisore di tensione reattivo e uno stabilizzatore di tensione parametrico può essere utilizzato come non lineare.

I divisori di tensione sono stati utilizzati come dispositivo di memoria elettromeccanica negli AVM. In tali dispositivi, i valori memorizzati corrispondono agli angoli di rotazione dei reostati. Tali dispositivi possono archiviare informazioni a tempo indeterminato.

Amplificatore di tensione

Per amplificare la tensione di ingresso è possibile utilizzare un partitore di tensione: ciò è possibile se a è negativo, ad esempio, come nella sezione della caratteristica corrente-tensione di un diodo tunnel

Limitazioni nell'uso dei partitori di tensione resistivi

  • La resistenza nominale del divisore dovrebbe essere 100 - 1000 volte inferiore alla resistenza di carico nominale.
  • Piccoli valori di resistenza, che sono un partitore di tensione, portano a grandi correnti nel divisore. L'efficienza del circuito diminuisce a causa del riscaldamento delle resistenze.

Documentazione normativa e tecnica

  • GOST 11282-93 (IEC 524-75) - Divisori di tensione CC resistivi

Note

Collegamenti


Fondazione Wikimedia.

2010.

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Durante la progettazione circuiti elettrici Ci sono casi in cui è necessario ridurre la tensione (dividerla in più parti) e applicarne solo una parte al carico. Per questi scopi usano divisori di tensione. Si basano sulla seconda legge di Kirchhoff.

Il massimo circuito semplice- partitore di tensione resistivo. Due resistenze R1 e R2 sono collegate in serie.

A connessione seriale la resistenza scorre attraverso di loro stessa corrente IO.

Di conseguenza, secondo la legge di Ohm, la tensione ai capi dei resistori viene divisa in proporzione al loro valore nominale.

Colleghiamo il carico in parallelo a R1 o R2. Di conseguenza, il carico avrà una tensione pari a U R2.

Esempi di applicazioni del partitore di tensione

  1. Come partitore di tensione. Immagina di avere una lampadina che può funzionare solo con 6 volt e una batteria da 9 volt. In questo caso, quando si collega la lampadina ad una batteria, la lampadina si brucerà. Affinché la lampadina funzioni in modalità nominale, la tensione di 9 V deve essere divisa in 6 e 3 volt. Questo compito viene eseguito dai partitori di tensione più semplici che utilizzano resistori.
  2. Parametro del sensore: tensione. La resistenza degli elementi resistivi dipende da molti parametri, come la temperatura. Posizioniamo una delle resistenze in un ambiente con temperatura variabile. Di conseguenza, quando la temperatura cambia, cambierà la resistenza di uno dei partitori di tensione. La corrente attraverso il divisore cambia. Secondo la legge di Ohm, la tensione di ingresso viene ridistribuita tra due resistenze.
  3. Amplificatore di tensione. È possibile utilizzare un partitore di tensione per amplificare la tensione di ingresso. Ciò è possibile se la resistenza dinamica di uno degli elementi divisori è negativa, ad esempio, nella sezione della caratteristica corrente-tensione di un diodo tunnel.

Limitazioni nell'utilizzo di partitori di tensione resistivi

  • Il valore di resistenza del divisore di tensione sui resistori dovrebbe essere 100 - 1000 volte inferiore alla resistenza nominale del carico collegato al divisore. Altrimenti, la resistenza di carico ridurrà la quantità di tensione divisa per il divisore.
  • Piccoli valori di resistenza, che sono un partitore di tensione, portano a grandi perdite di potenza attiva. Flusso attraverso il divisore correnti elevate. È necessario selezionare le resistenze in modo che non si brucino e possano dissipare questa quantità di energia rilasciata nell'ambiente.
  • Un divisore di tensione resistivo non può essere utilizzato per collegare potenti apparecchi elettrici: macchine elettriche, elementi riscaldanti, forni a induzione.
  • Efficienza del circuito ridotta a causa delle perdite sugli elementi attivi del partitore di tensione.
  • Per ottenere risultati accurati, è necessario utilizzare resistenze di precisione (ad alta precisione) nel partitore di tensione.

Un dispositivo in cui le tensioni di ingresso e di uscita sono legate da un coefficiente di trasferimento. Il divisore può essere pensato come due sezioni di un circuito, chiamate spalle, la cui somma delle tensioni è uguale alla tensione di ingresso. Molto spesso, un divisore di tensione è costituito da due resistori. Un tale divisore è chiamato resistore. Ciascun resistore in tale divisore è chiamato spalla. La spalla collegata al suolo è detta inferiore, quella collegata al più è detta superiore. Il punto in cui si collegano due resistori è chiamato gamba centrale o punto medio. Per dirla in modo molto semplice, puoi immaginare la spalla centrale come una piscina. Un partitore di tensione ci consente di controllare due "gateway" "drenando" la tensione nel terreno (riducendo la resistenza della gamba inferiore) o "versando" la tensione nella piscina (riducendo la resistenza della gamba superiore). Pertanto, il partitore può essere utilizzato per ottenere solo una parte della tensione originale.

Schema schematico di un partitore di tensione

Nell'esempio in esame all'ingresso (Uin) è applicata una tensione di 9V. Supponiamo di dover ottenere 5 V in uscita (Uout). Come calcolare i resistori per un partitore di tensione?

Calcolo del partitore di tensione

Molte persone si trovano di fronte al fatto che non esistono formule per calcolare la resistenza in un divisore. In effetti, tali formule sono facili da ricavare. Ma prima le cose. Per chiarezza, iniziamo il calcolo dalla fine, ovvero Calcoliamo la tensione di uscita, conoscendo i valori del resistore.

La corrente che scorre attraverso R1 e R2 è la stessa finché non è collegato nulla al braccio centrale (Uout). La resistenza totale dei resistori collegati in serie è uguale alla somma delle loro resistenze:

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

Utilizzando la legge di Ohm, troviamo l'intensità della corrente che scorre attraverso i resistori:

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

Ora che conosciamo la corrente nel braccio inferiore (la corrente che passa attraverso R2), calcoliamo la tensione nel braccio inferiore (ancora la legge di Ohm):

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

Oppure, semplificando la catena di calcolo:

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

Applicando un po' di matematica e altre conoscenze, aromatizzando il tutto con la legge di Ohm, puoi ottenere le seguenti formule:

R1 = (Uin-Uout)/Id+In

R2 = Uout/Id

Qui ID E In- rispettivamente corrente del partitore e corrente di carico. IN caso generale, non hai nemmeno bisogno di sapere di che tipo di correnti si tratta. Puoi semplicemente accettarli come uguali ID= 0,01 A (10 mA), a In= 0. Cioè considera il divisore senza carico. Ciò è accettabile purché utilizziamo il divisore solo per le misurazioni della tensione (e in tutti gli esempi nella nostra base di conoscenza viene utilizzato esattamente in questo modo). Quindi le formule verranno semplificate:

R1 = (Uin-Uout) * 100

R2 = Uout * 100

PS Questo non è affatto importante, ma nota: 100 non lo è quantità fisica. Dopo aver accettato la condizione che ID il nostro è sempre pari a 0,01 A, questo è semplicemente un coefficiente ottenuto trasferendo 0,01 al numeratore.

Controlliamo:

La nostra tensione in ingresso è 9 volt, vogliamo ottenere 5 volt in uscita. Sostituendo i valori nella formula, otteniamo:

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

R2 = 5 * 100 = 500 Ohm

Tutto si adatta!

Utilizzando un partitore di tensione

Fondamentalmente, viene utilizzato un divisore di tensione laddove è necessario misurare la variazione della resistenza. La lettura dei valori da una fotoresistenza si basa su questo principio: la fotoresistenza è inclusa nel divisore come un braccio. La seconda spalla è resistore costante. Allo stesso modo, puoi leggere le letture del termistore.

Il partitore di tensione utilizza resistori per ottenere un valore di tensione fisso. In questo caso, la tensione di uscita U out è correlata alla tensione di ingresso U in (senza tener conto dell'eventuale resistenza di carico) dalla seguente relazione:

U fuori = U dentro x (R2 / R1 + R2)

Riso. 1. Partitore di tensione

Esempio. Utilizzando un partitore resistivo, è necessario ottenere una tensione di 1 V dalla sorgente su un carico con una resistenza di 100 kOhm Tensione CC 5 V. Rapporto di divisione della tensione richiesto 1/5 = 0,2. Utilizziamo un divisore, il cui diagramma è mostrato in Fig. 1.

La resistenza dei resistori R1 e R2 dovrebbe essere significativamente inferiore a 100 kOhm. In questo caso, nel calcolo del divisore, è possibile ignorare la resistenza di carico.

Pertanto, R2 / (R1 +R2) R2 = 0,2

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

R1 = 4R2

Pertanto puoi scegliere R2 = 1 kOhm, R1 - 4 kOhm. La resistenza R1 è ottenuta da connessione seriale resistori standard 1,8 e 2,2 kOhm, realizzati sulla base di un film metallico con una precisione di ±1% (potenza 0,25 W).

Va ricordato che il divisore stesso consuma corrente dalla fonte primaria (in questo caso 1 mA) e questa corrente aumenterà al diminuire della resistenza dei resistori del divisore.

Per ottenere il valore di tensione specificato, è necessario utilizzare resistori ad alta precisione.

Lo svantaggio di un semplice partitore di tensione resistivo è che al variare della resistenza di carico, cambia la tensione di uscita (U out) del partitore. Per ridurre l'influenza del carico su U è necessario scegliere una resistenza R2 che sia almeno 10 volte inferiore alla resistenza di carico minima.

È importante ricordare che quando le resistenze dei resistori R1 e R2 diminuiscono, aumenta la corrente consumata dalla sorgente di tensione in ingresso. Tipicamente questa corrente non dovrebbe superare 1-10 mA.

I resistori vengono utilizzati anche per dirigere una determinata proporzione della corrente totale al braccio corrispondente del divisore. Ad esempio, nel diagramma in Fig. 2, la corrente I fa parte della corrente totale I in ingresso, determinata dalle resistenze dei resistori Rl e R2, vale a dire possiamo scrivere che I out = I in x (R1 / R2 + R1)

Esempio. Freccia strumento di misura devia al fondo scala se DC in una bobina mobile è 1 mA. Resistenza attiva l'avvolgimento della bobina è di 100 ohm. Calcolare la resistenza in modo che l'ago dello strumento si pieghi il più possibile con una corrente di ingresso di 10 mA (vedere Fig. 3).

Riso. 2 Divisore di corrente

Riso. 3.

Il coefficiente di divisione corrente è determinato dalla relazione:

I fuori / I dentro = 1/10 = 0,1 = R1 / R2 + R1, R2 = 100 Ohm.

Da qui,

0,1R1 + 0,1R2 = R1

0,1R1 + 10 = R1

R1 = 10/0,9 = 11,1 Ohm

La resistenza richiesta del resistore R1 può essere ottenuta collegando in serie due resistori standard con una resistenza di 9,1 e 2 Ohm, realizzati sulla base della tecnologia a film spesso con una precisione di ±2% (0,25 W). Notiamo ancora che in Fig. 3 resistenza R2 è .

Per garantire una buona precisione nella divisione della corrente, è necessario utilizzare resistori ad alta precisione (± 1%).



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