Dělič napětí – Výpočet děliče napětí

Dělič napětí je obvod sestávající ze dvou nebo více pasivních rádiových prvků, které jsou zapojeny do série.

Dělič napětí přes odpory

Podívejme se na nejjednodušší dělič napětí, který se skládá ze dvou rezistorů. Tyto dva odpory zapojíme do série a přivedeme na ně napětí. Napětí může být konstantní nebo střídavé.

Přivedením napětí na tento obvod sestávající ze dvou rezistorů se ukáže, že se obvod uzavře a v obvodu začne proudit elektrický proud s určitou proudovou silou, která závisí na hodnotách odporů.

Víme tedy, že při sériovém zapojení je proud v obvodu stejný. To znamená, že jakýkoli proud protéká rezistorem R1, stejný proud protéká rezistorem R2. Jak vypočítat tuto proudovou sílu? Ukázalo se, že je to docela jednoduché, pomocí Ohmova zákona: I=U/R.

Vzhledem k tomu, že naše rezistory jsou zapojeny do série, jejich celkový odpor bude vyjádřen vzorcem

To znamená, že v našem případě to můžeme napsat

Jak zjistit napětí, které klesá na rezistoru R2?

Protože proud pro oba odpory je společný, pak podle Ohmova zákona

Místo toho nahrazujeme I vzorec

a nakonec dostaneme

U jiného rezistoru je situace podobná. Klesne na něm napětí

Pro něj bude vzorec napsán

Dokažme, že součet úbytků napětí na rezistorech je roven napájecímu napětí, to znamená, že musíme dokázat, že U=U_R1 +U_R2 . Dosadíme hodnoty a uvidíme.

Tento vzorec také funguje pro velký počet rezistorů.

Na výše uvedeném schématu vidíme rezistory, které jsou zapojeny do série. Čemu se bude rovnat U?_celkový ? Protože jsou rezistory zapojeny do série, na každém rezistoru dochází k poklesu napětí. Součet úbytků napětí na všech rezistorech bude roven U_celkový . V našem případě bude vzorec napsán jako

Jak funguje dělič napětí v praxi

Takže máme tyto dva odpory a náš oblíbený multimetr:

Měříme odpor malého rezistoru, R1 = 109,7 Ohmů.

Naměříme odpor velkého rezistoru R2 = 52,8 Ohmů.

Napájení nastavíme přesně na 10 Voltů. Napětí měříme pomocí multimetru.

Napájecí zdroj připevníme k těmto dvěma odporům, pájeným v sérii. Připomínám, že na bloku je přesně 10 voltů. Trochu nepřesný je také údaj ampérmetru na zdroji. Sílu proudu budeme v budoucnu měřit také pomocí multimetru.

Měříme úbytek napětí na velkém rezistoru, který má nominální hodnotu 52,8 ohmů. Multimetr naměřil 3,21 V.

Měříme napětí na malém rezistoru o jmenovité hodnotě 109,7 Ohmů. Úbytek napětí na něm je 6,77 voltu.

No, s matematikou si myslím, že všichni jsou v pohodě. Tyto dvě hodnoty napětí sečteme. 3,21 + 6,77 = 9,98 voltů. Kam zmizelo dalších 0,02 V? Připíšeme si to na chybu sond a měřicích přístrojů. Zde je jasný příklad, že jsme byli schopni rozdělit napětí na dvě různá napětí. Znovu jsme si ověřili, že součet úbytků napětí na každém rezistoru je roven napájecímu napětí, které je do tohoto obvodu přiváděno.

Síla proudu v obvodu se sériově zapojenými rezistory

Dbáme na to, aby proudová síla při zapojování rezistorů do série byla všude stejná. Psal jsem zde, jak měřit proud konstantního napětí. Jak vidíte, multimetr ukazoval hodnotu 0,04 A nebo 40 mA na začátku obvodu, uprostřed obvodu a dokonce i na konci obvodu. Kdekoli přerušíme obvod, aktuální hodnota je všude stejná.

Variabilní rezistor jako dělič napětí

Abychom plynule regulovali výstupní napětí, máme jako dělič napětí proměnný rezistor. Říká se tomu také potenciometr.

Jeho označení na diagramu vypadá takto:

Princip činnosti je tento: mezi dvěma krajními kontakty je konstantní odpor. Odpor vůči střednímu kontaktu vůči vnějším se může měnit podle toho, kam otočíme knoflíkem tohoto proměnného odporu. Tento odpor je dimenzován na 1W a má impedanci 330 ohmů. Podívejme se, jak rozděluje napětí.

Jelikož je výkon malý, pouze 1 W, nebudeme jej zatěžovat vysokým napětím. Výkon uvolněný kterýmkoli rezistorem se vypočítá podle vzorce P = I 2 R. To znamená, že tento proměnný rezistor může rozdělit pouze malé napětí s malým zatěžovacím odporem a naopak. Hlavní věc je, že hodnota výkonu tohoto odporu nepřesahuje limity. Proto napětí rozdělím na 1 Volt.

Za tímto účelem nastavíme napětí na bloku na 1 Volt a připojíme k našemu odporu podél dvou vnějších kontaktů.

Otočíme knoflíkem v libovolném směru a zastavíme jej. Změříme napětí mezi levým a středním kontaktem a získáme 0,34 Voltu.

Změříme napětí mezi středním a pravým kontaktem a získáme 0,64 Voltu

Sečteme napětí a dostaneme 0,34 + 0,64 = 0,98 Voltu. 0,02 Voltu se zase někde ztratilo. S největší pravděpodobností na sondách, protože mají také odpor. Jak vidíte, můžeme použít jednoduchý proměnný rezistor jako jednoduchý dělič napětí.

Podobné články na téma „dělič napětí“

Podívejme se, jak vypočítat téměř jakýkoli dělič napětí pomocí rezistorů. Naprostá většina elektronických součástek a mikroobvodů je napájena relativně nízkým napětím – 3…5 V. A mnoho napájecích zdrojů vyrábí U = 9 V, 12 V nebo 24 V. Pro spolehlivý a stabilní provoz různých elektronických prvků je proto nutné snížit hodnotu napětí na přijatelnou úroveň. Jinak může dojít k poruše elektronických součástek. Zvláštní pozornost by měla být věnována mikroobvodům – nejcitlivějším prvkům na zvýšené napětí.

Existuje mnoho způsobů, jak snížit stres. Volba té či oné metody závisí na konkrétní úloze, která obecně určuje účinnost celého zařízení. Budeme zvažovat nejjednodušší metodu – dělič napětí na rezistorech, který se však v praxi poměrně často používá, ale výhradně v obvodech s nízkým výkonem, což je vysvětleno níže.

Výpočet děliče napětí na rezistorech

K výrobě a výpočtu nejjednoduššího děliče napětí stačí zapojit dva odpory do série a připojit je ke zdroji energie. Toto schéma je velmi běžné a používá se ve více než 90 % případů.

Vstup obvodu má dvě svorky a výstup tři. Se stejnými hodnotami odporu R₁ и R₂ výstupní napětí U_výstup1 и U_výstup2 jsou také stejné a poloviční velikosti vstupu U_in. Navíc je to den volna U lze odstranit z kteréhokoli z rezistorů – R₁ nebo R₂. Pokud odpory nejsou stejné, pak výstup U bude na rezistoru vyšší hodnoty.

Přesný poměr U_výstup1 к U_výstup2 Pojďme to vypočítat pomocí Ohmova zákona. Rezistory spolu se zdrojem energie tvoří sériový obvod, takže protéká množství elektrického proudu R₁ и R₂ je určeno poměrem napětí napájecího zdroje U_in na součet odporů:

Je třeba poznamenat, že čím větší je součet odporů, tím nižší je proud. I se stejnou hodnotou U_in.

Dále, podle Ohmova zákona, dosazením aktuální hodnoty zjistíme U_výstup1 и U_výstup2:

Dosazením hodnoty z úplně prvního vzorce do posledních dvou vzorců zjistíme výstupní hodnotu U v závislosti na vstupu a odporech dvou rezistorů:

Při použití děliče napětí s rezistory je třeba pochopit a pamatovat si následující:

1. 1. Účinnost takového obvodu je poměrně nízká, protože pouze část energie ze zdroje je dodávána do zátěže a zbytek energie se přeměňuje na teplo generované v rezistorech. Čím více napětí klesne, tím méně energie bude dodáváno ze zdroje energie do zátěže.
   1. Vzhledem k tomu, že zátěž je paralelně připojena k jednomu z rezistorů děliče, tedy bočník, celkový odpor obvodu klesá a dochází k redistribuci úbytků napětí. Proto musí být zatěžovací odpor mnohem větší než odpor dělicího rezistoru. V opačném případě bude obvod pracovat nestabilně a bude se odchylovat od specifikovaných parametrů.
   2. Distribuce U между R₁ и R₂ je určen pouze jejich relativními hodnotami, nikoli jejich absolutními hodnotami. V tomto případě je jedno, zdaR₁ и R₂ mají hodnotu 2 kOhm a 1 kOhm nebo 200 kOhm a 100 kOhm. S nižšími hodnotami odporu však můžete získat více energie na zátěži, ale nezapomeňte, že více energie se přemění na teplo, to znamená, že je nenávratně promrháno.

   

   

   Někdy se také používají složitější děliče napětí, sestávající z několika rezistorů zapojených do série.

   

   Dělič napětí na proměnném rezistoru

   Obvod děliče napětí využívající proměnný odpor se nazývá obvod potenciometru. Otáčením ovladače hlasitosti hudebního centra nebo autorádia plynule měníte napětí dodávané do zesilovače audio frekvence. O principu činnosti a montáži nejjednoduššího výkonového zesilovače zde již byla řeč.

   

   Při pohybu (otočení) rukojetí proměnného rezistoru shora dolů na výkresu dochází k hladké změně U z hodnoty zdroje energie na nulu.

   Ve zvukové technice se používají hlavně proměnné rezistory s logaritmickou závislostí, protože lidský sluch vnímá zvuky s touto závislostí. Pro regulaci úrovně zvuku současně na dvou kanálech se používají duální proměnné rezistory.

   

   

   Jako děliče napětí se používají variabilní odpory, které mají následující závislosti odporu na úhlu natočení rukojeti: logaritmické, lineární a exponenciální. K řešení konkrétního problému se používá specifický typ závislosti.

   

   Další články na toto téma

   Milý Dmitry, dobrý den! O elektroniku se zajímám od nuly. V této lekci (12) v obvodu se 4 odpory není zcela jasné, jak se získá napětí 9 V. A zbytek napětí vyvolává otázky. Máte někde vysvětlení, jak se to počítá? Z nějakého důvodu se mi to nesčítá ani nepočítá. Prosím o upřesnění. 04.10.2023 Odpovědět