Dělič napětí: obvod a výpočet Amperka / Wiki

Pro získání pouze části původního napětí se používá dělič napětí. Jedná se o obvod sestavený pomocí dvojice rezistorů.

V příkladu je na vstup přivedeno standardních 9 V Ale jaké napětí bude získáno na výstupu V_out? Nebo ekvivalentní otázka: jaké napětí ukáže voltmetr?

Protékající proud R1 и R2 to samé až do výjezdu V_out nic není připojeno. A celkový odpor dvojice rezistorů v sériovém zapojení:

Tedy proud protékající odpory

Nyní, když známe proud v R2, spočítejme napětí kolem něj:

$$ V_ = I cdot R_2 = 0.01 jednotek cdot 500 jednotek = 5 jednotek $$

Nebo pokud dáte vzorec v obecném tvaru:

Pomocí několika rezistorů jsme tedy změnili vstupní napětí z 9 na 5 V. Je to snadný způsob, jak získat několik různých napětí v jednom obvodu a přitom mít pouze jeden zdroj.

Použití děliče ke čtení hodnot senzoru

Dalším použitím děliče napětí je odečítání hodnot ze senzorů. Existuje mnoho komponent, které mění svůj odpor v závislosti na vnějších podmínkách. Termistory tedy mění odpor z nuly na určitou hodnotu v závislosti na teplotě, fotorezistory mění odpor v závislosti na intenzitě světla dopadajícího na ně atd.

Pokud ve výše uvedeném diagramu nahradíme R1 nebo R2 na jednu z těchto složek, V_out se bude měnit v závislosti na vnějších podmínkách ovlivňujících senzor. Připojením tohoto výstupního napětí k analogovému vstupu Arduino můžete přijímat informace o teplotě, úrovni osvětlení a dalších parametrech prostředí.

Hodnotu výstupního napětí při určitých parametrech prostředí lze vypočítat porovnáním dokumentace pro proměnnou složku a obecného vzorce pro výpočet V_out.

Zatížení připojení

S děličem napětí není vše tak jednoduché, když je k výstupnímu připojení připojen nějaký proudový spotřebič, který se také nazývá zatížení (zatížení):

V tomto případě V_out již nelze vypočítat pouze na základě hodnot V_in, R1 и R2: zátěž sama o sobě vyvolává další pokles napětí. Nechť zátěž je něco, co spotřebuje proud 10 mA při napájení 5 V. Pak její odpor

V případě připojené zátěže by měla být spodní část děliče považována za dva paralelně zapojené odpory:

Dosazení hodnoty do obecného vzorce výpočtu V_out, dostaneme:

Jak vidíte, připojením zátěže jsme ztratili více než jeden a půl voltu napětí. A čím výraznější ztráty budou, tím vyšší bude nominální hodnota R2 ve vztahu k odporu L. K neutralizaci tohoto efektu bychom mohli použít R1 и R2 například rezistory mají 10krát menší hodnotu.

Poměr je zachován V_out se nemění:

A ztráty se sníží:

Snížení odporu sdílených rezistorů má však nevýhodu. Velké množství energie ze zdroje energie půjde do země. Včetně situace, kdy je zátěž odpojena. To je malý problém, pokud je zařízení napájeno ze sítě, ale je to iracionální plýtvání, pokud je napájeno z baterie.

Kromě toho je třeba si uvědomit, že odpory jsou navrženy pro určitý maximální výkon. V našem případě zátěž na R1 je rovný:

A to je 4-8krát vyšší než maximální výkon nejběžnějších rezistorů! Pokus o použití popsaného obvodu se sníženým výkonem a standardními odpory 0.25 nebo 0.5 W neskončí dobře. Je velmi pravděpodobné, že výsledkem bude požár.

Použitelnost

Dělič napětí vhodný pro získání požadovaného nízkého napětí v případech, kdy připojená zátěž spotřebovává malý proud (zlomky nebo jednotky miliampérů). Příkladem vhodného použití je čtení napětí z analogového vstupu mikrokontroléru, buzení báze/brány tranzistoru.

Dělič nesedí pro napájení výkonných spotřebičů, jako jsou motory nebo LED pásky.

Čím nižší jsou hodnoty zvolené pro sdílené odpory, tím více energie se plýtvá a tím vyšší je zatížení samotných odporů. Čím vyšší jsou hodnoty, tím větší je dodatečný (nežádoucí) pokles napětí způsobený samotnou zátěží.

Pokud je odběr proudu zátěže v průběhu času nerovnoměrný, V_out bude také nerovnoměrný.

Pokud není uvedeno jinak, obsah této wiki je licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International

Odvozená díla musí obsahovat odkaz na http://wiki.amperka.ru jako původní zdroj, bezprostředně před obsah práce.
Wiki běží na skvělém enginu DokuWiki.

obvod design/napěťový dělič.txt · Poslední změna: 2024. 06. 04 19:31 — knopki

Nástroje stránky

• Zobrazit zdrojový text
• Historie stránky
• Odkazy zde
• nahoře

Zdravím všechny znovu!
Jak jsem slíbil, tentokrát budu stručně mluvit o pravidlech pro začlenění LED do elektrického obvodu, výpočet provozního režimu LED, výběr odporů omezujících proud pro ně a také dešifrování barevného kódu výstupních odporů.

Na internetu je mnoho informací o napájení LED, ale bohužel mnoho autorů vlastních návrhů často dělá chyby, z nichž hlavní je, když je několik LED připojeno ke společnému obvodu současně. . Nejprve se podívejme na rozsvícení jedné LED diody pro provoz na 12V napětí, ale předtím si definujme terminologii.

Jak jsem si všiml, lidé si často pletou sériové a paralelní zapojení jakýchkoli prvků elektrického obvodu. Uvažujme xy z xy.

1. Sériové připojení

V sérii – jedná se o řetězec, jeden po druhém, kdy je jedna svorka předchozí části připojena pouze k jedné svorce následující. Dobrým příkladem je kulatý tanec :)

Hlavní rysy tohoto spojení:

– v případě žárovek nebo LED, oni musí být stejné, navržený pro stejné napětí a proud, jinak některé z nich nebudou hořet, zatímco jiné budou hořet příliš jasně, dokonce až k vyhoření;
– součet napětí, pro který je každá žárovka navržena, by se měl rovnat (ideálně) nebo přibližně rovnat (v praxi) napětí baterie. Nebo naopak každá žárovka bude mít napětí rovné napětí baterie dělené počtem žárovek. Nebo ze třetí strany: součet napětí na všech prvcích sériového obvodu se rovná napájecímu napětí;
– v kterékoli části okruhu bude unikat stejný proud;
– pokud dojde k přepálení některé žárovky, zhasnou všechny najednou, protože se přeruší obvod.

2. Paralelní zapojení – všechny prvky obvodu jsou zapojeny tak, že ze dvou svorek jsou některé spojeny do jednoho vodiče, jiné do druhého. Jasným příkladem je dívka a mladý muž, kteří se drží za ruce, stojí tváří v tvář :))) No, nebo děti hrající si „vláček“.

Hlavní rysy:
– žárovky mohou být různého výkonu, pro různé proudy, ale pro stejné napětí, stejné (ideálně) nebo přibližně stejné (v praxi) napětí baterie;
– jakýkoli prvek bude mít stejné napětí;
— proud odebíraný z baterie je roven součet proudů všechny žárovky;
— pokud některá žárovka shoří, zbytek bude hořet dále.

Existuje i třetí možnost zapojení – smíšené zapojení, kdy je paralelně zapojeno více sériových obvodů a naopak.

V takovém spojení má každý typ řetězu stejné hlavní rysy jako jednotlivě. Mimochodem, když se podíváte pozorně, obvod zobrazený na obrázku 1 je také příkladem smíšeného zapojení: sekvenční zapojen obvod žárovky paralelní baterie :)))

Přejděme k tomu hlavnímu – LED diodám. Žárovky v podsvícení např. palubní desky VDO 2110 jsou zapojeny paralelně, každá žárovka je dimenzována na napětí 12V (pro žárovku je určujícím parametrem její provozní napětí, výkon a jejich počet závisí na pouze na napájení zdroje) a lze je připojit přímo k napájení. S LED je to jiné. Když LED dioda pracuje ve vypočítaném, normálním režimu, napětí na ní je obvykle 3. 3,3V, ale určujícím parametrem pro něj není napětí, ale proud. Vlastnosti polovodiče jsou takové, že když na něm postupně narůstá, řekněme, pomocí reostatu pro nastavení podsvícení, začne růst z nuly na určitou hodnotu (u LED je to zmíněná 3. .3,3V), po kterém napětí zůstává prakticky nezměněno, pak pouze zvyšuje proud. A když překročí určitou hodnotu, LED shoří. Pokud přivedete napětí přímo na LED z baterie, bude to stále 12 voltů, ale životnost diody bude určena sekundami, ne-li zlomky sekund.

Aby LED fungovala od 12V, je nutné omezit jeho proudaby nepřekročila maximální přípustnou hodnotu pro LED. To lze provést několika způsoby: pomocí rezistoru omezujícího proud, stabilizátoru proudu nebo pulsně šířkové modulace. Protože to vše píšu s ohledem na začátečníky, vynecháme poslední dvě metody – ti, kteří jsou „v nádrži“, již toto vše nepotřebují – a zvážíme metodu výpočtu rezistoru omezujícího proud.

Abychom snížili a omezili proud v obvodu LED, musíme zvýšit odpor tohoto obvodu. Připomeňme si zákon pana Ohma:

kde: I – proud, U – napětí, R – odpor

Naše napětí je vždy stejné – 12V. Někdo namítne – ne 12, ale 14,4V. Řekněme toto: naše napětí se vždy rovná napětí palubní sítě automobilu, ale abychom chránili LED před selháním, provedeme všechny výpočty pro maximální napětí – 14,4V. Takže naše napětí je vždy stejné – 14,4V. Jmenovitý proud moderních LED je obvykle 10. 20 mA. Toto (stejně jako provozní úbytek napětí v propustném směru na LED – 3. 3,3V hodnota zprůměrovaná pro většinu bílo-modro-červeno-zeleno-RGB LED ve verzi SMD) je lepší zkontrolovat v datovém listu, zda typ LED je známo. Pokud je typ neznámý, je lepší vzít hodnotu 10 mA – světlo bude slabší, ale proudovým přetížením rozhodně nevyhoří.

Pro zvýšení odporu obvodu LED je k němu sériově zapojen odpor omezující proud:

Abychom určili jeho hodnotu, zjistíme, kolik voltů by mělo přes rezistor klesnout. Připomeňme si pravidlo sériového obvodu: součet napětí na všech prvcích se rovná napájecímu napětí. Naše napájení je 14,4V. Jmenovité napětí na LED je 3,3V.

14,4V – 3,3V = 11,1V

To je přesně napětí, které by mělo být na rezistoru – 11,1V. Proud tekoucí obvodem (včetně LED) je 10. 20 mA. Například pro SMD LED o velikosti 3528 je jmenovitý proud obvykle 20 mA, ale pro větší bezpečnost vezměme o něco méně – 15 mA. Odvoďme odpor ze vzorce Ohmova zákona:

Napětí na rezistoru jsme vypočítali na 11,1V, proud procházející LED diodou a tedy rezistorem jsme zvolili 15mA. Odpor rezistoru R = 11,1V / 15mA = 0,74 kOhm. Obecně, pokud uděláte vše podle všech pravidel, proud by měl být uveden v ampérech a hodnota odporu bude v ohmech: 11,1 V / 0,015 A = 740 Ohmů. Což je v podstatě to samé :) Nejbližší standardní hodnota k vypočtené hodnotě je 750 Ohmů. Výpočet je dokončen.

Může být užitečné vypočítat výkon rezistoru, abyste měli jistotu, že vydrží. Chcete-li to provést, musíte vynásobit proud rezistorem (tentokrát v ampérech :)) napětím na něm: 11,1 V * 0,015 A = 0,17 W (zaokrouhleno). Nyní je výpočet zcela hotový – k napájení jedné LED potřebujeme rezistor o výkonu 0,25 W (nejbližší standardní hodnota) s odporem 750 Ohmů.

Pro pohodlí dám vše na jednu hromadu, ať je cheat sheet:

Místo rezistoru můžete do obvodu zařadit proudový stabilizátor, nyní je v síti mnoho jednoduchých obvodů. Možná se někdy dostanu k jejich popisu.

Nejčastěji se při přesvětlování různých panelů (přístrojové panely, kamna atd.) LED spojují do skupin (obvykle tři, méně často dvě), čímž se šetří odpory. A zde je nejdůležitější pravidlo: LED ve skupině musí být zapojeny pouze postupně!

Proč? Je to jednoduché. V sériovém obvodu protéká všemi prvky stejný proud, který můžeme přesně určit a nastavit pomocí rezistoru. Paralelně můžeme nastavit pouze celkový proud celého obvodu, který se bude rovnat součtu proudů procházejících LED; Na světě není nic ideálního, LED diody mají také řadu parametrů: některé spotřebují méně proudu, jiné více a může se ukázat, že proud třemi „špatnými“ LED je 45 mA (15 mA pro každou – zdá se spravedlivé, že ano?), ale kvůli širokému rozšíření jejich parametrů mohou dvě diody přijímat každá 10 mA, ale třetí dostane zbývajících 25, bude jednou uražen – a to je vše. A celkem bude stejných 45 mA.
Tak tady to je, nejtvrdší pravidlo: několik LED s jedním rezistorem – pouze v sérii. Tyto skupiny ale připojujeme k sobě paralelně, protože každá z nich bude dimenzována na 14,4V.

Výpočet pro skupinu dvou nebo tří diod se neliší od výše uvedeného, ​​pouze při výpočtu napětí na rezistoru od napájecího napětí musíte odečíst součet napětí všechny LED ve skupině (6,6V pro dva, 9,9 pro tři). Odpor a výkon se počítají stejným způsobem.

To je vlastně vše :)

A nakonec slíbená tabulka barevného kódování rezistorů a online služba pro jeho dekódování.

Děkuji za pozornost! Dobré plány a dobrou náladu všem :) Uvidíme se znovu ve vysílání!