Odporový dělič napětí, výpočet, obvod, kalkulátor

Taková zařízení se používají k vytvoření požadovaného napětí v konkrétním uzlu elektrického obvodu. To je nezbytné pro zajištění funkčnosti regulátorů, filtrů a senzorů. Pomocí níže uvedených informací se můžete naučit, jak vypočítat úbytek napětí na rezistoru sami a pomocí automatických kalkulaček. Názorné příklady a kvalifikovaná doporučení poslouží v praxi.

Obvody děliče napětí

Odporový dělič napětí

Obecně zařízení tohoto typu provádějí převod podle vzorce Uven=Uvx*K, kde:

• Uin (out) – napětí na vstupu a výstupu;
• K je korekční faktor udávající přenosové schopnosti uzlu.

Vezmeme-li první příklad z obr. výše, k objasnění podstaty procesů je vhodný druhý Kirchhoffův zákon. V souladu s tímto pravidlem bude celková hodnota napětí na sériově zapojených odporech rovna součtu EMF na každém prvku. Protože se proud v uzavřené smyčce nemění, lze pro výpočet použít Ohmův zákon:

U (napětí) = I (proud) * R (elektrický odpor)

Spodní část obvodu (rameno) slouží k získání požadované změny vstupního parametru.

Druhy a princip činnosti

Tato publikace se podrobně zabývá odporovým děličem napětí. To předpokládá linearitu obvodové charakteristiky. V takových obvodech je výpočet odporu pro snížení napětí na požadovanou úroveň zjednodušen. Při připojení stejnosměrného zdroje se napětí dělí přímo úměrně k hodnotám elektrických odporů dolních a horních ramen.

Obvody s reaktivními charakteristikami

Pokud vytvoříte podobný obvod s kondenzátory, pak pro zachování normální funkčnosti budete muset na vstup použít sinusovou vlnu. V tomto případě bude distribuce napětí provedena také na prvcích s kapacitními charakteristikami. Tento proces je však nutné uvažovat v dynamice s přihlédnutím k frekvenci a odpovídající změně amplitudy. Podobná technika se používá při práci s indukčními součástkami.

Hodnoty reaktance:

• Rc=l/(1*f*n*C);
• RL = 2*f*π*C.

Vzorce ukazují, že odpor kondenzátoru/cívky je nepřímo (přímo) úměrný kapacitě/induktanci. Podle toho se volí hodnoty prvků pro dělení napětí.

V uvedených příkladech se předpokládá, že vnitřní zátěžový odpor je nekonečně velký. Pro reálné výpočty se používají složitější vzorce s korekčními faktory. Jsou zohledněny skutečné komplexní charakteristiky obvodů.

Pro vaši informaci. U stabilizátorů napětí a některých dalších zařízení má odpor ramene děliče nelineární parametry.

Obvod děliče napětí pomocí rezistorů

Takové obvody se používají ke snížení výstupního napětí na požadovanou hodnotu. Rozdělení se provádí v proporcích stanovených projektem. Je třeba vzít v úvahu skutečný dopad břemene. Zkontrolujte spotřebu energie a vyberte vhodný rezistor na nízké straně.

Výpočet děliče napětí na rezistorech

V nejjednodušším zapojení jsou použity dva odpory. V případě potřeby se počet komponentů zvýší, aby bylo umožněno postupné nastavení. Pro výpočet děliče napětí nemusíte používat online kalkulačku. Podrobné pokyny níže vám pomohou získat přesný výsledek během několika minut.

Vzorec pro dělič napětí

Například se berou určité hodnoty:

• Vstupní konstantní napětí (Uin) – 20 Voltů;
• Odpory rezistorů R1 a R2 jsou 20 a 50 kOhm.

Vlastní výpočet odporového děliče online

Při stejných hodnotách odporu rezistoru bude dosaženo polovičního vstupního napětí. Pro tento příklad budete muset vypočítat podíl pomocí vzorce Ohmova zákona:

Dosazením původních hodnot lze snadno zjistit sílu proudu procházejícího daným sériovým obvodem:

20/ (20 000 + 50 000) = 0,000286 A

Úbytky napětí na jednotlivých prvcích budou:

• UR1 = 0,000286 * 20 000 = 5,72 V;
• UR2 = 0,000286 * 50 000 = 14,3 V.

Pro přímý výpočet napětí na pracovním rameni můžete použít vzorec:

UR2 = Uin * R2/ (R1+R2)

Výpočet děliče napětí pomocí online kalkulačky

Odpovídající programy nabízí návštěvníkům „páječka“ a další specializované stránky zdarma a bez registrace. Ve standardním formuláři vyplňte „okna“ napětím na vstupu a výstupu. Po potvrzení se automaticky provede výpočet se zobrazením hodnot elektrických odporů rezistorů a ztrátových výkonů.

Jak je zřejmé z příkladu, základní vzorce nejsou nijak zvlášť složité. Automatizovaný online výpočet děliče napětí pomocí rezistorů však umožňuje provádět více teoretických experimentů s minimálním časem. Takový nástroj je užitečný pro přesné určení hlavních parametrů děliče.

Tabulka výpočtu

Uvedené obrázky ukazují, že pro výrazné snížení Uout musí být odpor R1 výrazně větší než R2. Inverzní úměry se používají pro přibližně stejná napětí na vstupu a výstupu.

Celkové ztráty v obvodu jsou určeny ztrátovým výkonem. Čím nižší je odpor, tím silnější je proud. Pro nezávislé výpočty použijte vzorec:

přihláška

Použití takových obvodů v praxi je demonstrováno na následujících příkladech. Pro výpočet elektrických parametrů bez zohlednění zátěžového odporu jsou vhodné manuální a automatizované metody popsané výše.

Potenciometry

Pokud je rezistor vybaven jezdcem a odpovídajícím pohonem, lze odpor plynule měnit. Toto řešení umožňuje přesněji měnit výstupní napětí ve srovnání s diskrétními obvody. Hlavní nevýhodou je složitost konstrukce, která kromě zvýšení nákladů snižuje spolehlivost. Je nutné zajistit těsnost pracovního prostoru, aby se zabránilo kontaminaci a zabránilo se korozním procesům.

Schéma zapojení potenciometru

Odporové snímače

Tato možnost využívá schopnosti některých materiálů zvyšovat/snižovat elektrický odpor vlivem teploty, světelného toku a dalších vnějších vlivů. V dělicím rameni je instalován snímač vytvořený na základě těchto principů. Změny odpovídajících parametrů jsou sledovány úrovní výstupního napětí.

Zpětnovazební obvody v zesilovačích

Toto řešení poskytuje požadovaný zisk. V níže uvedeném diagramu nebude tento parametr nikdy nižší než jedna. Chcete-li zvýšit úroveň konverze, zvyšte hodnotu odporu R2 vzhledem k R1.

Dělič napětí v obvodu zpětné vazby

Nejjednodušší elektrické filtry

Pro filtrování jsou odpory R1 nebo R2 nahrazeny kondenzátorem. V první verzi umožňuje zařízení nerušený průchod vysokofrekvenčních součástek. Když frekvence klesne na určitou úroveň, zvýší se reaktance, což zabrání průchodu proudu. Podobně jsou provedeny změny ve spodním rameni děliče za účelem odříznutí nízkých frekvencí.

Napěťový zesilovač

Proměnný odpor mění úroveň signálu tak, aby se dosáhlo požadované hlasitosti zvuku. Taková zařízení využívají prvky s logaritmickou charakteristikou změny odporu, která dobře odpovídá přirozenému mechanismu vnímání lidskými sluchovými orgány.

Parametrický stabilizátor napětí

V takových obvodech lze spodní rameno děliče vytvořit pomocí zenerovy diody. Jeho proudově-napěťová charakteristika je volena tak, aby si výstupní napětí při změně vstupních parametrů udrželo požadovanou hodnotu.

Omezení aplikací

Z příkladů výpočtů uvedených v tabulce je jasně vidět, jak výrazně rostou ztráty se snižujícím se odporem obvodu. Energie se plýtvá na vytápění prostředí. Při velkém ztrátovém výkonu je nutné používat systémy nuceného chlazení a pasivní radiátory.

Výše uvedené výpočty nepočítaly se zatížením. Pokud přidáte odpor odpovídající reálným podmínkám, vznikají v paralelním obvodu další ztráty.

Vliv zátěžového odporu

První část obrázku ukazuje typický dělič poskytující výstupní napětí 5 V. Při odběru proudu 0,01 A bude zatěžovací odpor 0,5 kOhm. Pomocí výpočtového vzorce pro paralelní obvod lze snadno zjistit celkovou hodnotu R = 1/(1/R2 + 1/R zátěž) = 0,25 kOhm. Toto přidání sníží plánovanou hodnotu Uout na 3,46 V.

Snížením R2 můžete snížit škodlivý vliv na výstupní napětí (4,75 V). Tento způsob, znázorněný v druhé části obrázku, je však doprovázen značnými energetickými ztrátami. Proud bude protékat oblastí s menším odporem a nebude vykonávat užitečné funkce. V tomto příkladu musíte vybrat R1, který má jmenovitý výkon alespoň 2 W, aby byl zajištěn spolehlivý provoz zařízení.

Regulační a technická dokumentace

Normy na toto téma můžete studovat v GOST 11282-93. Norma je účinná od 1. ledna 1996. Poslední změny byly provedeny 12. září 2018.

Dokument poskytuje informace o dovolených chybách, tolerancích a dalších normách.