Иногда возникает необходимость в получении напряжения определенной величины, отличной от имеющейся у нас. В таких случаях можно воспользоваться различными методами, такими как использование альтернативного источника питания, регулирование с помощью потенциометра, применение трансформатора и так далее. Рассмотрим, например, процесс расчета делителя напряжения, который позволяет достичь нужного значения напряжения.
Все зависит от того, как и где вы хотите использовать полученное напряжение.
В данной статье, я бы хотел рассказать о делите напряжения на резисторах. Это самый простой делитель напряжения из всех. Можно сказать, что классика среди делителей.
Во первых — делитель напряжения, это некое устройство (назовем его общим именем для того, чтобы дать понимание его предназначению), которое состоит из последовательно соединенных элементов, являющихся частью цепи, на выводах которых находится часть напряжения питания. Сумма напряжений на выводах каждого их элементов будет равняться общему напряжению равному источнику питания.
Начнем с самого начала:
Наглядно, как получается делить напряжение можно проследить на следующих рисунках:
Рис.1 — Источник питания с не замкнутой цепью.На рис.1 видно источник питания постоянного тока, и резистор. Цепь не замкнута, значит по ней не протекает ток.
Очень важно понимать, что ток протекает в замкнутой цепи. Иначе куда ему течь. Главной силой, которая движет наши заряды по проводникам в нашей схеме является источник питания. Благодаря ему создается в цепи напряжение и ток.
Так как резистор представляет собой цельный элемент (участок с определенным сопротивлением) без разрывов в цепи, то все приложенное напряжение с одного конца, будет равняться напряжению на другом его конце в виду того, что цепь не замкнута. Напряжение не заметит разницы, что на одном, что на другом конце резистора будет одно и тоже напряжение источника питания, для напряжения резистор просто проводник с неким сопротивлением — цепь же не замкнута, нагрузки для источника нет (зеленый цвет на рис.1).
Теперь давайте соединим нижний вывод резистора с минусом источника питания, получим следующую картину:
Рис.2 — замкнутая цепь с источником питания и резистором по которой протекает ток.Замкнув цепь с минусом источника питания, мы дали возможность току от источника питания, пройти через резистор и вернуться к источнику питания. Обратите внимание, что напряжение в цепи, помеченное зеленым цветом, уже не проходит через резистор напрямую, а сосредотачивается главным образом в верхней части. Через резистор уже идет ток (желтые точки).
Резистор, в нашей схеме, создал участок цепи с сопротивлением 10 кОм. Ток, который протекает в нашей цепи, можно рассчитать по закону Ома:
U = R x I
I = U / R
R = U / I
Подставив значения получим:
I = 10 В / 10 кОм = 0,001 А = 1 мА.
Немного пролили свет на то, что происходит в цепи с подключенным резистором.
Но, так как в схемах используют различные электронные компоненты, реализующие ту или иную логику работы, играясь с напряжениями и токами, то теперь давайте все же реализуем делитель на резисторах, как одного из «ведущих игроков» в этой отрасли.
Для этого последовательно добавим еще один резистор в нашу цепь :
Рис.3 — делитель напряжения на 2 резисторах с одинаковым номиналом.Мы подключили резистор с таким же номиналом сопротивления, как и предыдущий резистор.
Резистор подобрали одинаковый, для того, чтобы было проще и наглядней видеть, что происходит с напряжением и проследить зависимости.
Так как номиналы резисторов имеют одинаковое значение, то общее сопротивление цепи, состоящей из двух резисторов соединенных последовательно будет уже 20 кОм = 20000 Ом, так как при последовательном соединении резисторов сопротивление складываются. Сопротивление в 2 раза стало больше, значит ток, стал в два раза меньше, проверим это утверждение по формуле закона Ома:
I = U / R = 10 / 20 = 0,0005 А или 0,5 мА (ток с одним был 1 мА) значит ток действительно стал в 2 раза меньше.
Для того, чтобы найти напряжение в точке соединения двух резисторов, нам нужно общий ток, который идет через оба резистора, по закону Ома умножить на сопротивление того элемента, напряжение на котором нам надо узнать.
Причем напряжение измеряется относительно минуса источника тока.
Для этого мы и рассчитали общий ток в цепи. Берем значение тока, умножаем на значение сопротивления и находим напряжение на выводах второго резистора:
U = R x I = 10 000 Ом x 0.0005А = 5В
Итог, в средней точке у нас напряжение равное 5 В.
Теперь давайте возьмем случай, когда используем разные номиналы резисторов:
Рис.4 — делитель на резисторах с разным номиналом сопротивленияВ той же точке, где два резистора соединяются вместе мы будет иметь другое значение напряжения. В примере из рис.4, когда одно сопротивление равно 10 кОм, а второе 7 кОм мы получим напряжение равное примерно 4,12 В.
Рассчитывается значение напряжения точно так же, как и с 10 кОм выше.
На рис.4 случай с двумя резисторами, а теперь давайте усложним еще больше нашу схему и посмотрим, что будет если мы добавим резисторов в цепь:
Рис. 5 — делитель напряжения на примере разного числа резисторовНа рис.5 можно видеть, как распределяется напряжение в разных ветвях цепи и на каждом элементе в отдельности. Все значения напряжения измеряются от минуса, следовательно занчения сопротивлений тоже считаются от минуса к плюсу.
На рис.5 делитель состоящий из 4 резисторов по 1 кОм увеличивает свое сопротивление от нижнего к верхнему элементу, так как минус источника тока находится снизу.
Я упомянул слово «ветви» цепи, так как у нас уже 3 ветви и 2 узла. Но это уже совсем другая история, относящаяся к графам и затрагивающая очень обширную тему.
Важно понять суть происходящего, а она заключается в том, что у имея на руках источник питания постоянного тока, мы можем используя делитель напряжения на резисторах и получить нужную нам величину напряжения пользуясь лишь законом Ома.
Алгоритм очень прост
Для реализации делителя напряжения на сопротивлениях нужно сделать следующие шаги:
- Решить какое напряжение нам необходимо иметь на выходе;
- Задаться необходимым значением тока на выходе;
- Используя закон Ома найти необходимое значение сопротивлений для заданного тока;
Где и для чего используют делитель напряжения на резисторах описать в рамках той статьи сложно, да и нет необходимости, важно знать, что вся электроника переплетена делителями, как нитями.
Спасибо, что дочитали до конца!
Подписывайте на канал РОБОТИП впереди много интересного!
В чем разница между линейным и фазным напряжением?
Линейное напряжение и фазное напряжение относятся к электрическим системам, в которых используется трехфазное переменное напряжение.
Линейное напряжение (U<sub>л</sub>) является разностью потенциалов между любыми двумя фазами в трехфазной системе. В трехфазной системе линейное напряжение можно вычислить по формуле:
U<sub>л</sub> = √3 * U<sub>ф</sub>,
где U<sub>ф</sub> — фазное напряжение.
Фазное напряжение (U<sub>ф</sub>) — это потенциал между любой фазой и нулевой точкой в трехфазной системе.
Разница между линейным и фазным напряжением заключается в том, что линейное напряжение является напряжением между фазами, а фазное напряжение является напряжением между фазой и нулевой точкой. Фазное напряжение используется для расчета мощности однофазной нагрузки, а линейное напряжение используется для расчета мощности трехфазной нагрузки.
Видео. Урок 18. Делитель напряжения на конденсаторах
