Для чего нужен делитель
Как рассчитать делитель напряжения
В электронике и сложных электрических цепях часто требуется деление входящего напряжения. Для этих целей в схему вносится устройство, которое называется делитель. Статья даст описание, что такое делитель напряжения, для чего нужен этот элемент и где он применяется. Будут приведены различные варианты этого устройства, формулы, а так же способы расчета его параметров.
Определение
Делитель электрического напряжения — это схема из комбинации электронных компонентов, необходимая для разделения действующего входящего напряжения на части и для дальнейшей передачи этих частей к разным участкам схемы. Его используют очень часто в усилителях различного предназначения.
Делители напряжения могут быть построены с использованием различных элементов. В их роли могут выступать резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Независимо из каких компонентов построено устройство, оно состоит из 2 основных частей:
Оба плеча имеют строго последовательное соединение. Сумма напряжений их выходов равна общему входящему значению за вычетом небольшой величины рассеивания.
Делитель на резисторах
Чтобы понять, как работает делитель напряжения, необходимо рассмотреть этот простой элемент, построенный с использованием резисторов. Такое устройство может использоваться для деления переменного или постоянного тока. Простейший прибор состоит из 2 резисторов с последовательным соединением. Принцип работы будет следующим:
Первоначальный расчет величины делается с использованием выражения: U=I·R.
В таких устройствах основную роль играет всем нам известный закон Ома. Согласно ему, должно сохраняться условие, при котором снижение напряжения имеет прямую пропорциональность величине сопротивления резисторов.
Принимая во внимание первый закон Кирхгофа, входящая величина напряжения будет равна величине токов, протекающих через резисторы. Ниже приведена схема резисторного делителя напряжения.
Определить величину падения напряжения на каждом резисторе можно по формулам, которые представлены ниже:
Отсюда можно сделать вывод о величине на обоих концах цепи:
Далее можно определить значение тока в цепи, используя выражение:
Значение напряжения на каждом резисторе вычисляется по отдельным формулам:
Если резистивный делитель напряжения состоит из резисторов с разными сопротивлениями, выражение поможет рассчитать величину для каждого элемента отдельно. Для примера можно выполнить следующее вычисление:
Для начала необходимо найти силу тока, протекающего по данной цепи: I=50/(5000+5000)=0.005 А=5 мА.
Далее можно узнать величину падения напряжения для каждого резистора по формуле: U1=0.005×5000=25 вольт.
Так как оба резистора имеют одинаковое сопротивление, выходная величина «U2» также равна 25 В. Теперь проведем простой расчет с разными значениями сопротивлений.
Сначала найдем силу тока: I=50/(5000+3000)=0.00625 А=6.25 мА.
Далее отдельно вычислим значение падения напряжения:
Рассчитанная величина имеет коэффициент рассеивания, который равен 2 вольта, поэтому точные значения как в примере увидеть не получится.
Благодаря данным формулам можно рассчитать любой неизвестный параметр делителя, но также необходимо помнить, что входной ток делителя должен быть минимум в 10 раз больше тока нагрузки и меньше максимального тока источника. Например, с нагрузкой в 20 мА, входящий ток должен быть больше 200 мА и источник рассчитан на такой же ток или больше. Поэтому не часто можно встретить делитель в схемах с большой нагрузкой.
Резисторный делитель электрического напряжения страдает от потерь, связанных с рассеиванием. Это связано с тем, что резисторы при работе нагреваются и часть тока при этом просто преобразуется в тепловую энергию.
Делитель на конденсаторах
Делитель электрического напряжения на конденсаторах может использоваться только в цепях переменного тока. Конденсаторы используются, как емкостные реактивные сопротивления.
В делителях конденсаторного типа должно сохраняться правило зависимости сопротивления от частоты и емкости самих конденсаторов. Если используется ёмкостный делитель, то расчет сопротивления конденсатора делается с помощью формулы:
Данная формула состоит из следующих значений:
Для подобных схем должно сохраняться условие: сопротивление всегда меньше емкости. Исходя из этого, можно сделать вывод, что чем больше ёмкостные характеристики конденсатора, тем меньше степень падения напряжения. Расчет выходящего напряжения с двумя конденсаторами можно сделать следующим образом:
Конденсаторный тип устройств более устойчивый, чем делитель напряжения на резисторах. При его работе прослеживается практически нулевая потеря при рассеивании. Причина этого эффекта в качестве и составе самого диэлектрика.
Дополнение схем
При создании схем УНЧ, инженерам необходимо занижение высоковольтного значения тока для обеспечения нормальной работы транзистора. Справится с этой задачей помогает делитель. Например, такое резисторное устройство используется для питания базового контакта транзистора. Таким образом создается обратная отрицательная связь по электрическому току, которая возникает благодаря наличию резистора R3. Схема усилителя каскада по схеме с ОЭ представлена на рисунке ниже.
При проектировании стабилизаторов используется стабилитрон, как часть балансного делителя. Такая схема помогает снизить нагрузку на устройство, значительно выровнять выходной ток. Стабилитрон, как и диод работает на пробой, если обратный ток достигает определенной величины.
Основное отличие заключается в том, что при повышении порогового значения, в стабилитроне не происходит теплового, электрического пробоя из-за линейной разности потенциалов.
Заключение
В статье была дана информация, как произвести расчет делителя напряжения, описаны разновидности этих устройств, формулы расчета. Зная, зачем используется делитель, можно применять это устройство для создания простых и сложных электронных схем с занижением напряжения до необходимых значений.
Видео по теме
Делитель напряжения
Делитель напряжения — это это цепь, состоящая из двух и более пассивных радиоэлементов, которые соединены последовательно.
Делитель напряжения на резисторах
Давайте разберем самый простой делитель напряжения, состоящий из двух резисторов. Эти два резистора соединим последовательно и подадим на них напряжение. Напряжение может быть как постоянное, так и переменное.
Подавая напряжение на эту цепь, состоящую из двух резисторов, у нас получается, что цепь становится замкнутой, и в цепи начинает течь электрический ток с какой-то определенной силой тока, которая зависит от номиналов резисторов.
Итак, мы знаем, что при последовательном соединении сила тока в цепи одинакова. То есть какая сила тока протекает через резистор R1, такая же сила тока течет и через резистор R2. Как же вычислить эту силу тока? Оказывается, достаточно просто, используя закон Ома: I=U/R.
Так как наши резисторы соединены последовательно, то и их общее сопротивление будет выражаться формулой
То есть в нашем случае мы можем записать, что
Как найти напряжение, которое падает на резисторе R2?
Так как ток для обоих резисторов общий, то согласно закону Ома
Подставляем вместо I формулу
и получаем в итоге
Для другого резистора ситуация аналогичная. На нем падает напряжение
Для него формула запишется
что и требовалось доказать.
Эта формула также работает и для большого количества резисторов.
Как работает делитель напряжения на практике
Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультиметр:
Замеряем сопротивление маленького резистора, R1=109,7 Ом.
Замеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.
Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт. Замер напряжения производим с помощью мультиметра.
Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно. Напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. Силу тока мы будем замерять в дальнейшем также с помощью мультиметра.
Замеряем падение напряжения на большом резисторе, который обладает номиналом в 52,8 Ом. Мультиметр намерял 3,21 Вольта.
Замеряем напряжение на маленьком резисторе номиналом в 109,7 Ом. На нем падает напряжение 6,77 Вольт.
Ну что, с математикой, думаю, у всех в порядке. Складываем эти два значения напряжения. 3,21+6,77 = 9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Спишем на погрешность щупов и средств измерений. Вот наглядный пример того, что мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения. Мы еще раз убедились, что сумма падений напряжений на каждом резистора равняется напряжению питания, которое подается на эту цепь.
Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов
Давайте убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова. Как измерить силу тока постоянного напряжения, я писал здесь. Как видим, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цепи, в середине цепи и даже в конце цепи. Где бы мы не обрывали нашу цепь, везде одно и то же значение силы тока.
Переменный резистор в роли делителя напряжения
Для того, чтобы плавно регулировать выходное напряжение, у нас есть переменный резистор в роли делителя напряжения. Его еще также называют потенциометром.
Его обозначение на схеме выглядит вот так:
Принцип работы такой: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление. Сопротивление относительно среднего контакта по отношению к крайним может меняться в зависимости от того, куда мы будем крутить крутилку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на мощность 1Вт и имеет полное сопротивление 330 Ом. Давайте посмотрим, как он будет делить напряжение.
Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то мы не будем нагружать его большим напряжением. Мощность, выделяемая на каком-либо резисторе рассчитывается по формуле P=I 2 R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.
Для этого выставляем на блоке напряжение в 1 Вольт и цепляемся к нашему резистору по двум крайним контактам.
Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 Вольта.
Замеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 Вольта
Суммируем напряжение и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять где-то затерялись. Скорее всего на щупах, так как они тоже обладают сопротивлением. Как вы видите, простой переменный резистор мы можем использовать в роли простейшего делителя напряжения.
Похожие статьи по теме «делитель напряжения»
Все о делителе ТВ сигнала
Отправим материал на почту
Иногда в квартире имеется несколько телевизоров. Поступающий сигнал распределяют между ними. При этом необходимо обеспечить максимально высокое качество видео и аудио на каждом из них. Чтобы полноценно использовать делитель ТВ сигнала, следует разобраться в принципах его работы и понимать, как правильно его выбрать.
Внешний вид
Разветвитель по виду напоминает небольшую коробочку. Обычно на ней имеются ушки для надёжного крепления на стену. В нём предусмотрен разъём для входного кабеля, через который поступает сигнал. Также имеется несколько выходных гнёзд, куда нужно подключать кабели для имеющихся в доме телевизионных приёмников. Материалом для корпуса служит лёгкий и прочный материал. Для этой цели часто используется латунь или силумин.
Параметры устройства
При выборе нужно учитывать технические параметры работы устройства:
При выборе разветвителя его параметры должны соответствовать конкретной ситуации покупателя. Если будут использоваться не все разъёмы, то на оставшиеся рекомендуется поставить заглушки.
Разновидности
Применяются различные виды конструкций, каждая из которых имеет свои особенности. При выборе нужно учитывать, что предпочтение зависит от задач, стоящих перед пользователем.
Сплиттер
Это устройство разделяет поступающий сигнал на нужное количество потребителей. При этом его характеристики изменяются соответствующим образом. Сказанное можно пояснить на следующем примере. Если входной сигнал имеет уровень 12 дБ, то при разделении на два телевизора каждый из них получит по 6 дБ. Для трёх эта величина будет равна 4 дБ.
Ответвители
Такая конструкция применяется для преобразования сигнала в многоквартирных домах. При этом он распределяется на каждый этаж разветвителями. А затем в каждую квартиру при помощи ответвителей. Здесь обычно используется два выхода, причём сигнал на одном из них мощнее. Последний может быть использован для подключения ещё одного аналогичного устройства. Кабель от более слабого выхода будет применен для передачи сигнала в квартиру.
Сумматоры
Их можно использовать для одновременной работы с эфирными и цифровыми каналами. Он может работать только с двумя потребителями. Если одно из приёмных устройств будет отключено, то сохранится возможность использовать другое.
Как выбирать
Важно понимать, что чем больше приёмных устройств, тем больше ослабнет поступающий сигнал. Это приемлемо в тех случаях, когда он изначально высокий. Если это не так, то нужно выбирать активный антенный разветвитель. Его желательно устанавливать рядом с приёмной антенной.
Сначала нужно определить требуемые параметры прибора. Для этого заходят в настройки и смотрят частоты используемых каналов. Важно, чтобы верхний порог диапазона был выше этой частоты.
Нужно учесть количество имеющихся телевизионных приёмников и подумать о том, планируете ли покупать новую технику. Если это так, то для них также нужно предусмотреть выходы разветвителя. Их количество в купленном устройстве должно соответствовать.
При покупке нужно оценить внешний вид устройства. Если планируется разместить в специальном коробе, то нужно подобрать размеры так, чтобы он мог там поместиться.
На корпусе телевизора может быть предусмотрено место для крепления устройства. Если его планируют здесь закрепить, нужно чтобы разветвитель ему соответствовал. Недопустимо прикреплять его таким образом, чтобы он свободно болтался.
При покупке нужно определить типы доступных разъёмов. Они должны соответствовать имеющимся кабелям. Сделав выбор рекомендуется посмотреть в интернете, какие модели подойдут. При необходимости стоит предпочесть активный разветвитель.
Принцип работы
На первый взгляд может показаться, что можно непосредственно соединить несколько выходных кабелей к входному. На самом деле это, хотя и будет работать, но сделает сигнал настолько низкокачественным, что смотреть его будет невозможно.
Дело в том, что каждый кабель имеет определённое волновое сопротивление. У входного и выходного они будут различными. Если их соединить с другим при помощи скрутки, то часть сигнала пройдёт через неё, а большая часть отразится. Девайс устроен таким образом, что потеря качества при передаче является минимальной. Активный антенный ТВ разветвитель может полностью компенсировать потерю качества сигнала.
Выполнение подключения
При подсоединении кабелей нужно учитывать следующее:
Для того чтобы провести подключение, требуется выполнить следующие действия:
После этого можно приступать к просмотру доступных программ. После завершения монтажа нужно проверить качество изображения. Если оно будет недостаточно высоким, рекомендуется использовать более мощную антенну, или применить делитель ТВ активного типа.
Использование разделителей в квартире
Необходимо обратить внимание на расположение устройств внутри квартиры. Правила установки зависят от структуры соединения. Она может быть равновесной или неравновесной. Сказанное удобно пояснить на следующем примере.
В квартиру телевизионный сигнал поступает по одному кабелю. Приёмники находятся от него на одинаковом расстоянии. В этом случае можно использовать простой делитель. Который разделит входной сигнал на несколько одинаковых.
Если телевизоры находятся на различном расстоянии от входного кабеля, то соединения будут иметь различную длину. Таким образом на ближний сигнал будет наиболее качественным, а на наиболее удалённый — наименее. Здесь имеется неравновесная структура.
В этом случае используют ответвитель, который разделит сигнал на два, один из которых мощный, а другой относительно слабый. Последний предназначен для ближайшего телевизионного приёмника, а другой — для следующего ответвителя. Такая схема позволит получить максимальное качество видео и аудио на всех имеющихся устройствах. Разветвители позволят осуществить перераспределение мощности входного сигнала.
При использовании сплиттера необходимо выбрать для него подходящее место. Важно, чтобы длина кабелей была минимальной. При использовании трёх или большего количества телевизоров ожидается, что сигнал станет достаточно слабым. Это позволит смотреть аналоговые каналы, но не цифровые.
Для последних высокое качество сигнала имеет решающее значение. В этом случае рекомендуется использовать воспользоваться активным разветвителем. Он позволит усилить входной сигнал в необходимой степени. Нужно учитывать, что усиление сигнала можно делать также сразу после антенны.
Чем больше выходов у делителя, тем сильнее будет затухание. Поэтому не рекомендуется приобретать прибор, в котором больше гнёзд для подсоединения, чем необходимо. Если имеется только два телевизора, не советуют брать устройство на 3 или большее количество телевизионных приёмников. При его использовании может происходить не только ослабление сигнала, но и двоение изображения. Последнее связано с наличием пустых разъёмов. Чтобы избежать появления такого эффекта, на свободный разъём ставят заглушку с сопротивлением 75 Ом, который имитирует подключённую нагрузку.
Заключение
Делитель ТВ позволит использовать одну антенну для двух или большего количества телевизоров. Для того чтобы обеспечить высокое качество приёма, нужно правильно выбрать и подключить устройство. Если качество показа не соответствует желаемому, нужно ещё раз проверить правильность и аккуратность подключения.