Hvad er spændingsdelerreglen: eksempler og dens applikationer

Hvad er spændingsdelerreglen: eksempler og dens applikationer

I elektronik er spændingsdelerreglen en enkel og vigtigst elektronisk kredsløb , som bruges til at ændre en stor spænding til en lille spænding. Ved kun at bruge en i / p-spænding og to seriemodstande kan vi få en o / p-spænding. Her er udgangsspændingen en brøkdel af i / p-spændingen. Det bedste eksempel på en spændingsdeler er, at to modstande er forbundet i serie. Når i / p-spændingen påføres over modstandsparet, og o / p-spændingen vises fra forbindelsen mellem dem. Generelt bruges disse skillevægge til at reducere størrelsen af ​​spændingen eller til at skabe referencespænding og bruges også ved lave frekvenser som en signaldæmper. For DC og relativt lave frekvenser kan en spændingsdeler være passende perfekt, hvis den kun er lavet af modstande, hvor frekvensresponsen kræves over et bredt område.



Hvad er spændingsdelerreglen?

Definition: Inden for elektronik er en spændingsdeler et grundlæggende kredsløb, der bruges til at generere en del af dens indgangsspænding som et output. Dette kredsløb kan designes med to modstande, ellers passive komponenter sammen med en spændingskilde. Modstandene i kredsløbet kan tilsluttes i serie, mens en spændingskilde er forbundet over disse modstande. Dette kredsløb kaldes også en potentiel skillevæg. Indgangsspændingen kan overføres mellem de to modstande i kredsløbet, så spændingsdelingen finder sted.


Hvornår skal jeg bruge spændingsdelerreglen?

Spændingsdelerreglen bruges til at løse kredsløb for at forenkle løsningen. Anvendelse af denne regel kan også løse enkle kredsløb grundigt. Hovedkonceptet med denne spændingsdelerregel er “Spændingen er delt mellem to modstande, der er forbundet i serie i direkte forhold til deres modstand. Spændingsdeleren involverer to vigtige dele, de er kredsløbet og ligningen.





Forskellige skemaer for spændingsdeler

En spændingsdeler inkluderer en spændingskilde på tværs af en serie af to modstande. Du kan muligvis se de forskellige spændingskredsløb tegnet på forskellige måder, der er vist nedenfor. Men disse forskellige kredsløb skal altid være den samme.

Skemaer for spændingsdeler

Skemaer for spændingsdeler



I ovenstående forskellige spændingsdelerkredsløb er R1-modstanden tættest på indgangsspændingen Vin, og modstanden R2 er tættest på jordterminalen. Spændingsfaldet over modstand R2 kaldes Vout, som er den delte spænding i kredsløbet.

Beregning af spændingsdeler

Lad os overveje det følgende kredsløb forbundet med to modstande R1 og R2. Hvor den variable modstand er forbundet mellem spændingskilden. I nedenstående kredsløb er R1 modstanden mellem den variable glidekontakt og den negative terminal. R2 er modstanden mellem den positive terminal og glidekontakten. Det betyder, at de to modstande R1 og R2 er i serie.


Spændingsdelerregel ved hjælp af to modstande

Spændingsdelerregel ved hjælp af to modstande

Ohms lov siger, at V = IR

Fra ovenstående ligning kan vi få følgende ligninger

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Anvendelse af Kirchhoffs spændingslov

KVL angiver, at når den algebraiske sum af spænding omkring en lukket sti i et kredsløb er lig med nul.

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0

V (t) = V1 (t) + v2 (t)

Derfor

V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

Derfor

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Udskiftning af III i ligninger I og II

V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R1 / R1 + R2)

V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R2 / R1 + R2)

Ovenstående kredsløb viser spændingsdeleren mellem de to modstande, som er direkte proportional med deres modstand. Denne spændingsdelerregel kan udvides til kredsløb, der er designet med mere end to modstande.

Spændingsdelerregel ved hjælp af tre modstande

Spændingsdelerregel ved hjælp af tre modstande

Spændingsdelingsregel for over to modstandskredse

V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4

V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4

V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4

V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4

Spændingsdelerligning

Spændingsdelerregelligningen accepterer, når du kender de tre værdier i ovenstående kredsløb, de er indgangsspændingen og de to modstandsværdier. Ved at bruge følgende ligning kan vi finde udgangsspændingen.

Vault = Vin. R2 / R1 + R2

Ovenstående ligning angiver, at Vout (o / p spænding) er direkte proportional med Vin (indgangsspænding) og forholdet mellem to modstande R1 og R2.

Resistiv spændingsdeler

Dette er et meget let og simpelt kredsløb at designe såvel som at forstå. Den grundlæggende type af et passivt spændingsdelerkredsløb kan bygges med to modstande, der er forbundet i serie. Dette kredsløb bruger spændingsdelerreglen til at måle spændingsfaldet over hver seriemodstand. Det resistive spændingsdelerkredsløb er vist nedenfor.

I det modstandsdelende kredsløb er de to modstande som R1 og R2 forbundet i serie. Så strømmen i disse modstande vil være den samme. Derfor tilvejebringer det et spændingsfald (I * R) over enhver resistiv.

Modstandstype

Modstandstype

Ved hjælp af en spændingskilde tilføres en strømforsyning til dette kredsløb. Ved at anvende KVL & Ohms Law på dette kredsløb kan vi måle spændingsfaldet over modstanden. Så strømmen i kredsløbet kan gives som

Ved at anvende KVL

VS = VR1 + VR2

I henhold til Ohms lov

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

Strømmen gennem seriekredsløbet er I = V / R ifølge Ohms lov. Så strømmen er den samme i begge modstande. Så nu kan beregne spændingsfaldet over R2-modstanden i kredsløbet

IR2 = VR2 / R2

Vs / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

På samme måde kan spændingsfaldet over R1-modstanden beregnes som

IR1 = VR1/R1

Vs / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Kapacitive spændingsdelere

Kapacitivt spændingsdelerkredsløb genererer spændingsfald på tværs af kondensatorer, der er forbundet i serie med en vekselstrømforsyning. Normalt bruges disse til at reducere ekstremt høje spændinger til tilvejebringelse af et signal med lav udgangsspænding. I øjeblikket kan disse skillevægge anvendes på berøringsskærm-baserede tablets, mobiltelefoner og displayenheder.

Ikke som resistive spændingsdelerkredsløb, kapacitive spændingsdelere arbejder med en sinusformet vekselstrømforsyning, fordi spændingsdelingen mellem kondensatorerne kan beregnes ved hjælp af kondensatorens reaktans (XC), der afhænger af vekselstrømsforsyningens frekvens.

Kapacitiv type

Kapacitiv type

Den kapacitive reaktansformel kan udledes som

Xc = 1 / 2πfc

Hvor:

Xc = kapacitiv reaktans (Ω)

π = 3.142 (en numerisk konstant)

ƒ = Frekvens målt i Hertz (Hz)

C = kapacitans målt i Farads (F)

Hver kondensator reaktans kan måles af spændingen såvel som frekvensen af ​​vekselstrømsforsyningen og erstatter dem i ovenstående ligning for at få de ækvivalente spændingsfald på tværs af hver kondensator. Det kapacitive spændingsdelerkredsløb er vist nedenfor.

Ved at bruge disse kondensatorer, der er tilsluttet i serien, kan vi bestemme RMS-spændingsfaldet over hver kondensator med hensyn til deres reaktans, når de først er tilsluttet en spændingskilde.

Xc1 = 1 / 2πfc1 & Xc2 = 1 / 2πfc2

xCT= XC1+ XC2

VC1= Vs (XC1/ XCT)

VC2= Vs (XC2/ XCT)

Kapacitive skillevægge tillader ikke DC-input.

En simpel kapacitiv ligning for en AC-indgang er

Vault = (C1 / C1 + C2). Vin

Induktive spændingsdelere

Induktive spændingsdelere vil skabe spændingsfald over spoler, ellers er induktorer forbundet i serie over en vekselstrømsforsyning. Den består af en spole, der ellers er en enkelt vikling, der er adskilt i to dele, uanset hvor o / p-spændingen modtages fra en af ​​delene.

Det bedste eksempel på denne induktive spændingsdeler er autotransformatoren, der inkluderer flere tappepunkter med dens sekundære vikling. En induktiv spændingsdeler mellem to induktorer kan måles gennem reaktansen af ​​induktoren betegnet med XL.

Induktiv type

Induktiv type

Den induktive reaktansformel kan afledes som

XL = 1 / 2πfL

'XL' er en induktiv reaktans målt i ohm (Ω)

π = 3.142 (en numerisk konstant)

'Ƒ' er frekvensen målt i Hertz (Hz)

'L' er en induktans målt i Henries (H)

Reaktansen af ​​de to induktorer kan beregnes, når vi kender vekselstrømsforsyningens frekvens og spænding og bruger dem gennem spændingsdelerloven for at få spændingsfaldet over hver induktor er vist nedenfor. Det induktive spændingsdelerkredsløb er vist nedenfor.

Ved at bruge to induktorer, der er forbundet i serie i kredsløbet, kan vi måle RMS-spændingsfaldene over hver kondensator med hensyn til deres reaktans, når de først er tilsluttet en spændingskilde.

xL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2

xLT = xL1+ XL2

VL1 = Vs ( xL1/ XLT)

VL2 = Vs ( xL2/ XLT)

AC-input kan opdeles med induktive skillevægge baseret på induktans:

Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin

Denne ligning er for induktorer, der ikke interagerer, og gensidig induktans i en autotransformator vil ændre resultaterne. DC-indgangen kan opdeles baseret på elementernes modstand i henhold til den modstandsdelende regel.

Spændingsdeler Eksempel på problemer

Problemer med spændingsdelereksemplet kan løses ved hjælp af ovenstående resistive, kapacitive og induktive kredsløb.

1). Lad os antage, at den samlede modstand af en variabel modstand er 12 Ω. Glidekontakten er placeret på et punkt, hvor modstanden er opdelt i 4 Ω og 8Ω. Den variable modstand er forbundet over et 2,5 V batteri. Lad os undersøge den spænding, der vises over voltmeteret, der er forbundet over den 4 Ω sektion af den variable modstand.

I henhold til spændingsdelerreglen vil spændingsfald være,

Vout = 2,5Vx4 ohm / 12Ohm = 0,83V

2). Når de to kondensatorer C1-8uF & C2-20uF er tilsluttet i serie i kredsløbet, kan RMS-spændingsfaldene beregnes på tværs af hver kondensator, når de er forbundet til 80Hz RMS-forsyning og 80 volt.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 ohm

Xc2 = 1 / 2πfc2

1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 ohm

XCT = XC1 + XC2

= 248,8 + 99,52 = 348,32

VC1 = Vs (XC1 / XCT)

80 (248,8 / 348,32) = 57,142

VC2 = Vs (XC2 / XCT)

80 (99,52 / 348,32) = 22,85

3). Når de to induktorer L1-8 mH & L2- 15 mH er forbundet i serie, kan vi beregne RMS-spændingsfaldet over hver kondensator, der kan beregnes, når de er tilsluttet til 40 volt, 100Hz RMS-forsyning.

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohm

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3,14x100x15x10-3

9,42 ohm

XLT = XL1 + XL2

14.444 ohm

VL1 = Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 volt

VL2 = Vs (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 volt

Spændingsudtagepunkter i et skillelinjenetværk

Når antallet af modstande er forbundet i serie over en spændingskilde Vs i et kredsløb, kan forskellige spændingsudtagspunkter betragtes som A, B, C, D & E

Den samlede modstand i kredsløbet kan beregnes ved at tilføje alle modstandsværdier som 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohm. Denne modstandsværdi vil begrænse strømmen gennem kredsløbet, som genererer spændingsforsyningen (VS).

De forskellige ligninger, der bruges til at beregne spændingsfaldet over modstandene, er VR1 = VAB,

VR2 = VBC, VR3 = VCD og VR4 = VDE.

Spændingsniveauerne ved hvert tappepunkt beregnes i forhold til GND (0V) terminal. Derfor vil spændingsniveauet ved 'D' punktet være ækvivalent med VDE, mens spændingsniveauet ved 'C' punktet vil være ækvivalent med VCD + VDE. Her er spændingsniveauet ved punkt 'C' mængden af ​​de to spændingsfald over to modstande R3 & R4.

Så ved at vælge et passende sæt modstandsværdier kan vi lave en række spændingsfald. Disse spændingsfald vil have en relativ spændingsværdi, der kun opnås ud fra spænding. I ovenstående eksempel er hver o / p-spændingsværdi positiv, da spændingsforsyningens negative terminal (VS) er forbundet til jordterminalen.

Anvendelser af spændingsdeler

Det ansøgninger fra afstemningsdeleren inkluderer følgende.

  • Spændingsdeleren bruges kun der, hvor spændingen reguleres ved at droppe en bestemt spænding i et kredsløb. Det bruges hovedsageligt i sådanne systemer, hvor energieffektivitet ikke nødvendigvis skal betragtes alvorligt.
  • I vores daglige liv bruges spændingsdeleren oftest i potentiometre. De bedste eksempler på potentiometre er lydstyrkeknappen, der er fastgjort til vores musiksystemer og radiotransistorer osv. Potentiometerets grundlæggende design inkluderer tre ben, der er vist ovenfor. I og med at to ben er forbundet til modstanden, der er inden i potentiometeret, og den resterende ben er forbundet med en aftørringskontakt, der glider på modstanden. Når nogen skifter drejeknap på potentiometeret, vises spændingen på tværs af de stabile kontakter og aftørringskontakt i henhold til spændingsdelerreglen.
  • Spændingsdelere bruges til at justere signalets niveau til spændingsmåling og forspænding af aktive enheder i forstærkere. Et multimeter og en Wheatstone-bro inkluderer spændingsdelere.
  • Spændingsdelere kan bruges til at måle sensorens modstand. For at danne en spændingsdeler er sensoren forbundet i serie med en kendt modstand, og kendt spænding påføres over skillelinjen. Det analog til digital konverter af mikrocontrolleren er tilsluttet delens midterhaner, så hanes spænding kan måles. Ved at bruge den kendte modstand kan målt spændingssensormodstand beregnes.
  • Spændingsdelere bruges til måling af sensor, spænding, forskydning af logikniveau og justering af signalniveau.
  • Generelt bruges modstandsdelerreglen hovedsageligt til at producere referencespændingerne, ellers reducerer spændingsstørrelsen, så målingen er meget enkel. Derudover fungerer disse som signaldæmpere ved lav frekvens
  • Det bruges i tilfælde af ekstremt færre frekvenser og DC
  • Kapacitiv spændingsdeler brugt i kraftoverførsel til kompensering af belastningskapacitans og højspændingsmåling.

Dette er alt om spændingsdelingen regel med kredsløb, denne regel gælder for både AC og DC spændingskilder. Desuden er enhver tvivl om dette koncept eller elektronik og elektriske projekter , bedes du give din feedback ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørgsmål til dig, hvad er den vigtigste funktion af spændingsdelerreglen?