Edullinen vaihtoehto sähkövirran perusparametrien muuntamiseen ovat jännitejakajat. Tällainen laite on helppo tehdä itse, mutta sitä varten sinun on tunnettava sen tarkoitus, sovellustapaukset, toimintaperiaate ja esimerkkejä laskelmista.
Sisältö
Nimitys ja käyttö
Muuntajaa käytetään vaihtojännitteiden muuntamiseen niin, että riittävän suuri virta-arvo voidaan tallentaa. Jos piiriin lisätään kuormia, joiden virrankulutus on pieni (jopa satoja mA), muuntajajännitemuunnin (U) ei ole sopiva.
Näissä tapauksissa voidaan käyttää yksinkertaista jännitteenjakajaa (DN), joka maksaa huomattavasti vähemmän. Kun haluttu U-arvo on saavutettu, se tasasuuntautuu ja virta syötetään kuluttajalle. Tarvittaessa virran (I) lisäämiseksi on käytettävä teholähdettä. Lisäksi on olemassa myös vakio-U-jakajia, mutta näitä malleja käytetään harvemmin.
DN:iä käytetään usein erilaisten laitteiden lataamiseen, joissa on tarpeen saada pienemmät U-arvot ja virrat erityyppisille akuille 220 V:sta. Lisäksi on järkevää käyttää U-jakolaitteita sähköisten mittauslaitteiden, tietotekniikan sekä laboratoriopulssien ja tavallisten virtalähteiden luomiseen.
Toimintaperiaate
Jännitteenjakaja (DN) on laite, jossa ulostulo U ja sisääntulo U ovat yhteydessä toisiinsa siirtokertoimen avulla. Siirtokerroin on jakajan ulostulon ja sisääntulon U-arvojen suhde. Jännitteenjakajan piiri on yksinkertainen ja koostuu kahden sarjaan kytketyn kuluttajan ketjusta - radioelementeistä (vastukset, kondensaattorit tai induktorit). Ne eroavat toisistaan lähtöominaisuuksiltaan.
Vaihtovirran tärkeimmät suureet ovat jännite, virta, resistanssi, induktanssi (L) ja kapasitanssi (C). Kaavat sähkön perusarvojen (U, I, R, C, L) laskemiseksi, kun kuluttajat on kytketty sarjaan:
- Vastusarvot summautuvat;
- Jännitteet lisätään;
- Virta lasketaan Ohmin lain mukaisesti virtapiirin osalle: I = U / R;
- Induktanssit lisätään;
- Koko kondensaattoriketjun kapasitanssi: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
Sarjaan kytkettyjen vastusten periaatetta käytetään yksinkertaisen DN-vastuksen tekemiseen. Piiri voidaan perinteisesti jakaa kahteen haaraan. Ensimmäinen varsi on ylempi, ja se on tulon ja DN:n nollapisteen välissä, ja toinen varsi on alempi, josta otetaan lähtö U.
Näiden varsien U:n summa on yhtä suuri kuin tulevan U:n tuloarvo. DN:t voivat olla lineaarisia tai epälineaarisia. Lineaariset laitteet ovat laitteita, joiden ulostulo U vaihtelee lineaarisesti tuloarvon mukaan. Niitä käytetään oikean U:n asettamiseen piirien eri osiin. Epälineaarisia käytetään toiminnallisissa potentiometreissä. Niiden vastus voi olla aktiivinen, reaktiivinen ja kapasitiivinen.
Lisäksi DN voi olla myös kapasitiivinen. Siinä käytetään 2 kondensaattorin ketjua, jotka on kytketty sarjaan.
Sen toimintaperiaate perustuu kondensaattoreiden vastuksen reaktiiviseen komponenttiin piirissä, jossa on muuttuva komponentti. Kondensaattorilla on kapasitiivisten ominaisuuksien lisäksi myös resistanssi Xc. Tätä vastusta kutsutaan kapasitanssiksi, se riippuu virran taajuudesta ja määräytyy kaavalla: Xc = (1 / C) * w = w / C, jossa w on syklitaajuus ja C on kondensaattorin arvo.
Syklinen taajuus lasketaan kaavalla: w = 2 * PI * f, jossa PI = 3,1416 ja f on vaihtovirtataajuus.
Kondensaattorityyppi eli kapasitiivinen tyyppi sallii suhteellisen suuremmat virrat kuin resistiiviset laitteet. Sitä käytetään laajalti korkeajännitepiireissä, joissa U-arvoa on pienennettävä moninkertaisesti. Sen merkittävänä etuna on myös se, että se ei ylikuumene.
Induktiivinen tyyppi perustuu vaihtovirtapiirien sähkömagneettisen induktion periaatteeseen. Virta kulkee solenoidin läpi, jonka resistanssi riippuu L:stä ja jota kutsutaan induktiiviseksi. Sen arvo on suoraan verrannollinen vaihtovirran taajuuteen: Xl = w * L, jossa L on piirin tai kelan induktanssiarvo.
Induktiivinen DN toimii vain piireissä, joissa virralla on muuttuva komponentti ja induktiivinen vastus (Xl).
Edut ja haitat
Resistiivisten DN:ien suurimmat haitat ovat se, että niitä ei voida käyttää suurtaajuuspiireissä, huomattava jännitehäviö vastusten yli ja tehon väheneminen. Joissakin piireissä on tarpeen valita vastusten teho, koska niissä esiintyy huomattavaa lämpenemistä.
Useimmissa vaihtovirtapiireissä käytetään aktiivikuorman (resistiivisiä) DN:iä, mutta kompensointikondensaattorit on kytketty rinnakkain kunkin vastuksen kanssa. Tämä lähestymistapa vähentää lämpenemistä, mutta ei poista suurinta haittaa, joka on tehon menetys. Etuna on käyttö tasavirtapiireissä.
Aktiiviset elementit (vastukset) on korvattava kapasitiivisilla elementeillä resistiivisen DN:n tehohäviön poistamiseksi. Kapasitiivisella elementillä on useita etuja resistiiviseen DN:ään verrattuna:
- Sitä käytetään vaihtovirtapiireissä;
- Ylikuumenemista ei tapahdu;
- Tehohäviö vähenee, koska kondensaattorilla ei ole tehoa toisin kuin vastuksella;
- Voidaan käyttää korkeajännitevirtalähteissä;
- Korkea hyötysuhde;
- Pienempi I-menetys.
Haittapuolena on, että sitä ei voida käyttää vakio-U-piireissä. Tämä johtuu siitä, että tasavirtapiireissä kondensaattorilla ei ole kapasitanssia, vaan se toimii vain kondensaattorina.
Induktiivisella DN:llä on vaihtovirtapiireissä myös useita etuja, mutta sitä voidaan käyttää myös vakio-U-piireissä. Induktorikäämissä on resistanssi, mutta induktanssin vuoksi tämä vaihtoehto ei sovellu, koska U:ssa on merkittävä pudotus. Tärkeimmät edut resistiiviseen DN-tyyppiin verrattuna:
- Sovellus verkkoihin, joissa U on muuttuva;
- Vähäinen elementin lämmitys;
- Vähemmän tehohäviöitä vaihtovirtapiireissä;
- Verrattain korkea hyötysuhde (suurempi kuin kapasitiivinen);
- Käyttö korkean tarkkuuden mittauslaitteissa;
- Pienempi epätarkkuus;
- Jakajan lähtöön kytketty kuorma ei vaikuta jakokertoimeen;
- Virtahäviö on pienempi kuin kapasitiivisilla jakajilla.
Haitat ovat seuraavat:
- DC U:n käyttö tehonsyöttöverkoissa aiheuttaa merkittäviä virtahäviöitä. Lisäksi jännite laskee huomattavasti, koska induktanssiin kuluu sähköenergiaa.
- Lähtösignaalin taajuusvaste (ilman tasasuuntaussiltaa ja suodatinta) vaihtelee.
- Ei sovellu korkeajännitteisiin vaihtovirtapiireihin.
Jännitteenjakajan laskeminen vastusten, kondensaattorien ja induktorien avulla
Kun olet valinnut jännitteenjakajan tyypin, sinun on käytettävä kaavoja laskemiseen. Virheellinen laskenta voi polttaa itse laitteen, virtaa vahvistavan lähtövaiheen ja kuluttajan. Virheellisten laskelmien seuraukset voivat olla pahempia kuin radiokomponenttien vikaantuminen: tulipalo oikosulun seurauksena ja sähköisku.
Piiriä laskettaessa ja koottaessa on noudatettava selkeästi turvallisuusmääräyksiä, laite on tarkistettava ennen kytkemistä, että se on koottu oikein, eikä sitä saa testata kosteassa tilassa (sähköiskun mahdollisuus kasvaa). Peruslaki, jota käytetään laskelmissa, on Ohmin laki virtapiirin osalle. Sen muotoilu on seuraava: virta on suoraan verrannollinen piirin osan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen kyseisen osan resistanssiin. Kaavamerkintä on seuraava: I = U / R.
Algoritmi jännitteenjakajan laskemiseksi vastuksilla:
- Kokonaisjännite: Upit = U1 + U2, jossa U1 ja U2 ovat U-arvot kussakin vastuksessa.
- Vastusten jännitteet: U1 = I * R1 ja U2 = I * R2.
- Upit = I * (R1 + R2).
- Kuormittamaton virta: I = U / (R1 + R2).
- Kunkin vastuksen U:n pudotus: U1 = (R1 / (R1 + R2)). * U pi ja U2 = (R2 / (R1 + R2)) * U pi.
R1:n ja R2:n arvojen on oltava 2 kertaa pienemmät kuin kuorman resistanssi.
Kondensaattoreiden jännitteenjakajan laskemiseksi voidaan käyttää seuraavia kaavoja: U1 = (C1 / (C1 + C2)). * Upit ja U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Samanlaiset kaavat DN:n laskemiseksi induktansseilla: U1 = (L1 / (L1 + L2)). * Upit ja U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Jakajia käytetään useimmissa tapauksissa diodisillan ja stabilitronin kanssa. Stabilitroni on puolijohdekomponentti, joka toimii U-stabilisaattorina. Diodit on valittava siten, että niiden käänteinen U on tässä piirissä sallitun U:n yläpuolella. Vakauttaja on valittava stabilointijännitteen vaaditun arvon viitekirjan mukaisesti. Lisäksi piiriin on sisällytettävä vastus sen eteen, koska ilman sitä puolijohdekomponentti palaa loppuun.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
