Qu'est-ce qu'un diviseur de tension et comment le calculer ?

Les diviseurs de tension constituent une option économique pour convertir les paramètres de base du courant électrique. Un tel appareil est facile à fabriquer soi-même, mais pour cela, il faut en connaître le but, les cas d'application, le principe de fonctionnement et les exemples de calculs.

Désignation et utilisation

Un transformateur est utilisé pour transformer des tensions alternatives afin de pouvoir stocker une valeur de courant suffisamment élevée. Si des charges à faible consommation de courant (jusqu'à des centaines de mA) doivent être ajoutées au circuit, un convertisseur de tension de transformateur (U) ne serait pas approprié.

Dans ces cas, on peut utiliser un simple diviseur de tension (DN), dont le coût est nettement inférieur. Une fois que la valeur souhaitée de U est obtenue, elle est redressée et la puissance est fournie au consommateur. Si nécessaire, un étage de sortie de puissance doit être utilisé pour augmenter le courant (I). Il existe également des diviseurs en U constant, mais ces modèles sont moins utilisés.

Les DN sont souvent utilisés pour la charge de divers appareils dans lesquels il est nécessaire d'obtenir des valeurs U et des courants plus faibles pour différents types de batteries à partir de 220V. En outre, il est raisonnable d'utiliser les dispositifs de partage U pour créer des instruments de mesure électriques, des technologies informatiques, ainsi que des impulsions de laboratoire et des unités d'alimentation ordinaires.

Principe de fonctionnement

Un diviseur de tension (DN) est un dispositif dans lequel la sortie U et l'entrée U sont mises en relation au moyen d'un coefficient de transfert. Le facteur de transfert est le rapport des valeurs U à la sortie et à l'entrée du diviseur. Le circuit d'un diviseur de tension est simple et consiste en une chaîne de deux consommateurs connectés en série - des éléments radio (résistances, condensateurs ou inductances). Ils diffèrent par les caractéristiques de leur production.

Les principales grandeurs du courant alternatif sont la tension, le courant, la résistance, l'inductance (L) et la capacité (C). Formules de calcul des valeurs de base de l'électricité (U, I, R, C, L) lorsque les consommateurs sont connectés en série :

1. Les valeurs de résistance s'additionnent ;
2. Les tensions sont ajoutées ;
3. Le courant sera calculé selon la loi d'Ohm pour la section du circuit : I = U / R ;
4. Les inductances sont ajoutées ;
5. La capacité de toute la chaîne de condensateurs : C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).

Le principe des résistances montées en série est utilisé pour réaliser une résistance simple DN. Le circuit peut être classiquement divisé en 2 branches. Le premier bras est le bras supérieur et se trouve entre l'entrée et le point zéro du DN, et le second bras est le bras inférieur, d'où est tirée la sortie U.

La somme des U sur ces bras est égale à la valeur résultante des U entrants. Les DN peuvent être de type linéaire et non linéaire. Les dispositifs linéaires sont ceux dont la sortie U varie linéairement avec la valeur d'entrée. Ils sont utilisés pour régler le bon U dans différentes parties des circuits. Les non linéaires sont utilisés dans les potentiomètres fonctionnels. Leur résistance peut être active, réactive et capacitive.

En outre, un DN peut également être capacitif. Il utilise une chaîne de 2 condensateurs qui sont connectés en série.

Son principe de fonctionnement est basé sur la composante réactive de la résistance des condensateurs dans un circuit à composante variable. Un condensateur possède non seulement des caractéristiques capacitives mais aussi une résistance Xc. Cette résistance est appelée capacité, elle dépend de la fréquence du courant et est déterminée par la formule : Xc = (1 / C) * w = w / C, où w est la fréquence cyclique, C est la valeur du condensateur.

La fréquence cyclique est calculée à l'aide de la formule : w = 2 * PI * f, où PI = 3,1416 et f est la fréquence du courant alternatif.

Le type condensateur, ou capacitif, permet des courants relativement plus élevés que ceux des dispositifs résistifs. Il a été largement utilisé dans les circuits haute tension où la valeur U doit être réduite de plusieurs fois. Il présente également l'avantage considérable de ne pas surchauffer.

Le type inductif est basé sur le principe de l'induction électromagnétique dans les circuits de courant alternatif. Le courant passe par un solénoïde dont la résistance dépend de L et qui est appelé inductif. Sa valeur est directement proportionnelle à la fréquence du courant alternatif : Xl = w * L, où L est la valeur de l'inductance du circuit ou de la bobine.

Un DN inductif ne fonctionne que dans les circuits dont le courant a une composante variable, et possède une résistance inductive (Xl).

Avantages et inconvénients

Les principaux inconvénients des DN résistifs sont qu'ils ne peuvent pas être utilisés dans les circuits haute fréquence, la chute de tension considérable aux bornes des résistances et la réduction de la puissance. Dans certains circuits, la puissance des résistances doit être adaptée, car un échauffement considérable se produit.

Dans la plupart des circuits alternatifs, on utilise des DN à charge active (résistive), mais avec des condensateurs de compensation connectés en parallèle à chacune des résistances. Cette approche réduit le chauffage mais ne supprime pas le principal inconvénient qui est la perte de puissance. Un avantage est l'utilisation dans les circuits de courant continu.

Les éléments actifs (résistances) doivent être remplacés par des éléments capacitifs pour éliminer la perte de puissance dans un DN résistif. Un élément capacitif présente plusieurs avantages par rapport à un DN résistif :

1. Il est utilisé dans les circuits de courant alternatif ;
2. Il n'y a pas de surchauffe ;
3. La perte de puissance est réduite car le condensateur n'a pas de puissance contrairement à une résistance ;
4. Peut être utilisé dans les alimentations haute tension ;
5. Haute efficacité ;
6. Diminution de la perte de poids.

L'inconvénient est qu'il ne peut pas être utilisé dans les circuits à U constant. Cela est dû au fait que le condensateur dans les circuits CC n'a pas de capacité, mais agit seulement comme un condensateur.

Un DN inductif dans les circuits alternatifs présente également un certain nombre d'avantages, mais il peut aussi être utilisé dans les circuits à U constant. Une bobine d'induction a une résistance, mais en raison de l'inductance, cette option n'est pas adaptée car il y a une chute importante de U. Les principaux avantages par rapport au type résistif de DN :

1. Application aux réseaux à U variable ;
2. Chauffage des éléments mineurs ;
3. Moins de perte de puissance dans les circuits de courant alternatif ;
4. Rendement relativement élevé (supérieur à celui des capteurs capacitifs) ;
5. Utilisation dans les équipements de mesure de haute précision ;
6. Une imprécision moindre ;
7. La charge connectée à la sortie du diviseur n'affecte pas le facteur de division ;
8. La perte de courant est inférieure à celle des diviseurs capacitifs.

Les inconvénients sont les suivants :

1. L'utilisation du courant continu dans les réseaux d'alimentation électrique entraîne d'importantes pertes de courant. De plus, la tension chute drastiquement en raison de la consommation d'énergie électrique pour l'inductance.
2. La réponse en fréquence du signal de sortie (sans l'utilisation d'un pont redresseur et d'un filtre) varie.
3. Ne convient pas aux circuits à haute tension en courant alternatif.

Calcul d'un diviseur de tension avec des résistances, des condensateurs et des inductances

Après avoir sélectionné le type de diviseur de tension, vous devez utiliser les formules de calcul. Un calcul incorrect peut brûler l'appareil lui-même, l'étage de sortie amplificateur de courant et le consommateur. Les conséquences d'un calcul incorrect peuvent être pires que la défaillance des composants de la radio : un incendie à la suite d'un court-circuit et une électrocution.

Lors du calcul et de l'assemblage du circuit, il convient de respecter clairement les règles de sécurité, de vérifier le montage correct de l'appareil avant de le mettre en marche et de ne pas le tester dans une pièce humide (le risque d'électrocution augmente). La loi de base utilisée dans les calculs est la loi d'Ohm pour une section de circuit. Sa formulation est la suivante : le courant est directement proportionnel à la tension dans une section du circuit et inversement proportionnel à la résistance de cette section. L'entrée sous forme de formule est la suivante : I = U / R.

Algorithme de calcul d'un diviseur de tension avec des résistances :

1. Tension totale : Upit = U1 + U2, où U1 et U2 sont les valeurs de U sur chacune des résistances.
2. Tensions sur les résistances : U1 = I * R1 et U2 = I * R2.
3. Upit = I * (R1 + R2).
4. Courant à vide : I = U / (R1 + R2).
5. La chute en U de chaque résistance : U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi et U2 = (R2 / (R1 + R2)) * U pi.

Les valeurs de R1 et R2 doivent être 2 fois inférieures à la résistance de la charge.

Pour calculer le diviseur de tension sur les condensateurs, on peut utiliser les formules suivantes : U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit et U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Formules similaires pour calculer le DN aux inductances : U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit et U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Les diviseurs sont utilisés dans la plupart des cas avec un pont de diodes et un stabilitron. Un stabilitron est un dispositif semi-conducteur qui agit comme un stabilisateur d'uranium. Les diodes doivent être sélectionnées avec un U inverse supérieur au U admissible dans ce circuit. Sélectionnez le stabilitron selon le livre de référence pour la valeur requise de la tension de stabilisation. En outre, une résistance doit être incluse devant lui dans le circuit, car sans elle, le dispositif à semi-conducteurs brûlera.

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