Az elektromos áram alapvető paramétereinek átalakítására kedvező árú lehetőség a feszültségosztó. Egy ilyen eszköz könnyen elkészíthető, de ehhez ismernie kell a célt, a felhasználási eseteket, a működési elvet és a számítási példákat.
Tartalomjegyzék
Megnevezés és felhasználás
A transzformátor a váltakozó feszültségek átalakítására szolgál, hogy kellően nagy áramérték tárolható legyen. Ha az áramkörbe kis áramfelvételű (akár több száz mA) terheléseket kell felvenni, akkor a transzformátoros feszültség (U) átalakító nem megfelelő.
Ezekben az esetekben egy egyszerű feszültségosztó (DN) használható, amely lényegesen kevesebbe kerül. Amint a kívánt U értéket megkaptuk, egyenirányítjuk, és a teljesítményt a fogyasztóhoz juttatjuk. Szükség esetén az áram (I) növeléséhez teljesítményfokozatot kell használni. Ezen kívül léteznek állandó U osztók is, de ezeket a modelleket ritkábban használják.
A DN-eket gyakran használják különböző készülékek töltésére, amelyekben alacsonyabb U értékeket és áramerősségeket kell elérni a különböző típusú akkumulátorok 220 V-ról történő töltéséhez. Ezenkívül ésszerű az U-megosztó eszközök használata az elektromos mérőműszerek, a számítástechnika, valamint a laboratóriumi impulzus és a szokásos tápegységek létrehozásához.
Működési elv
A feszültségosztó (DN) olyan eszköz, amelyben az U kimenet és az U bemenet egy átviteli együttható segítségével kapcsolódik egymáshoz. Az átviteli tényező az osztó kimenetén és bemenetén lévő U értékek aránya. A feszültségosztó áramköre egyszerű, és két sorba kapcsolt fogyasztó - rádióelemek (ellenállások, kondenzátorok vagy induktorok) - láncából áll. Kimeneti jellemzőikben különböznek egymástól.
A váltakozó áram fő mennyiségei a feszültség, az áram, az ellenállás, az induktivitás (L) és a kapacitás (C). A villamos energia alapértékeinek (U, I, R, C, L) kiszámítására szolgáló képletek, ha a fogyasztók sorba vannak kapcsolva:
- Az ellenállási értékek összeadódnak;
- A feszültségek hozzáadódnak;
- Az áramot Ohm törvénye szerint kell kiszámítani az áramköri szakaszra: I = U / R;
- Az induktivitások összeadódnak;
- A teljes kondenzátorlánc kapacitása: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
A sorba kapcsolt ellenállások elvét használjuk egy egyszerű DN ellenállás elkészítéséhez. Az áramkör hagyományosan 2 karra osztható. Az első kar a felső, amely a bemenet és a DN nullpontja között van, a második kar pedig az alsó, amelyből az U kimenet származik.
E karok U értékeinek összege megegyezik a bejövő U eredő értékével. A DN-k lehetnek lineáris vagy nem lineáris típusúak. A lineáris eszközök olyanok, amelyek kimeneti U értéke lineárisan változik a bemeneti értékkel. Az áramkörök különböző részein a megfelelő U beállítására szolgálnak. A nem lineárisakat funkcionális potenciométerekben használják. Ellenállásuk lehet aktív, reaktív és kapacitív.
Ezenkívül a DN lehet kapacitív is. 2 kondenzátorból álló láncot használ, amelyek sorba vannak kötve.
Működési elve a kondenzátorok ellenállásának reaktív komponensén alapul egy változó komponensű áramkörben. A kondenzátornak nemcsak kapacitív jellemzői vannak, hanem Xc ellenállása is. Ezt az ellenállást kapacitásának nevezzük, az áram frekvenciájától függ, és a képlettel határozható meg: Xc = (1 / C) * w = w / C, ahol w a ciklikus frekvencia, C a kondenzátor értéke.
A ciklikus frekvencia kiszámítása a következő képlettel történik: w = 2 * PI * f, ahol PI = 3,1416 és f a váltakozó áramú frekvencia.
A kondenzátoros vagy kapacitív típus viszonylag nagyobb áramerősséget tesz lehetővé, mint az ellenállásos eszközök. Széles körben alkalmazzák nagyfeszültségű áramkörökben, ahol az U-értéket többszörösére kell csökkenteni. Jelentős előnye továbbá, hogy nem melegszik túl.
Az induktív típus a váltakozó áramú áramkörök elektromágneses indukciójának elvén alapul. Az áram egy mágnesszelepen folyik keresztül, amelynek ellenállása L-től függ, és amelyet induktívnak nevezünk. Értéke egyenesen arányos a váltakozó áram frekvenciájával: Xl = w * L, ahol L az áramkör vagy tekercs induktivitásának értéke.
Az induktív DN csak olyan áramkörökben működik, amelyekben az áramnak változó összetevője van, és induktív ellenállással (Xl) rendelkezik.
Előnyök és hátrányok
Az ellenállásos DN-ek fő hátrányai, hogy nem használhatók nagyfrekvenciás áramkörökben, az ellenállásokon jelentkező jelentős feszültségesés és a teljesítménycsökkenés. Egyes áramkörökben az ellenállások teljesítményét össze kell hangolni, mert jelentős melegedés lép fel.
A legtöbb váltakozó áramkörben aktív terhelésű (ellenállásos) DN-eket használnak, de az egyes ellenállásokhoz párhuzamosan kapcsolt kompenzációs kondenzátorokkal. Ez a megközelítés csökkenti a felmelegedést, de nem szünteti meg a fő hátrányt, amely a teljesítményveszteség. Előnye az egyenáramú áramkörökben való használat.
Az aktív elemeket (ellenállások) kapacitív elemekkel kell helyettesíteni, hogy kiküszöböljük a teljesítményveszteséget egy rezisztív DN-ben. A kapacitív elemnek számos előnye van az ellenállásos DN-hez képest:
- Váltakozó áramú áramkörökben használják;
- Nincs túlmelegedés;
- A teljesítményveszteség csökken, mivel a kondenzátornak nincs teljesítménye, szemben az ellenállással;
- Nagyfeszültségű tápegységekben használható;
- Nagy hatékonyság;
- Alacsonyabb I-veszteség.
Hátránya, hogy nem használható állandó U áramkörökben. Ennek oka, hogy az egyenáramú áramkörökben a kondenzátornak nincs kapacitása, hanem csak kondenzátorként viselkedik.
Az induktív DN váltakozó áramú áramkörökben is számos előnnyel jár, de állandó U áramkörökben is használható. Az induktív tekercsnek van ellenállása, de az induktivitás miatt ez a lehetőség nem megfelelő, mert jelentős U csökkenés következik be. A fő előnyök az ellenállásos DN-típussal szemben:
- Alkalmazás változó U értékű hálózatokban;
- Kisebb elemmel történő fűtés;
- Kevesebb teljesítményveszteség a váltakozó áramú áramkörökben;
- Viszonylag magas hatásfok (magasabb, mint a kapacitív);
- Nagy pontosságú mérőberendezésekben való használat;
- Alacsonyabb pontatlanság;
- Az osztó kimenetére csatlakoztatott terhelés nem befolyásolja az osztási tényezőt;
- Az áramveszteség alacsonyabb, mint a kapacitív osztóké.
A hátrányok a következők:
- Az egyenáramú U használata a tápellátó hálózatokban jelentős áramveszteséget eredményez. Ezenkívül a feszültség drasztikusan lecsökken az induktivitásra fordított elektromos energia fogyasztása miatt.
- A kimeneti jel frekvenciaválasza (egyenirányító híd és szűrő használata nélkül) változik.
- Nem alkalmas nagyfeszültségű váltakozó áramú áramkörökhöz.
Feszültségosztó számítása ellenállásokkal, kondenzátorokkal és induktivitásokkal
A feszültségosztó típusának kiválasztása után a képleteket kell használni a számításhoz. A helytelen számítás kiégetheti magát a készüléket, az áramerősítő végfokozatot és a fogyasztót. A helytelen számítások következményei rosszabbak lehetnek, mint a rádió alkatrészeinek meghibásodása: a rövidzárlat következtében bekövetkező tűz és áramütés.
Az áramkör kiszámításakor és összeszerelésekor egyértelműen be kell tartani a biztonsági előírásokat, a készüléket a bekapcsolás előtt ellenőrizni kell a helyes összeszerelés érdekében, és nem szabad nedves helyiségben tesztelni (megnő az áramütés lehetősége). A számítások során használt alaptörvény az Ohm-törvény egy áramköri szakaszra. Formulája a következő: az áram egyenesen arányos az áramkör egy szakaszán lévő feszültséggel és fordítottan arányos az adott szakasz ellenállásával. A bejegyzés képlet formájában a következő: I = U / R.
Algoritmus egy ellenállásokkal ellátott feszültségosztó kiszámításához:
- Teljes feszültség: Upit = U1 + U2, ahol U1 és U2 az egyes ellenállások U értékei.
- Feszültségek az ellenállásokon: U1 = I * R1 és U2 = I * R2.
- Upit = I * (R1 + R2).
- Terheletlen áram: I = U / (R1 + R2).
- Az egyes ellenállások U-értékének csökkenése: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi és U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Az R1 és R2 értékének 2-szer kisebbnek kell lennie, mint a terhelés ellenállása.
A kondenzátorok feszültségosztójának kiszámításához a következő képletek használhatók: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit és U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Hasonló képletek a DN kiszámításához induktivitásoknál: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit és U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Az osztókat a legtöbb esetben diódahíddal és stabilitronnal együtt használják. A stabilitron olyan félvezető eszköz, amely U-stabilizátorként működik. A diódákat úgy kell kiválasztani, hogy a fordított U értéke meghaladja az ebben az áramkörben megengedett U értéket. Válassza ki a stabilitron a referenciafüzet szerint a stabilizációs feszültség kívánt értékét. Ezenkívül egy ellenállást is be kell építeni előtte az áramkörbe, mivel e nélkül a félvezető eszköz kiég.
Kapcsolódó cikkek:
