Opsi anggaran untuk mengubah parameter utama arus listrik adalah pembagi tegangan. Perangkat semacam itu mudah dibuat sendiri, tetapi untuk melakukan ini, Anda perlu mengetahui tujuan, kasus aplikasi, prinsip operasi, dan contoh perhitungan.
Isi
Penunjukan dan aplikasi
Trafo digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik, sehingga nilai arus yang cukup tinggi dapat dipertahankan. Jika beban dengan arus kecil (hingga ratusan mA) akan ditambahkan ke rangkaian, konverter tegangan (U) transformator tidak disarankan.
Dalam kasus ini, Anda dapat menggunakan pembagi tegangan sederhana (DN), yang biayanya jauh lebih rendah. Setelah mendapatkan nilai U yang diperlukan diperbaiki dan daya dipasok ke konsumen. Jika perlu, untuk meningkatkan arus (I), tahap peningkatan daya keluaran harus digunakan. Selain itu, ada juga pembagi U konstan, tetapi model ini lebih jarang digunakan daripada yang lain.
DN sering digunakan untuk mengisi daya berbagai perangkat, di mana perlu untuk mendapatkan nilai dan arus U 220 V yang lebih rendah untuk berbagai jenis baterai.Selain itu, masuk akal untuk menggunakan perangkat untuk membagi U untuk membuat alat ukur listrik, peralatan komputer, serta pulsa laboratorium dan catu daya biasa.
Prinsip operasi
Sebuah pembagi tegangan (DN) adalah perangkat di mana hubungan antara output dan input U melalui koefisien transfer. Koefisien transfer adalah rasio nilai U pada output dan input pembagi. Rangkaian pembagi tegangan sederhana dan merupakan rantai dua konsumen yang terhubung secara seri - elemen radio (resistor, kapasitor atau induktor). Mereka memiliki karakteristik keluaran yang berbeda.
Arus AC memiliki besaran utama sebagai berikut: tegangan, ampere, resistansi, induktansi (L) dan kapasitansi (C). Rumus untuk menghitung nilai dasar listrik (U, I, R, C, L) bila konsumen dirangkai secara seri:
- Nilai resistansi bertambah;
- Tegangan ditambahkan;
- Arus akan dihitung menurut hukum Ohm untuk bagian rangkaian: I = U / R;
- Induktansi ditambahkan;
- Kapasitansi seluruh rangkaian kapasitor: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
Untuk membuat resistor sederhana DN dan prinsip resistor terhubung seri digunakan. Secara kondisional sirkuit dapat dibagi menjadi 2 bahu. Lengan pertama adalah yang atas dan berada di antara input dan titik nol DN, dan lengan kedua adalah yang lebih rendah, dari mana output U diambil.
Jumlah U pada bahu ini sama dengan nilai yang dihasilkan dari input U. DN adalah tipe linier dan nonlinier. Perangkat linier adalah perangkat dengan output U, yang bervariasi secara linier dengan nilai input. Mereka digunakan untuk mengatur U yang diinginkan di berbagai bagian sirkuit. Non-linear digunakan dalam potensiometer fungsional. Resistansi mereka bisa aktif, reaktif dan kapasitif.
Selain itu, DN juga bisa kapasitif. Ini menggunakan rantai 2 kapasitor yang dihubungkan secara seri.
Prinsip operasinya didasarkan pada komponen reaktif dari resistansi kapasitor dalam rangkaian dengan komponen variabel. Kapasitor tidak hanya memiliki karakteristik kapasitif, tetapi juga resistansi Xc. Resistansi ini disebut resistansi kapasitif, tergantung pada frekuensi arus dan ditentukan oleh rumus: Xc = (1 / C) * w = w / C, di mana w adalah frekuensi siklik, C adalah nilai kapasitor.
Frekuensi siklik dihitung dengan rumus: w = 2 * PI * f, di mana PI = 3,1416, dan f adalah frekuensi AC.
Jenis kapasitor, atau kapasitif, memungkinkan arus yang relatif lebih tinggi daripada dari perangkat resistif. Ini banyak digunakan di sirkuit tegangan tinggi di mana nilai-U perlu dikurangi beberapa kali. Selain itu, ia memiliki keuntungan signifikan karena tidak terlalu panas.
Jenis induktif DN didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik di sirkuit dengan komponen variabel. Arus mengalir melalui solenoida, yang hambatannya bergantung pada L dan disebut induktif. Nilainya berbanding lurus dengan frekuensi arus bolak-balik: Xl = w * L, di mana L adalah nilai induktansi rangkaian atau kumparan.
DN induktif hanya bekerja pada rangkaian dengan arus yang memiliki komponen variabel dan memiliki hambatan induktif (Xl).
Keuntungan dan kerugian
Kerugian utama dari DN resistif adalah tidak dapat digunakan dalam rangkaian frekuensi tinggi, penurunan tegangan yang signifikan pada resistor dan pengurangan daya. Di beberapa sirkuit perlu untuk memilih kekuatan resistor, karena ada pemanasan yang signifikan.
Dalam kebanyakan kasus di sirkuit AC, DN beban aktif (resistif) digunakan, tetapi dengan kapasitor kompensasi yang terhubung secara paralel ke masing-masing resistor. Pendekatan ini mengurangi pemanasan, tetapi tidak menghilangkan kerugian utama, yaitu hilangnya daya. Keuntungannya adalah penggunaan di sirkuit DC.
Untuk menghilangkan rugi daya pada DN resistif, elemen aktif (resistor) harus diganti dengan elemen kapasitif. Elemen kapasitif dalam kaitannya dengan DN resistif memiliki beberapa keunggulan:
- Ini digunakan di sirkuit AC;
- Tidak ada panas berlebih;
- Kehilangan daya berkurang karena kapasitor tidak memiliki daya, tidak seperti resistor;
- Dapat digunakan dalam catu daya tegangan tinggi;
- Efisiensi tinggi (koefisien kinerja);
- I-loss lebih rendah.
Kerugiannya adalah tidak dapat digunakan pada rangkaian dengan konstanta U. Hal ini dikarenakan kapasitor pada rangkaian DC tidak memiliki kapasitansi, melainkan hanya berfungsi sebagai kapasitor.
DN induktif di sirkuit AC juga memiliki sejumlah keunggulan, tetapi juga dapat digunakan di sirkuit U konstan. Kumparan induktor memiliki resistansi, tetapi karena induktansi, opsi ini tidak cocok karena ada penurunan U yang signifikan. Keuntungan utama dibandingkan jenis DN resistif:
- Aplikasi dalam jaringan dengan variabel U;
- Pemanasan komponen dapat diabaikan;
- Lebih sedikit kehilangan daya di sirkuit AC;
- Efisiensi yang relatif tinggi (lebih tinggi dari kapasitif);
- Gunakan dalam peralatan pengukuran presisi tinggi;
- ketidakakuratan yang lebih rendah;
- Beban yang terhubung ke output pembagi tidak berpengaruh pada rasio pembagian;
- Kerugian saat ini kurang dari pembagi kapasitif.
Kerugiannya adalah sebagai berikut:
- Penggunaan U konstan dalam jaringan catu daya menyebabkan kerugian arus yang signifikan. Selain itu, tegangan turun tajam karena konsumsi energi listrik untuk induktansi.
- Sinyal keluaran berdasarkan karakteristik frekuensi (tanpa menggunakan jembatan penyearah dan filter) bervariasi.
- Tidak berlaku di sirkuit AC tegangan tinggi.
Perhitungan pembagi tegangan dengan resistor, kapasitor, dan induktor
Setelah memilih jenis pembagi tegangan untuk menghitung, Anda perlu menggunakan rumus. Perhitungan yang salah dapat membakar perangkat itu sendiri, tahap keluaran penguatan saat ini, dan konsumen.Konsekuensi dari perhitungan yang salah bisa lebih buruk daripada kegagalan komponen radio: kebakaran akibat korsleting, serta sengatan listrik.
Saat menghitung dan merakit sirkuit, Anda harus mematuhi aturan keselamatan dengan jelas, memeriksa perangkat sebelum menyalakannya untuk perakitan yang benar dan tidak mengujinya di ruangan yang lembab (kemungkinan tersengat listrik meningkat). Hukum dasar yang digunakan dalam perhitungan adalah hukum Ohm untuk bagian rangkaian. Rumusannya adalah sebagai berikut: arus berbanding lurus dengan tegangan pada suatu bagian rangkaian dan berbanding terbalik dengan hambatan pada bagian tersebut. Entri dalam bentuk rumus adalah sebagai berikut: I = U / R.
Algoritma untuk menghitung pembagi tegangan dengan resistor:
- Tegangan total: Upit = U1 + U2, di mana U1 dan U2 adalah nilai U pada masing-masing resistor.
- Tegangan pada resistor: U1 = I * R1 dan U2 = I * R2.
- Upit = I* (R1 + R2).
- Tanpa arus beban: I = U / (R1 + R2).
- Penurunan U pada masing-masing resistor: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit dan U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Nilai R1 dan R2 harus 2 kali lebih kecil dari tahanan beban.
Untuk menghitung pembagi tegangan pada kapasitor dapat menggunakan rumus: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit dan U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Rumus serupa untuk menghitung DN pada induktansi: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit dan U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Pembagi digunakan dalam banyak kasus dengan jembatan dioda dan stabilitron. Stabilitron adalah perangkat semikonduktor yang bertindak sebagai penstabil U. Dioda harus dipilih dengan U terbalik di atas U yang diizinkan dalam rangkaian ini. Stabilitron harus dipilih sesuai dengan buku referensi untuk nilai tegangan stabilisasi yang diperlukan. Selain itu, resistor harus dimasukkan ke dalam rangkaian sebelumnya, karena tanpanya perangkat semikonduktor akan terbakar.
Artikel terkait:
