Kas ir sprieguma dalītājs un kā to aprēķināt?

Budžeta risinājums elektriskās strāvas pamatparametru pārveidošanai ir sprieguma dalītāji. Šādu ierīci ir viegli izgatavot pašam, bet, lai to izdarītu, jums jāzina mērķis, pielietojuma gadījumi, darbības princips un aprēķinu piemēri.

Apzīmējums un izmantošana

Transformators tiek izmantots, lai pārveidotu maiņstrāvu tā, lai varētu saglabāt pietiekami lielu strāvas vērtību. Ja shēmai jāpievieno slodzes ar mazu strāvas patēriņu (līdz simtiem mA), transformatora sprieguma (U) pārveidotājs nebūtu piemērots.

Šādos gadījumos var izmantot vienkāršu sprieguma dalītāju (DN), kas maksā ievērojami mazāk. Kad ir iegūta vēlamā U vērtība, tā tiek iztaisnota, un strāva tiek piegādāta patērētājam. Ja nepieciešams, strāvas (I) palielināšanai jāizmanto jaudas izejas pakāpe. Turklāt ir arī konstantas U dalītāji, taču šie modeļi tiek izmantoti retāk.

DN bieži izmanto dažādu ierīču uzlādei, kurās no 220 V sprieguma ir nepieciešams iegūt zemākas U vērtības un strāvas dažādu veidu akumulatoriem. Turklāt ir lietderīgi izmantot U koplietošanas ierīces elektrisko mērinstrumentu, datortehnikas, kā arī laboratorijas impulsu un parasto barošanas bloku izveidei.

Darbības princips

Sprieguma dalītājs (DN) ir ierīce, kurā izeja U un ieeja U ir savstarpēji saistītas ar pārneses koeficientu. Pārneses koeficients ir dalītāja izejas un ieejas U vērtību attiecība. Sprieguma dalītāja shēma ir vienkārša, un to veido virkne no diviem secīgi savienotiem patērētājiem - radioelementiem (rezistoriem, kondensatoriem vai induktoriem). Tie atšķiras pēc izejas raksturlielumiem.

Maiņstrāvas galvenie lielumi ir spriegums, strāva, pretestība, induktivitāte (L) un kapacitāte (C). Formulas elektroenerģijas pamatvērtību (U, I, R, C, L) aprēķināšanai, ja patērētāji ir savienoti virknē:

1. Pretestības vērtības summējas;
2. Tiek pievienoti spriegumi;
3. Strāvu aprēķinās saskaņā ar Oma likumu ķēdes daļai: I = U / R;
4. Induktivitātes tiek saskaitītas;
5. Visas kondensatoru ķēdes kapacitāte: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).

Lai izveidotu vienkāršu rezistoru DN, tiek izmantots secīgi savienotu rezistoru princips. Shēmu var nosacīti sadalīt divās daļās. Pirmais atzars ir augšējais atzars, kas atrodas starp DN ieeju un nulles punktu, bet otrais atzars ir apakšējais atzars, no kura tiek ņemts izvads U.

U summa šajās pusēs ir vienāda ar ienākošā U vērtību. DN var būt lineāra vai nelineāra tipa. Lineāras ierīces ir ierīces, kuru izejas U mainās lineāri atkarībā no ieejas vērtības. Tos izmanto, lai iestatītu pareizo U dažādās ķēžu daļās. Funkcionālajos potenciometros izmanto nelineārus. To pretestība var būt aktīvā, reaktīvā un kapacitatīvā.

Turklāt DN var būt arī kapacitatīvs. Tas izmanto 2 kondensatoru ķēdi, kas ir savienoti virknē.

Tās darbības princips ir balstīts uz kondensatoru pretestības reaktīvo komponenti ķēdē ar mainīgu komponenti. Kondensatoram ir ne tikai kapacitātes raksturlielumi, bet arī pretestība Xc. Šo pretestību sauc par kapacitāti, tā ir atkarīga no strāvas frekvences un tiek noteikta pēc formulas: Xc = (1 / C) * w = w / C, kur w ir cikliskā frekvence, C ir kondensatora vērtība.

Ciklisko frekvenci aprēķina pēc formulas: w = 2 * PI * f, kur PI = 3,1416 un f ir maiņstrāvas frekvence.

Kondensatora jeb kapacitatīvais tips nodrošina relatīvi lielāku strāvu nekā rezistīvās ierīces. Tā ir plaši izmantota augstsprieguma ķēdēs, kur U vērtība jāsamazina vairākas reizes. Tā priekšrocība ir arī tā, ka tas nepārkarst.

Induktīvā tipa pamatā ir elektromagnētiskās indukcijas princips maiņstrāvas ķēdēs. Strāva plūst caur solenoīdu, kura pretestība ir atkarīga no L un ko sauc par induktīvo. Tās vērtība ir tieši proporcionāla maiņstrāvas frekvencei: Xl = w * L, kur L ir shēmas vai spoles induktivitātes vērtība.

Induktīvs DN darbojas tikai ķēdēs ar strāvu, kurai ir mainīga komponente un kurai ir induktīvā pretestība (Xl).

Priekšrocības un trūkumi

Galvenie rezistīvo DN trūkumi ir tie, ka tos nevar izmantot augstfrekvences ķēdēs, ievērojamais sprieguma kritums uz rezistoriem un jaudas samazinājums. Dažās shēmās ir nepieciešams izvēlēties rezistoru jaudu, jo rodas ievērojama sildīšana.

Lielākajā daļā maiņstrāvas ķēžu tiek izmantoti aktīvās slodzes (rezistīvie) DN, bet ar kompensācijas kondensatoriem, kas savienoti paralēli katram rezistoram. Šāda pieeja samazina sildīšanu, bet nenovērš galveno trūkumu, proti, enerģijas zudumu. Priekšrocība ir izmantošana līdzstrāvas ķēdēs.

Aktīvie elementi (rezistori) jāaizstāj ar kapacitatīvajiem elementiem, lai novērstu jaudas zudumus rezistīvajā DN. Kapacitatīvajam elementam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar rezistīvo DN:

1. To izmanto maiņstrāvas ķēdēs;
2. Pārkaršanas nav;
3. Jaudas zudumi ir mazāki, jo kondensatoram nav jaudas, pretstatā rezistoram;
4. Var izmantot augstsprieguma barošanas avotos;
5. Augsta efektivitāte;
6. Zemāks I-zaudējums.

Trūkums ir tas, ka to nevar izmantot konstantas U ķēdēs. Tas ir tāpēc, ka līdzstrāvas ķēdēs kondensatoram nav kapacitātes, bet darbojas tikai kā kondensators.

Induktīvajam DN maiņstrāvas ķēdēs arī ir vairākas priekšrocības, taču to var izmantot arī pastāvīgās U ķēdēs. Induktora spolei ir pretestība, bet induktivitātes dēļ šis variants nav piemērots, jo ir ievērojams U kritums. Galvenās priekšrocības salīdzinājumā ar rezistīvo DN tipu:

1. Piemērošana tīklos ar mainīgu U;
2. Nelielu elementu sildīšana;
3. Mazāki jaudas zudumi maiņstrāvas ķēdēs;
4. Salīdzinoši augsta efektivitāte (augstāka nekā kapacitatīvā);
5. Lietošana augstas precizitātes mēriekārtās;
6. Mazāka neprecizitāte;
7. Slodze, kas pieslēgta dalītāja izejai, neietekmē dalīšanas koeficientu;
8. Strāvas zudumi ir mazāki nekā kapacitatīvajiem dalītājiem.

Trūkumi ir šādi:

1. Līdzstrāvas U izmantošana barošanas tīklos rada ievērojamus strāvas zudumus. Turklāt spriegums krasi samazinās, jo induktivitātei tiek patērēta elektriskā enerģija.
2. Izvades signāla frekvences raksturlīkne (neizmantojot taisngrieža tiltu un filtru) ir dažāda.
3. Nav piemērots augstsprieguma maiņstrāvas ķēdēm.

Sprieguma dalītāja aprēķins ar rezistoriem, kondensatoriem un induktoriem

Pēc sprieguma dalītāja tipa izvēles jums ir jāizmanto formulas, lai aprēķinātu. Nepareizs aprēķins var izdedzināt pašu ierīci, strāvu pastiprinošo izejas pakāpi un patērētāju. Nepareizu aprēķinu sekas var būt daudz nopietnākas nekā radio komponentu kļūme: īssavienojuma izraisīts ugunsgrēks un elektrotraumas.

Aprēķinot un montējot ķēdi, skaidri jāievēro drošības noteikumi, pirms ieslēgšanas jāpārbauda, vai ierīce ir pareizi samontēta, un tā nav jātestē mitrā telpā (palielinās iespēja gūt elektrotraumu). Pamatlikums, ko izmanto aprēķinos, ir Oma likums ķēdes daļai. Tā formulējums ir šāds: strāva ir tieši proporcionāla spriegumam ķēdes posmā un apgriezti proporcionāla šī posma pretestībai. Ieraksts formulas formā ir šāds: I = U / R.

Algoritms sprieguma dalītāja ar rezistoriem aprēķināšanai:

1. Kopējais spriegums: Upit = U1 + U2, kur U1 un U2 ir U vērtības uz katra rezistora.
2. Spriegumi uz rezistoriem: U1 = I * R1 un U2 = I * R2.
3. Upit = I * (R1 + R2).
4. Strāva bez slodzes: I = U / (R1 + R2).
5. Katra rezistora kritums U: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi un U2 = (R2 / (R1 + R2)) * U pi.

R1 un R2 vērtībām jābūt 2 reizes mazākām par slodzes pretestību.

Lai aprēķinātu sprieguma dalītāju uz kondensatoriem, var izmantot šādas formulas: U1 = (C1 / (C1 + C2)). * Upit un U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Līdzīgas formulas DN aprēķināšanai pie induktivitātēm: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit un U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Vairumā gadījumu dalītājus izmanto ar diodu tiltu un stabilitronu. Stabilizators ir pusvadītāju ierīce, kas darbojas kā U stabilizators. Diodes jāizvēlas ar reverso U virs šajā shēmā pieļaujamā U. Stabilizators jāizvēlas saskaņā ar atsauces grāmatu par nepieciešamo stabilizācijas sprieguma vērtību. Turklāt ķēdē pirms tā jāiekļauj rezistors, jo bez tā pusvadītāju ierīce izdegs.

Saistītie raksti: