Kaj je delilnik napetosti in kako ga izračunati?

Proračunska možnost za pretvorbo glavnih parametrov električnega toka so napetostni delilniki. Takšno napravo je enostavno narediti sami, vendar za to morate poznati namen, primere uporabe, načelo delovanja in primere izračunov.

Imenovanje in uporaba

Za pretvorbo izmenične napetosti se uporablja transformator, tako da se lahko vzdržuje dovolj visoka vrednost toka. Če je treba vezju dodati obremenitev z majhnim tokom (do več sto mA), transformatorski napetostni pretvornik (U) ni priporočljiv.

V teh primerih lahko uporabite preprost delilnik napetosti (DN), katerega stroški so bistveno nižji. Po pridobitvi potrebne vrednosti se U popravi in ​​potrošniku se napaja. Po potrebi je treba za povečanje toka (I) uporabiti stopnjo povečanja izhodne moči. Poleg tega obstajajo tudi konstantni delilniki U, vendar se ti modeli uporabljajo manj pogosto kot drugi.

DN se pogosto uporabljajo za polnjenje različnih naprav, pri katerih je potrebno pridobiti od 220 V nižje vrednosti U in tokov za različne vrste baterij.Poleg tega je smiselno uporabiti naprave za delitev U za ustvarjanje električnih merilnih instrumentov, računalniške opreme, pa tudi laboratorijskih impulzov in običajnih napajalnikov.

Načelo delovanja

Napetostni delilnik (DN) je naprava, v kateri je razmerje med izhodom in vhodom U preko koeficienta prenosa. Koeficient prenosa je razmerje vrednosti U na izhodu in vhodu delilnika. Vezje delilnika napetosti je preprosto in je veriga dveh zaporedno povezanih porabnikov - radijskih elementov (upori, kondenzatorji ali induktorji). Imajo različne izhodne lastnosti.

Izmenični tok ima naslednje glavne količine: napetost, jakost toka, upor, induktivnost (L) in kapacitivnost (C). Formule za izračun osnovnih vrednosti električne energije (U, I, R, C, L) pri zaporedni vezavi porabnikov:

1. Vrednosti upora seštevajo;
2. Napetosti so dodane;
3. Tok bo izračunan po Ohmovem zakonu za odsek vezja: I = U / R;
4. Induktivnosti se dodajo;
5. Kapacitivnost celotne verige kondenzatorjev: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).

Za izdelavo preprostega upora DN in se uporablja princip zaporedno vezanih uporov. Pogojno lahko vezje razdelimo na 2 ramena. Prvi krak je zgornji in je med vhodom in ničelno točko DN, drugi krak pa je spodnji, iz katerega se vzame izhod U.

Vsota U na teh ramenih je enaka rezultantni vrednosti vhodnega U. DN so linearne in nelinearne vrste. Linearne naprave so tiste z izhodno vrednostjo U, ki se linearno spreminja z vhodno vrednostjo. Uporabljajo se za nastavitev želenega U v različnih delih tokokrogov. Nelinearni se uporabljajo v funkcijskih potenciometrih. Njihov upor je lahko aktiven, reaktiven in kapacitiven.

Poleg tega je DN lahko tudi kapacitiven. Uporablja verigo 2 kondenzatorjev, ki sta zaporedno povezana.

Njegov princip delovanja temelji na reaktivni komponenti upora kondenzatorjev v vezju s spremenljivo komponento. Kondenzator nima le kapacitivnih lastnosti, ampak tudi upor Xc. Ta upor se imenuje kapacitivni upor, odvisen je od frekvence toka in je določen s formulo: Xc = (1 / C) * w = w / C, kjer je w ciklična frekvenca, C je vrednost kondenzatorja.

Ciklična frekvenca se izračuna po formuli: w = 2 * PI * f, kjer je PI = 3,1416, f pa je izmenična frekvenca.

Kondenzator ali kapacitivni tip omogoča relativno višje tokove kot pri uporovnih napravah. Široko se uporablja v visokonapetostnih tokokrogih, kjer je treba U-vrednost večkrat zmanjšati. Poleg tega ima pomembno prednost, da se ne pregreva.

Induktivni tip DN temelji na principu elektromagnetne indukcije v tokokrogih s spremenljivo komponento. Tok teče skozi solenoid, katerega upor je odvisen od L in se imenuje induktivni. Njegova vrednost je neposredno sorazmerna s frekvenco izmeničnega toka: Xl = w * L, kjer je L vrednost induktivnosti vezja ali tuljave.

Induktivni DN deluje samo v tokokrogih s tokom, ki ima spremenljivo komponento in ima induktivni upor (Xl).

Prednosti in slabosti

Glavne pomanjkljivosti uporovnega DN so, da ga ni mogoče uporabiti v visokofrekvenčnih tokokrogih, pomemben padec napetosti na uporih in zmanjšanje moči. V nekaterih tokokrogih je treba izbrati moč uporov, ker pride do znatnega segrevanja.

V večini primerov se v tokokrogih izmeničnega toka uporabljajo aktivna obremenitev (uporovni) DN, vendar s kompenzacijskimi kondenzatorji, ki so vzporedno povezani z vsakim od uporov. Ta pristop zmanjša ogrevanje, vendar ne odpravi glavne pomanjkljivosti, ki je izguba moči. Prednost je uporaba v enosmernih tokokrogih.

Da bi odpravili izgubo moči na uporovnem DN, je treba aktivne elemente (upore) zamenjati s kapacitivnimi elementi. Kapacitivni element glede na uporovni DN ima več prednosti:

1. Uporablja se v izmeničnih tokokrogih;
2. Ni pregrevanja;
3. Izguba moči se zmanjša, ker kondenzator nima moči, za razliko od upora;
4. Lahko se uporablja v visokonapetostnih napajalnikih;
5. Visoka učinkovitost (koeficient učinkovitosti);
6. Nižja I-izguba.

Pomanjkljivost je, da ga ni mogoče uporabiti v tokokrogih s konstantnim U. To je posledica dejstva, da kondenzator v enosmernih tokokrogih nima kapacitivnosti, ampak deluje le kot kondenzator.

Induktivni DN v AC tokokrogih ima tudi številne prednosti, vendar se lahko uporablja tudi v tokokrogih s konstantno U. Induktorska tuljava ima upor, vendar zaradi induktivnosti ta možnost ni primerna, ker pride do znatnega padca U. Glavne prednosti pred uporovnim tipom DN:

1. Uporaba v omrežjih s spremenljivko U;
2. Ogrevanje komponent je zanemarljivo;
3. Manjša izguba moči v AC tokokrogih;
4. Sorazmerno visoka učinkovitost (višja od kapacitivnega);
5. Uporaba v visoko natančni merilni opremi;
6. Nižja netočnost;
7. Obremenitev, priključena na izhod delilnika, ne vpliva na razmerje delitve;
8. Tokovne izgube so manjše od kapacitivnih delilnikov.

Slabosti so naslednje:

1. Uporaba konstantnega U v napajalnih omrežjih vodi do znatnih izgub toka. Poleg tega napetost močno pade zaradi porabe električne energije za induktivnost.
2. Izhodni signal glede na frekvenčne značilnosti (brez uporabe usmerniškega mostu in filtra) se spreminja.
3. Ni uporabno v visokonapetostnih AC tokokrogih.

Izračun napetostnega delilnika z upori, kondenzatorji in induktorji

Po izbiri vrste napetostnega delilnika za izračun morate uporabiti formule. Nepravilni izračuni lahko izgorejo samo napravo, trenutno ojačevalno izhodno stopnjo in potrošnika.Posledice nepravilnih izračunov so lahko hujše od okvare radijskih komponent: požar kot posledica kratkega stika, pa tudi električni udar.

Pri izračunu in sestavljanju vezja morate jasno upoštevati varnostna pravila, preveriti napravo, preden jo vklopite, ali je pravilno sestavljena in je ne preskušajte v vlažnem prostoru (možnost električnega udara se poveča). Osnovni zakon, ki se uporablja pri izračunih, je Ohmov zakon za odsek vezja. Njegova formulacija je naslednja: tok je neposredno sorazmeren z napetostjo v odseku vezja in obratno sorazmeren z uporom tega odseka. Vnos v obliki formule je naslednji: I = U / R.

Algoritem za izračun napetostnega delilnika z upori:

1. Skupna napetost: Upit = U1 + U2, kjer sta U1 in U2 vrednosti U na vsakem od uporov.
2. Napetosti na uporih: U1 = I * R1 in U2 = I * R2.
3. Upit = I * (R1 + R2).
4. Tok brez obremenitve: I = U / (R1 + R2).
5. Padec U na vsakem od uporov: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit in U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.

Vrednosti R1 in R2 morajo biti 2-krat manjše od upora obremenitve.

Za izračun napetostnega delilnika na kondenzatorjih lahko uporabite formule: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit in U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Podobne formule za izračun DN pri induktivnostih: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit in U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Delilniki se v večini primerov uporabljajo z diodnim mostom in stabiltronom. Stabiltron je polprevodniška naprava, ki deluje kot U stabilizator. Diode je treba izbrati z obratnim U nad dovoljenim U v tem vezju. Stabiltron je treba izbrati v skladu z referenčno knjigo za zahtevano vrednost stabilizacijske napetosti. Poleg tega je treba v tokokrog pred njim vključiti upor, saj bo brez njega polprevodniška naprava izgorela.

Povezani članki: