Ett budgetalternativ för att omvandla de grundläggande parametrarna för elektrisk ström är spänningsdelare. Det är lätt att göra en sådan enhet själv, men för att göra det måste du känna till syftet, användningsområdena, funktionsprincipen och exempel på beräkningar.
Innehåll
Beteckning och användning
En transformator används för att omvandla växelspänningar så att ett tillräckligt högt strömvärde kan lagras. Om belastningar med låg strömförbrukning (upp till hundratals mA) ska läggas till i kretsen är en transformatorspänningsomvandlare (U) inte lämplig.
I dessa fall kan en enkel spänningsdelare (DN) användas, vilket kostar betydligt mindre. När det önskade värdet på U har uppnåtts likriktas det och strömmen levereras till konsumenten. Vid behov måste ett effektutgångssteg användas för att öka strömmen (I). Dessutom finns det även konstanta U-avdelare, men dessa modeller används mer sällan.
DN används ofta för att ladda olika enheter där det är nödvändigt att få lägre U-värden och strömmar för olika typer av batterier från 220 V. Dessutom är det rimligt att använda U-delningsanordningar för att skapa elektriska mätinstrument, datateknik samt laboratoriepulser och vanliga strömförsörjningsenheter.
Principen för drift
En spänningsdelare (DN) är en anordning där utgången U och ingången U är sammankopplade med hjälp av en överföringskoefficient. Överföringsfaktorn är förhållandet mellan U-värdena vid delarens utgång och ingång. Kretsen för en spänningsdelare är enkel och består av en kedja av två förbrukare som är seriekopplade - radioelement (motstånd, kondensatorer eller induktorer). De skiljer sig åt i sina produktionsegenskaper.
De viktigaste storheterna i växelström är spänning, ström, motstånd, induktans (L) och kapacitans (C). Formler för beräkning av elens grundvärden (U, I, R, C, L) när förbrukare är kopplade i serie:
- Motståndsvärdena blir större;
- Spänningar läggs till;
- Strömmen beräknas enligt Ohm's lag för kretsdelen: I = U / R;
- Induktanserna läggs till;
- Kapaciteten för hela kondensatorkedjan: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
Principen för seriekopplade motstånd används för att göra ett enkelt motstånd DN. Kretsen kan konventionellt delas in i två grenar. Den första armen är den övre och ligger mellan ingången och DN:s nollpunkt, och den andra armen är den nedre, från vilken utgången U tas.
Summan av U på dessa armar är lika med det resulterande värdet av det inkommande U. DN kan vara av linjär eller icke-linjär typ. Linjära enheter är sådana med en utgång U som varierar linjärt med ingångsvärdet. De används för att ställa in rätt U i olika delar av kretsar. Icke-lineära används i funktionella potentiometrar. Deras motstånd kan vara aktivt, reaktivt och kapacitivt.
Dessutom kan en DN också vara kapacitiv. Den använder en kedja av två kondensatorer som är kopplade i serie.
Dess funktionsprincip bygger på den reaktiva komponenten av kondensatorernas motstånd i en krets med variabel komponent. En kondensator har inte bara kapacitiva egenskaper utan också ett motstånd Xc. Detta motstånd kallas kapacitans och beror på strömfrekvensen och bestäms enligt följande formel: Xc = (1 / C) * w = w / C, där w är den cykliska frekvensen och C är kondensatorvärdet.
Den cykliska frekvensen beräknas med hjälp av formeln: w = 2 * PI * f, där PI = 3,1416 och f är växelströmsfrekvensen.
Kondensatorn, eller den kapacitiva typen, tillåter relativt högre strömmar än från resistiva enheter. Den har använts i stor utsträckning i högspänningskretsar där U-värdet måste minskas med flera gånger. Den har också den stora fördelen att den inte överhettas.
Den induktiva typen bygger på principen om elektromagnetisk induktion i växelströmskretsar. Strömmen går genom en solenoid vars motstånd beror på L och kallas induktiv. Dess värde är direkt proportionellt mot växelströmsfrekvensen: Xl = w * L, där L är kretsens eller spolens induktansvärde.
En induktiv DN fungerar endast i kretsar med en ström som har en variabel komponent och har ett induktivt motstånd (Xl).
Fördelar och nackdelar
De största nackdelarna med resistiva DN:er är att de inte kan användas i högfrekventa kretsar, det stora spänningsfallet över motstånden och den minskade effekten. I vissa kretsar är det nödvändigt att välja motståndets effekt, eftersom det uppstår en betydande uppvärmning.
I de flesta växelströmskretsar används DN med aktiv belastning (resistiv), men med kompensationskondensatorer anslutna parallellt till varje motstånd. Detta tillvägagångssätt minskar uppvärmningen men tar inte bort den största nackdelen, nämligen energiförlusten. En fördel är att den kan användas i likströmskretsar.
De aktiva elementen (motstånd) måste ersättas med kapacitiva element för att eliminera effektförlusten i en resistiv DN. Ett kapacitivt element har flera fördelar jämfört med en resistiv DN:
- Den används i växelströmskretsar;
- Det förekommer ingen överhettning;
- Effektförlusten minskar eftersom kondensatorn inte har någon effekt till skillnad från ett motstånd;
- Kan användas i högspänningsaggregat;
- Hög effektivitet;
- Lägre I-förlust.
Nackdelen är att den inte kan användas i kretsar med konstant U. Detta beror på att kondensatorn i likströmskretsar inte har någon kapacitans utan bara fungerar som en kondensator.
En induktiv DN i växelströmskretsar har också ett antal fördelar, men den kan också användas i konstant U-kretsar. En induktansspole har ett motstånd, men på grund av induktansen är det här alternativet inte lämpligt eftersom det blir ett betydande fall i U. De viktigaste fördelarna jämfört med den resistiva typen av DN:
- Tillämpning i nätverk med variabla U;
- Mindre elementuppvärmning;
- Mindre effektförlust i växelströmskretsar;
- Jämförelsevis hög effektivitet (högre än kapacitiv);
- Används i mätutrustning med hög precision;
- Lägre felaktighet;
- Belastning som är ansluten till delarens utgång påverkar inte delningsfaktorn;
- Strömförlusten är lägre än för kapacitiva delare.
Nackdelarna är följande:
- Användningen av DC U i elnätet leder till betydande strömförluster. Dessutom sjunker spänningen drastiskt på grund av förbrukningen av elektrisk energi för induktans.
- Frekvensresponsen för utsignalen (utan användning av likriktarbryggan och filter) varierar.
- Inte lämplig för högspända växelströmskretsar.
Beräkning av spänningsdelare med motstånd, kondensatorer och induktorer.
När du har valt typ av spänningsdelare måste du använda formlerna för att beräkna. Felaktig beräkning kan leda till att själva enheten, det strömförstärkande slutsteget och konsumenten bränns ut. Konsekvenserna av felaktiga beräkningar kan vara värre än fel på radiokomponenter: brand till följd av kortslutning och elchock.
Vid beräkning och montering av kretsen måste säkerhetsbestämmelserna tydligt iakttas, enheten måste kontrolleras före inkoppling för att säkerställa att den är korrekt monterad och får inte testas i ett fuktigt rum (risken för elstötar ökar). Den grundläggande lag som används vid beräkningar är Ohm's lag för en kretsdel. Den är formulerad på följande sätt: strömmen är direkt proportionell mot spänningen i en kretsdel och omvänt proportionell mot motståndet i den delen av kretsen. Uppgiften i form av en formel är följande: I = U / R.
Algoritm för beräkning av en spänningsdelare med motstånd:
- Total spänning: Upit = U1 + U2, där U1 och U2 är värdena för U på vart och ett av motstånden.
- Spänningar på motstånden: U1 = I * R1 och U2 = I * R2.
- Upit = I * (R1 + R2).
- Ström vid obelastning: I = U / (R1 + R2).
- Fallet i U för varje motstånd: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi och U2 = (R2 / (R1 + R2)) * U pi.
Värdena för R1 och R2 måste vara 2 gånger lägre än belastningsmotståndet.
För att beräkna kondensatorernas spänningsdelare kan följande formler användas: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit och U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Liknande formler för att beräkna DN vid induktanser: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit och U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Delare används i de flesta fall med en diodbrygga och en stabilitron. En stabilitron är en halvledarenhet som fungerar som en U-stabilisator. Dioder bör väljas med ett omvänt U över det tillåtna U i denna krets. Stabilitronen ska väljas enligt referensboken för det erforderliga värdet på stabiliseringsspänningen. Dessutom bör det finnas ett motstånd framför den i kretsen, eftersom halvledaren kommer att brinna ut utan det.
Relaterade artiklar:
