I elektronikk er spenningsdelerregelen en enkel og viktigst elektronisk krets , som brukes til å endre en stor spenning til en liten spenning. Ved å bruke bare en i / p-spenning og to seriemotstander kan vi få en o / p-spenning. Her er utgangsspenningen en brøkdel av i / p-spenningen. Det beste eksemplet for en spenningsdeler er at to motstander er koblet i serie. Når i / p-spenningen påføres over motstandsparet og o / p-spenningen vises fra forbindelsen mellom dem. Vanligvis brukes disse skillelinjene for å redusere størrelsen på spenningen eller for å skape referansespenning, og brukes også ved lave frekvenser som en signal demper. For likestrøm og relativt lave frekvenser kan en spenningsdeler være passende perfekt hvis den bare er laget av motstander der frekvensresponsen kreves over et bredt område.
Hva er spenningsdelerregelen?
Definisjon: Innen elektronikkområdet er en spenningsdeler en grunnleggende krets som brukes til å generere en del av inngangsspenningen som en utgang. Denne kretsen kan utformes med to motstander, ellers passive komponenter sammen med en spenningskilde. Motstandene i kretsen kan kobles i serie mens en spenningskilde er koblet over disse motstandene. Denne kretsen kalles også en potensiell skillelinje. Inngangsspenningen kan overføres mellom de to motstandene i kretsen slik at spenningsdelingen finner sted.
Når skal jeg bruke spenningsdelerregelen?
Spenningsdelerregelen brukes til å løse kretser for å forenkle løsningen. Å bruke denne regelen kan også løse enkle kretser grundig. Hovedkonseptet med denne spenningsdelerregelen er “Spenningen er delt mellom to motstander som er koblet i serie i direkte forhold til deres motstand. Spenningsdeleren involverer to viktige deler, de er kretsen og ligningen.
Forskjellige skjemaer for spenningsdeler
En spenningsdeler inkluderer en spenningskilde over en serie med to motstander. Du kan se de forskjellige spenningskretsene tegnet på forskjellige måter som er vist nedenfor. Men disse forskjellige kretser skal alltid være den samme.
Skjemaer for spenningsdeler
I de forskjellige spenningsdelerkretsene ovenfor er R1-motstanden nærmest inngangsspenningen Vin, og motstanden R2 er nærmest jordterminalen. Spenningsfallet over motstanden R2 kalles Vout, som er kretsens delte spenning.
Beregning av spenningsdeler
La oss se på følgende krets forbundet med to motstander R1 og R2. Hvor den variable motstanden er koblet mellom spenningskilden. I kretsen nedenfor er R1 motstanden mellom glidekontakten til variabelen og den negative terminalen. R2 er motstanden mellom den positive terminalen og glidekontakten. Det betyr at de to motstandene R1 og R2 er i serie.
Spenningsdelerregel ved bruk av to motstander
Ohms lov sier at V = IR
Fra ovenstående ligning kan vi få følgende ligninger
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
Bruker Kirchhoffs spenningslov
KVL uttaler at når den algebraiske summen av spenning rundt en lukket bane i en krets er lik null.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
Derfor
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
Derfor
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
Erstatter III i ligninger I og II
V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R2 / R1 + R2)
Ovennevnte krets viser spenningsdeleren mellom de to motstandene som er direkte proporsjonal med motstanden. Denne spenningsdelerregelen kan utvides til kretser som er designet med mer enn to motstander.
Spenningsdelerregel ved bruk av tre motstander
Spenningsdelingsregel for over to motstandskretser
V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4
V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4
V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4
V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4
Spenningsdelerligning
Spenningsdelerregelligningen aksepterer når du kjenner de tre verdiene i kretsen ovenfor, de er inngangsspenningen og de to motstandsverdiene. Ved å bruke følgende ligning kan vi finne utgangsspenningen.
Hvelv = Vin. R2 / R1 + R2
Ovennevnte ligning sier at Vout (o / p-spenning) er direkte proporsjonal med Vin (inngangsspenning) og forholdet mellom to motstander R1 og R2.
Resistiv spenningsdeler
Dette er en veldig enkel og enkel krets å designe og forstå. Den grunnleggende typen passiv spenningsdelerkrets kan bygges med to motstander som er koblet i serie. Denne kretsen bruker spenningsdelerregelen for å måle spenningsfallet over hver seriemotstand. Den resistive spenningsdelerkretsen er vist nedenfor.
I den resistive delerkretsen er de to motstandene som R1 og R2 koblet i serie. Så strømmen i disse motstandene vil være den samme. Derfor gir den et spenningsfall (I * R) over hver resistiv.
Motstandstype
Ved hjelp av en spenningskilde blir en strømforsyning tilført denne kretsen. Ved å anvende KVL & Ohms Law på denne kretsen, kan vi måle spenningsfallet over motstanden. Så strømmen i kretsen kan gis som
Ved å bruke KVL
VS = VR1 + VR2
I følge Ohms lov
VR1 = I x R1
VR2 = I x R2
VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)
I = VS / R1 + R2
Strømmen gjennom seriekretsen er I = V / R i henhold til Ohms lov. Så strømmen er den samme i begge motstandene. Så nå kan vi beregne spenningsfallet over R2-motstanden i kretsen
IR2 = VR2 / R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
På samme måte kan spenningsfallet over R1-motstanden beregnes som
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
Kapasitive spenningsdelere
Kapasitiv spenningsdelerkrets genererer spenningsfall over kondensatorer som er koblet i serie med en vekselstrømforsyning. Vanligvis brukes disse til å redusere ekstremt høye spenninger for å gi et signal med lav utgangsspenning. For tiden er disse skillelinjene gjeldende på berøringsskjermbaserte nettbrett, mobiler og skjermenheter.
Ikke som resistive spenningsdelerkretser, kapasitive spenningsdelere fungerer med en sinusformet vekselstrømforsyning fordi spenningsdelingen mellom kondensatorene kan beregnes ved hjelp av kondensatorens reaktans (XC) som avhenger av strømforsyningens frekvens.
Kapasitiv type
Den kapasitive reaktansformelen kan avledes som
Xc = 1 / 2πfc
Hvor:
Xc = kapasitiv reaktans (Ω)
π = 3,142 (en numerisk konstant)
ƒ = Frekvens målt i Hertz (Hz)
C = kapasitans målt i Farads (F)
Hver kondensatorens reaktans kan måles av spenningen så vel som frekvensen til vekselstrømforsyningen og erstatter dem i ovenstående ligning for å få ekvivalent spenningsfall over hver kondensator. Den kapasitive spenningsdelerkretsen er vist nedenfor.
Ved å bruke disse kondensatorene som er koblet til i serien, kan vi bestemme RMS-spenningsfallet over hver kondensator når det gjelder reaktans når de er koblet til en spenningskilde.
Xc1 = 1 / 2πfc1 og Xc2 = 1 / 2πfc2
XCT= XC1+ XC2
VC1= Vs (XC1/ XCT)
VC2= Vs (XC2/ XCT)
Kapasitive skillevegger tillater ikke DC-inngang.
En enkel kapasitiv ligning for en AC-inngang er
Hvelv = (C1 / C1 + C2). Vin
Induktive spenningsdelere
Induktive spenningsdelere vil skape spenningsfall over spoler ellers er induktorer koblet i serie over en vekselstrømforsyning. Den består av en spole som ellers er enkel vikling som er skilt i to deler hvor o / p-spenningen mottas fra en av delene.
Det beste eksemplet på denne induktive spenningsdeleren er autotransformatoren, inkludert flere tappepunkter med sekundærvikling. En induktiv spenningsdeler mellom to induktorer kan måles gjennom reaktansen til induktoren betegnet med XL.
Induktiv type
Den induktive reaktansformelen kan avledes som
XL = 1 / 2πfL
‘XL’ er en induktiv reaktans målt i ohm (Ω)
π = 3,142 (en numerisk konstant)
‘Ƒ’ er frekvensen målt i Hertz (Hz)
‘L’ er en induktans målt i Henries (H)
Reaktansen til de to induktorene kan beregnes når vi vet frekvensen og spenningen til vekselstrømforsyningen og bruker dem gjennom spenningsdelerloven for å få spenningsfallet over hver induktor er vist nedenfor. Den induktive spenningsdelerkretsen er vist nedenfor.
Ved å bruke to induktorer som er koblet i serie i kretsen, kan vi måle RMS-spenningsfallet over hver kondensator når det gjelder reaktansen når de er koblet til en spenningskilde.
XL1= 2πfL1 og XL2= 2πfL2
XLT = XL1+ XL2
VL1 = Vs ( XL1/ XLT)
VL2 = Vs ( XL2/ XLT)
AC-inngang kan deles med induktive delere basert på induktans:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
Denne ligningen er for induktorer som ikke samhandler, og gjensidig induktans i en autotransformator vil endre resultatene. DC-inngangen kan deles basert på motstanden til elementene i henhold til motstandsdelerregelen.
Eksempel på spenningsdeler
Eksempler på spenningsdelereksempler kan løses ved å bruke de ovennevnte resistive, kapasitive og induktive kretsene.
1). La oss anta at den totale motstanden til en variabel motstand er 12 Ω. Glidekontakten er plassert på et punkt der motstanden er delt inn i 4 Ω og 8Ω. Den variable motstanden er koblet over et 2,5 V batteri. La oss undersøke spenningen som vises over voltmeteret som er koblet over 4 Ω-delen av den variable motstanden.
I henhold til spenningsdelerregelen vil spenningsfall være,
Utgang = 2.5Vx4 Ohm / 12Ohm = 0.83V
2). Når de to kondensatorene C1-8uF og C2-20uF er koblet i serie i kretsen, kan RMS-spenningsfallet beregnes over hver kondensator når de er koblet til 80Hz RMS-forsyning og 80 volt.
Xc1 = 1 / 2πfc1
1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6
= 248,8 ohm
Xc2 = 1 / 2πfc2
1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6
= 99,52 ohm
XCT = XC1 + XC2
= 248,8 + 99,52 = 348,32
VC1 = Vs (XC1 / XCT)
80 (248,8 / 348,32) = 57,142
VC2 = Vs (XC2 / XCT)
80 (99,52 / 348,32) = 22,85
3). Når de to induktorene L1-8 mH & L2- 15 mH er koblet i serie, kan vi beregne RMS-spenningsfallet over hver kondensator kan beregnes når de er koblet til 40 volt, 100Hz RMS-forsyning.
XL1 = 2πfL1
= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohm
XL2 = 2πfL2
= 2 × 3,14x100x15x10-3
9,42 ohm
XLT = XL1 + XL2
14.444 ohm
VL1 = Vs (XL1 / XLT)
= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 volt
VL2 = Vs (XL2 / XLT)
= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 volt
Spenningsuttakspunkter i et skillelinjenettverk
Når antall motstander er koblet i serie over en spenningskilde Vs i en krets, kan forskjellige spenningsuttakspunkter betraktes som A, B, C, D & E
Den totale motstanden i kretsen kan beregnes ved å legge til alle motstandsverdiene som 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohm. Denne motstandsverdien vil begrense strømmen gjennom kretsen som genererer spenningsforsyningen (VS).
De forskjellige ligningene som brukes til å beregne spenningsfallet over motstandene er VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD og VR4 = VDE.
Spenningsnivåene ved hvert tappepunkt beregnes i forhold til GND (0V) terminal. Derfor vil spenningsnivået ved 'D' punktet være ekvivalent med VDE, mens spenningsnivået på 'C' punktet vil være ekvivalent med VCD + VDE. Her er spenningsnivået ved punktet 'C' mengden av de to spenningsfallene over to motstander R3 og R4.
Så ved å velge et passende sett med motstandsverdier, kan vi lage en serie spenningsfall. Disse spenningsfallene vil ha en relativ spenningsverdi som oppnås fra bare spenning. I eksemplet ovenfor er hver o / p-spenningsverdi positiv da spenningsforsyningens negative terminal (VS) er koblet til jordterminalen.
Anvendelser av spenningsdeler
De søknader fra votlage skillelinjen Inkluder følgende.
- Spenningsdeleren brukes bare der hvor spenningen reguleres ved å slippe en bestemt spenning i en krets. Den ble hovedsakelig brukt i slike systemer der energieffektivitet ikke nødvendigvis skal vurderes seriøst.
- I vårt daglige liv brukes spenningsdeleren oftest i potensiometre. De beste eksemplene på potensiometrene er volumjusteringsknappen festet til musikksystemene og radiotransistorer osv. Den grunnleggende utformingen av potensiometeret inkluderer tre pinner som er vist ovenfor. Ved at to pinner er koblet til motstanden som er inne i potensiometeret, og den gjenværende pinnen er koblet til med en tørkekontakt som glir på motstanden. Når noen skifter knott på potensiometeret, vises spenningen over de stabile kontaktene og tørkekontakten i henhold til spenningsdelerregelen.
- Spenningsdelere brukes til å justere signalets nivå, for spenningsmåling og forspenning av aktive enheter i forsterkere. Et multimeter og Wheatstone-bro inkluderer spenningsdelere.
- Spenningsdelere kan brukes til å måle motstanden til sensoren. For å danne en spenningsdeler er sensoren koblet i serie med en kjent motstand, og kjent spenning påføres over skillelinjen. De analog til digital omformer av mikrokontrolleren er koblet til midtkranen på skillelinjen slik at tappespenningen kan måles. Ved å bruke den kjente motstanden kan målt spenningssensormotstand beregnes.
- Spenningsdelere brukes til måling av sensor, spenning, forskyvning av logisk nivå og justering av signalnivå.
- Generelt brukes motstandsdelerregelen hovedsakelig for å produsere referansespenningene, ellers reduserer spenningsstørrelsen slik at målingen er veldig enkel. I tillegg fungerer dette som signaldempere ved lav frekvens
- Den brukes i tilfelle ekstremt færre frekvenser og DC
- Kapasitiv spenningsdeler brukt i kraftoverføring for å kompensere lastkapasitans og høyspenningsmåling.
Dette er alt om spenningsdelingen regel med kretser, er denne regelen gjeldende for både AC og DC spenningskilder. Videre, enhver tvil angående dette konseptet eller elektronikk og elektriske prosjekter , vennligst gi din tilbakemelding ved å kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, hva er hovedfunksjonen til spenningsdelerregelen?
