In de elektronica is de regel van de spanningsdeler een eenvoudige en belangrijkste elektronisch circuit , die wordt gebruikt om een grote spanning om te zetten in een kleine spanning. Met slechts een i / p-spanning en twee serieweerstanden kunnen we een o / p-spanning krijgen. Hier is de uitgangsspanning een fractie van de i / p-spanning. Het beste voorbeeld voor een spanningsdeler is dat twee weerstanden in serie zijn geschakeld. Wanneer de i / p-spanning over het paar van de weerstand wordt aangelegd, zal de o / p-spanning verschijnen uit de verbinding daartussen. Over het algemeen worden deze verdelers gebruikt om de grootte van de spanning te verminderen of om referentiespanning te creëren en ook bij lage frequenties als signaalverzwakker. Voor gelijkstroom en relatief lage frequenties kan een spanningsdeler perfect zijn als deze alleen is gemaakt van weerstanden waarbij de frequentierespons vereist is over een breed bereik.
Wat is de regel van de spanningsdeler?
Definitie: Op het gebied van elektronica is een spanningsdeler een basiscircuit dat wordt gebruikt om een deel van zijn ingangsspanning als een uitgang te genereren. Dit circuit kan worden ontworpen met twee weerstanden, anders passieve componenten samen met een spanningsbron. De weerstanden in het circuit kunnen in serie worden geschakeld terwijl een spanningsbron over deze weerstanden is geschakeld. Dit circuit wordt ook wel een potentiaalverdeler genoemd. De ingangsspanning kan worden overgedragen tussen de twee weerstanden in het circuit zodat de spanningsverdeling plaatsvindt.
Wanneer moet u de spanningsdelerregel gebruiken?
De spanningsdelerregel wordt gebruikt om circuits op te lossen om de oplossing te vereenvoudigen. Het toepassen van deze regel kan ook eenvoudige circuits grondig oplossen. Het hoofdconcept van deze spanningsdelerregel is “De spanning wordt verdeeld over twee weerstanden die in serie zijn geschakeld in directe verhouding tot hun weerstand. De spanningsdeler omvat twee belangrijke onderdelen: het circuit en de vergelijking.
Verschillende spanningsdeler-schema's
Een spanningsdeler omvat een spanningsbron over een reeks van twee weerstanden. Mogelijk ziet u de verschillende spanningscircuits die op verschillende manieren zijn getekend, die hieronder worden weergegeven. Maar deze verschillende circuits moet altijd hetzelfde zijn.
Spanningsdeler Schema's
In de bovenstaande verschillende spanningsdelercircuits is de R1-weerstand het dichtst bij de ingangsspanning Vin en de weerstand R2 het dichtst bij de aardklem. De spanningsval over weerstand R2 wordt Vout genoemd, wat de verdeelde spanning van het circuit is.
Spanningsdeler berekening
Laten we het volgende circuit beschouwen dat is verbonden met behulp van twee weerstanden R1 en R2. Waar de variabele weerstand is aangesloten tussen de spanningsbron. In het onderstaande circuit is R1 de weerstand tussen het glijdende contact van de variabele en de negatieve pool. R2 is de weerstand tussen de pluspool en het schuifcontact. Dat betekent dat de twee weerstanden R1 en R2 in serie staan.
Spanningsdelerregel met behulp van twee weerstanden
De wet van Ohm stelt dat V = IR
Uit de bovenstaande vergelijking kunnen we de volgende vergelijkingen krijgen
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
De spanningswet van Kirchhoff toepassen
De KVL stelt dat wanneer de algebraïsche som van de spanning rond een gesloten pad in een circuit gelijk is aan nul.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
Daarom
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = ik (t) (R1 + R2)
Vandaar
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
Vervanging van III in I- en II-vergelijkingen
V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R2 / R1 + R2)
Het bovenstaande circuit toont de spanningsdeler tussen de twee weerstanden die recht evenredig is met hun weerstand. Deze regel voor spanningsdeler kan worden uitgebreid naar circuits die zijn ontworpen met meer dan twee weerstanden.
Spanningsdelerregel met behulp van drie weerstanden
Spanningsverdelingsregel voor circuit met twee weerstanden
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
Spanningsdeler-vergelijking
De vergelijking van de spanningsdelerregel accepteert als u de drie waarden in het bovenstaande circuit kent, dit zijn de ingangsspanning en de twee weerstandswaarden. Door de volgende vergelijking te gebruiken, kunnen we de uitgangsspanning vinden.
Kluis = Vin. R2 / R1 + R2
De bovenstaande vergelijking stelt dat de Vout (o / p-spanning) recht evenredig is met de Vin (ingangsspanning) en de verhouding van twee weerstanden R1 en R2.
Resistieve spanningsdeler
Dit is een heel gemakkelijk en eenvoudig circuit om zowel te ontwerpen als te begrijpen. Het basistype van een passieve spanningsdelercircuit kan worden gebouwd met twee weerstanden die in serie zijn geschakeld. Dit circuit gebruikt de spanningsdelerregel om de spanningsval over elke serieweerstand te meten. Het resistieve spanningsdelercircuit wordt hieronder getoond.
In het resistieve delercircuit zijn de twee weerstanden zoals R1 en R2 in serie geschakeld. Dus de stroomstroom in deze weerstanden zal hetzelfde zijn. Daarom zorgt het voor een spanningsval (I * R) over elke weerstand.
Resistief type
Met behulp van een spanningsbron wordt op dit circuit een spanningstoevoer toegepast. Door de wet van KVL & Ohms op dit circuit toe te passen, kunnen we de spanningsval over de weerstand meten. Dus de stroom van stroom in het circuit kan worden gegeven als
Door KVL toe te passen
VS = VR1 + VR2
Volgens de wet van Ohm
VR1 = Ik x R1
VR2 = Ik x R2
VS = ik x R1 + ik x R2 = ik (R1 + R2)
Ik = VS / R1 + R2
De stroom van stroom door het serieschakeling is I = V / R volgens de wet van Ohm. De stroomstroom is dus hetzelfde in beide weerstanden. Dus nu kan de spanningsval over de R2-weerstand in het circuit berekenen
IR2 = VR2/R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
Evenzo kan de spanningsval over de R1-weerstand worden berekend als
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
Capacitieve spanningsverdelers
Capacitief spanningsdelercircuit genereert spanningsvallen over condensatoren die in serie zijn geschakeld met een wisselstroomvoeding. Meestal worden deze gebruikt om extreem hoge spanningen te verminderen en zo een laag uitgangsspanningssignaal te leveren. Momenteel zijn deze verdelers toepasbaar op touchscreen-gebaseerde tablets, mobiele telefoons en weergaveapparaten.
In tegenstelling tot resistieve spanningsdelercircuits, werken capacitieve spanningsdelers met een sinusvormige AC-voeding omdat de spanningsverdeling tussen de condensatoren kan worden berekend met behulp van de reactantie van de condensatoren (XC) die afhangt van de frequentie van de AC-voeding.
Capacitief type
De capacitieve reactantieformule kan worden afgeleid als
Xc = 1 / 2πfc
Waar:
Xc = capacitieve reactantie (Ω)
π = 3.142 (een numerieke constante)
ƒ = frequentie gemeten in Hertz (Hz)
C = Capaciteit gemeten in Farads (F)
De reactantie van elke condensator kan worden gemeten aan de hand van de spanning en de frequentie van de AC-voeding en vervang ze in de bovenstaande vergelijking om de equivalente spanningsdalingen over elke condensator te krijgen. Het capacitieve spanningsdelercircuit wordt hieronder getoond.
Door deze condensatoren te gebruiken die in serie zijn geschakeld, kunnen we de RMS-spanningsval over elke condensator bepalen in termen van hun reactantie zodra ze zijn aangesloten op een spanningsbron.
Xc1 = 1 / 2πfc1 & Xc2 = 1 / 2πfc2
XCT= XC1+ XC2
V.C1= Vs (XC1/ XCT
V.C2= Vs (XC2/ XCT
Capacitieve verdelers staan geen DC-invoer toe.
Een eenvoudige capacitieve vergelijking voor een AC-ingang is
Kluis = (C1 / C1 + C2). Vin
Inductieve spanningsverdelers
Inductieve spanningsdelers zullen spanningsvallen over spoelen veroorzaken, anders worden inductoren in serie geschakeld over een AC-voeding. Het bestaat uit een spoel die anders een enkele wikkeling is, die in twee delen is gescheiden waar de o / p-spanning van een van de delen wordt ontvangen.
Het beste voorbeeld van deze inductieve spanningsdeler is de autotransformator met meerdere aftappunten met secundaire wikkeling. Een inductieve spanningsdeler tussen twee inductoren kan worden gemeten door de reactantie van de inductor aangeduid met XL.
Inductief type
De inductieve reactantieformule kan worden afgeleid als
XL = 1 / 2πfL
‘XL’ is een inductieve reactantie gemeten in ohm (Ω)
π = 3.142 (een numerieke constante)
‘Ƒ’ is de frequentie gemeten in Hertz (Hz)
‘L’ is een inductantie gemeten in Henries (H)
De reactantie van de twee inductoren kan worden berekend zodra we de frequentie en spanning van de AC-voeding kennen en ze gebruiken via de wet van de spanningsdeler om de spanningsval over elke inductor te krijgen, wordt hieronder weergegeven. Het inductieve spanningsdelercircuit wordt hieronder weergegeven.
Door twee inductoren te gebruiken die in serie in het circuit zijn geschakeld, kunnen we de RMS-spanningsval over elke condensator meten in termen van hun reactantie zodra ze zijn aangesloten op een spanningsbron.
XL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2
XLT XL1+ XL2
V.L1 = Vs ( XL1/ XLT
V.L2 = Vs ( XL2/ XLT
AC-ingang kan worden gesplitst door inductieve verdelers op basis van inductantie:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
Deze vergelijking is voor inductoren die geen interactie hebben en wederzijdse inductie in een autotransformator zal de uitkomsten veranderen. De DC-ingang kan worden gesplitst op basis van de weerstand van de elementen volgens de resistieve delerregel.
Spanningsdeler Voorbeeldproblemen
De voorbeeldproblemen van de spanningsdeler kunnen worden opgelost door de bovenstaande resistieve, capacitieve en inductieve circuits te gebruiken.
1). Laten we aannemen dat de totale weerstand van een variabele weerstand 12 Ω is. Het schuifcontact is geplaatst op een punt waar de weerstand is verdeeld in 4 Ω en 8Ω. De variabele weerstand is aangesloten op een batterij van 2,5 V. Laten we eens kijken naar de spanning die verschijnt over de voltmeter die is aangesloten over het 4 Ω-gedeelte van de variabele weerstand.
Volgens de regel van de spanningsdeler zijn spanningsdalingen,
Vout = 2,5 V x 4 Ohm / 12 Ohm = 0,83 V.
2). Wanneer de twee condensatoren C1-8uF en C2-20uF in serie zijn geschakeld in het circuit, kunnen de RMS-spanningsdalingen worden berekend over elke condensator wanneer ze zijn aangesloten op 80Hz RMS-voeding en 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). Wanneer de twee smoorspoelen L1-8 mH en L2- 15 mH in serie zijn geschakeld, kunnen we de RMS-spanningsval over elke condensator berekenen zodra ze zijn aangesloten op 40 volt, 100 Hz RMS-voeding.
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
Spanningsaftappunten in een verdeelnetwerk
Wanneer het aantal weerstanden in serie is geschakeld over een spanningsbron Vs in een circuit, kunnen verschillende spanningsaftappunten worden beschouwd als A, B, C, D & E
De totale weerstand in het circuit kan worden berekend door alle weerstandswaarden zoals 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohm bij elkaar op te tellen. Deze weerstandswaarde beperkt de stroom door het circuit dat de voedingsspanning (VS) genereert.
De verschillende vergelijkingen die worden gebruikt om de spanningsval over de weerstanden te berekenen, zijn VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD en VR4 = VDE.
De spanningsniveaus op elk aftappunt worden berekend met betrekking tot de GND (0V) -aansluiting. Daarom zal het spanningsniveau op het ‘D’-punt gelijk zijn aan VDE, terwijl het spanningsniveau op het ‘C’ -punt gelijk zal zijn aan VCD + VDE. Hier is het spanningsniveau op punt ‘C’ de hoeveelheid van de twee spanningsvallen over twee weerstanden R3 en R4.
Dus door een geschikte set weerstandswaarden te selecteren, kunnen we een reeks spanningsdalingen maken. Deze spanningsdalingen hebben een relatieve spanningswaarde die wordt bereikt met alleen spanning. In het bovenstaande voorbeeld is elke o / p-spanningswaarde positief omdat de negatieve aansluiting (VS) van de voedingsspanning is verbonden met de aardklem.
Toepassingen van spanningsdeler
De toepassingen van de votlage divider omvatten de volgende.
- De spanningsdeler wordt alleen daar gebruikt waar de spanning wordt geregeld door een bepaalde spanning in een circuit te laten vallen. Het wordt voornamelijk gebruikt in dergelijke systemen waar energie-efficiëntie niet noodzakelijk serieus moet worden overwogen.
- In ons dagelijks leven wordt de spanningsdeler meestal gebruikt in potentiometers. De beste voorbeelden voor de potentiometers zijn de volumeafstemknop die is bevestigd aan onze muzieksystemen en radiotransistors, enz. Het basisontwerp van de potentiometer omvat drie pinnen die hierboven worden weergegeven. Daarin zijn twee pinnen verbonden met de weerstand die zich in de potentiometer bevindt en de resterende pin is verbonden met een wiscontact dat op de weerstand schuift. Wanneer iemand de knop op de potentiometer verandert, verschijnt de spanning over de stabiele contacten en het wiscontact volgens de regel van de spanningsdeler.
- Spanningsdelers worden gebruikt om het signaalniveau aan te passen, voor spanningsmeting en bias van actieve apparaten in versterkers. Een multimeter en Wheatstone-brug bevatten spanningsdelers.
- Spanningsdelers kunnen worden gebruikt om de weerstand van de sensor te meten. Om een spanningsdeler te vormen, wordt de sensor in serie geschakeld met een bekende weerstand en wordt een bekende spanning over de deler aangelegd. De analoog-digitaalomzetter van de microcontroller is verbonden met de middenaftakking van de verdeler zodat de aftapspanning kan worden gemeten. Door gebruik te maken van de bekende weerstand kan de gemeten weerstand van de spanningssensor worden berekend.
- Spanningsdelers worden gebruikt bij het meten van sensor, spanning, verschuiving van logisch niveau en aanpassing van signaalniveau.
- Over het algemeen wordt de regel van de weerstandsverdeler voornamelijk gebruikt om de referentiespanningen te produceren, anders wordt de spanningsgrootte verminderd, zodat de meting heel eenvoudig is. Bovendien zijn dit werken als signaalverzwakkers bij lage frequentie
- Het wordt gebruikt in het geval van extreem minder frequenties en DC
- Capacitieve spanningsdeler gebruikt bij krachtoverbrenging voor het compenseren van belastingscapaciteit en hoogspanningsmeting.
Dit is alles over de spanningsdeling regel met circuits, deze regel is van toepassing op zowel AC- als DC-spanningsbronnen. Verder twijfels over dit concept of elektronica en elektrische projecten , geef alstublieft uw feedback door te reageren in het commentaargedeelte hieronder. Hier is een vraag voor u, wat is de belangrijkste functie van de spanningsdelerregel?
