Ένας διαιρέτης τάσης σάς βοηθά να διασπάσετε μια τάση σε μικρότερα κομμάτια με αντιστάσεις. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κυκλώματα διαιρέτη τάσης για να λάβετε διαφορετικές τάσεις από μία πηγή τροφοδοσίας. Σκεφτείτε δύο αντιστάσεις ενωμένες σε μια γραμμή. Εάν ελέγξετε την τάση σε μία αντίσταση, λαμβάνετε μόνο ένα μέρος της συνολικής τάσης. Αυτή η εύκολη ρύθμιση σάς επιτρέπει να δίνετε ισχύ σε αισθητήρες ή άλλα ηλεκτρονικά που χρειάζονται χαμηλότερη τάση.
Κυκλώματα Διαιρέτη Τάσης
Ορισμός
Τα κυκλώματα διαιρέτη τάσης βοηθούν στη διάσπαση της τάσης σε μικρότερες ποσότητες. Αυτά τα κυκλώματα χρησιμοποιήστε αντιστάσεις για να δημιουργήσετε διαφορετικές τάσεις από μία πηγή ισχύος. Συνδέετε τις αντιστάσεις σε μια σειρά για να κατασκευάσετε το κύκλωμα. Η τάση πέφτει σε κάθε αντίσταση. Μπορείτε να ελέγξετε την τάση σε διαφορετικά σημεία του κυκλώματος. Με αυτόν τον τρόπο, λαμβάνετε την τάση που απαιτείται για αισθητήρες ή άλλα ηλεκτρονικά.
Βασική Λειτουργία
Τα κυκλώματα διαιρέτη τάσης μοιράζονται τη συνολική τάση μεταξύ των αντιστάσεων. Τοποθετείτε τις αντιστάσεις σε γραμμή ή σε σειρά. Η τάση διαιρείται ανάλογα με την τιμή κάθε αντίστασης. Για να λάβετε χαμηλότερη τάση, μετρήστε μόνο σε μία αντίσταση. Μπορείτε να αλλάξετε την τάση εξόδου επιλέγοντας διαφορετικές τιμές αντίστασης. Αυτό καθιστά τα κυκλώματα διαιρέτη τάσης χρήσιμα για πολλά ηλεκτρονικά έργα.
Συμβουλή: Τα κυκλώματα διαχωριστή τάσης μπορούν να τροφοδοτήσουν συσκευές που χρειάζονται λιγότερη τάση από την κύρια παροχή ρεύματος.
Απλό παράδειγμα
Ακολουθεί ένα εύκολο παράδειγμα. Έχετε μια μπαταρία που δίνει 9 βολτ. Χρειάζεστε μόνο 3 βολτ για έναν αισθητήρα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε δύο αντιστάσεις για να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης. Εάν και οι δύο αντιστάσεις είναι ίδιες, η τάση κατανέμεται ομοιόμορφα. Κάθε αντίσταση λαμβάνει 4.5 βολτ. Εάν η μία αντίσταση είναι μεγαλύτερη, λαμβάνει μεγαλύτερη τάση.
Εδώ είναι ένα απλό διάγραμμα:
[Battery]---[R1]---[R2]---[Ground]
| |
Vout 0V
Τα R1 και R2 είναι και τα δύο αντιστάσεις.
Το Vout είναι η τάση που ελέγχετε στα άκρα του R2.
Η τάση της μπαταρίας κατανέμεται μεταξύ R1 και R2.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το κύκλωμα για να λάβετε την τάση που θέλετε. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε διαφορετικές τιμές αντίστασης για να δείτε πώς αλλάζει η τάση. Τα κυκλώματα διαιρέτη τάσης σάς επιτρέπουν να ελέγχετε την τάση στα έργα σας.
Πτώση τάσης και υπολογισμός
Ο νόμος του Ωμ
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον νόμο του Ohm για να κατανοήσετε πώς συμβαίνει η πτώση τάσης σε ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης. Ο νόμος του Ohm λέει ότι η τάση ισούται με το ρεύμα επί την αντίσταση. Εάν έχετε μια αντίσταση σε ένα κύκλωμα, η πτώση τάσης σε αυτήν εξαρτάται από το ρεύμα και την τιμή της αντίστασης. Μπορείτε να γράψετε την εξίσωση ως εξής:
V = I × R
Αν γνωρίζετε την τάση εισόδου και την τιμές αντίστασης, μπορείτε να βρείτε το ρεύμα. Το ρεύμα παραμένει το ίδιο μέσω κάθε αντίστασης σε ένα κύκλωμα σε σειρά. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον νόμο του Ohm για να βρείτε τους λόγους πτώσης τάσης για κάθε αντίσταση.
Σημείωση: Ο νόμος του Ohm σάς βοηθά να προβλέψετε πόση τάση θα λάβει κάθε αντίσταση στον διαιρέτη τάσης σας.
Νόμος του Κίρχοφ
Ο νόμος τάσης του Kirchoff σάς βοηθά να δείτε πώς διασπάται η τάση σε ένα κύκλωμα. Αυτός ο νόμος λέει ότι η συνολική τάση γύρω από έναν κλειστό βρόχο ισούται με μηδέν. Αν προσθέσετε όλες τις πτώσεις τάσης σε ένα κύκλωμα σε σειρά, ισούνται με την τάση εισόδου. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον νόμο τάσης του Kirchoff για να ελέγξετε την εργασία σας όταν κατασκευάζετε έναν διαιρέτη τάσης.
Για παράδειγμα, αν έχετε δύο αντιστάσεις σε ένα κύκλωμα και μια τάση εισόδου, το άθροισμα της πτώσης τάσης σε κάθε αντίσταση ισούται με την τάση εισόδου. Αυτό σας βοηθά να βεβαιωθείτε ότι οι εξισώσεις του διαιρέτη τάσης είναι σωστές.
Βασικές εξισώσεις
Πρέπει να χρησιμοποιήσετε τη σωστή εξίσωση για να βρείτε την τάση εξόδου σε έναν διαιρέτη τάσης. Η βασική εξίσωση για έναν απλό διαιρέτη τάσης δύο αντιστάσεων μοιάζει με αυτήν:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))
Το Vin είναι η τάση εισόδου.
Το Vout είναι η τάση εξόδου.
Η R1 είναι η πρώτη αντίσταση.
Η R2 είναι η δεύτερη αντίσταση.
Αυτή η εξίσωση δείχνει πώς λόγοι πτώσης τάσης εξαρτώνται από τις τιμές των αντιστάσεων. Μπορείτε να αλλάξετε την έξοδο επιλέγοντας διαφορετικές αντιστάσεις. Αν θέλετε να βρείτε το ρεύμα στο κύκλωμα, χρησιμοποιήστε αυτήν την εξίσωση:
I = Vin / (R1 + R2)
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτές τις εξισώσεις για να σχεδιάσετε το δικό σας κύκλωμα διαιρέτη τάσης.
Σύμβολο | Νόημα |
|---|---|
Κρασί | Τάση εισόδου |
Βουτ | τάση εξόδου |
R1 | Πρώτη αντίσταση |
R2 | Δεύτερη αντίσταση |
I | Ρεύμα |
Υπολογισμός δείγματος
Ας δοκιμάσουμε ένα παράδειγμα προβλήματος. Θέλετε να λάβετε τάση εξόδου 3 βολτ από τάση εισόδου 5 βολτ. Χρησιμοποιείτε δύο αντιστάσεις στο κύκλωμά σας. Η R1 είναι 2 kΩ. Η R2 είναι 3 kΩ.
Γράψτε την εξίσωση του διαιρέτη τάσης:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))Συνδέστε τις τιμές:
Vout = 5 × (3 / (2 + 3)) Vout = 5 × (3 / 5) Vout = 5 × 0.6 Vout = 3 volts
Λαμβάνετε τάση εξόδου 3 βολτ. Οι λόγοι πτώσης τάσης για τις R1 και R2 είναι 2:3. Η πτώση τάσης στα άκρα της R1 είναι 2 βολτ. Η πτώση τάσης στα άκρα της R2 είναι 3 βολτ. Η συνολική πτώση τάσης ισούται με την τάση εισόδου.
Μπορείτε επίσης να βρείτε το ρεύμα στο κύκλωμα:
I = Vin / (R1 + R2)
I = 5 / (2 + 3)
I = 5 / 5
I = 1 mA
Συμβουλή: Να ελέγχετε πάντα ότι το άθροισμα της πτώσης τάσης σε κάθε αντίσταση ισούται με την τάση εισόδου. Αυτό διατηρεί το κύκλωμά σας ασφαλές και λειτουργικό.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτές τις εξισώσεις για να σχεδιάσετε κυκλώματα διαιρέτη τάσης για αισθητήρες, LED ή άλλα ηλεκτρονικά. Δοκιμάστε να αλλάξετε τις τιμές των αντιστάσεων για να δείτε πώς αλλάζει η τάση εξόδου. Θα δείτε πώς οι λόγοι πτώσης τάσης επηρεάζουν την έξοδο.
Πρακτικές χρήσεις των διαιρέτων τάσης
Κανόνας 10%
Όταν εργάζεστε με κυκλώματα διαιρέτη τάσης, πρέπει να λάβετε υπόψη τον κανόνα του 10%. Αυτός ο κανόνας σας βοηθά να βεβαιωθείτε ότι το σχεδιασμό κυκλωμάτων σας δίνει την τάση που θέλετε. Ο κανόνας του 10% ορίζει ότι το φορτίο που είναι συνδεδεμένο στον διαιρέτη τάσης σας θα πρέπει να καταναλώνει λιγότερο από το 10% του ρεύματος που ρέει μέσω του διαιρέτη. Αν ακολουθήσετε αυτόν τον κανόνα, διατηρείτε σταθερή την τάση εξόδου. Αποφεύγετε μεγάλες αλλαγές στην τάση όταν συνδέετε μια συσκευή.
Συμβουλή: Ελέγχετε πάντα την αναλογία ρεύματος μεταξύ του φορτίου σας και του διαχωριστή. Αυτό διατηρεί την τάση σας ακριβή.
Φόρτωση Εφέ
Τα φαινόμενα φόρτισης συμβαίνουν όταν συνδέετε μια συσκευή στον διαιρέτη τάσης. Η συσκευή λειτουργεί σαν μια άλλη αντίσταση στο κύκλωμα. Αυτή η επιπλέον αντίσταση αλλάζει τη συνολική αντίσταση και τον λόγο τάσης. Εάν το φορτίο τραβάει πολύ ρεύμα, η τάση εξόδου μειώνεται. Αυτό το πρόβλημα παρατηρείται σε πολλά έργα σχεδιασμού κυκλωμάτων. Για να αποφύγετε τα φαινόμενα φόρτισης, πρέπει να τιμές αντίστασης επιλογής που διατηρούν την τάση κοντά στον στόχο σας.
Ακολουθεί ένας σύντομος πίνακας που δείχνει πώς τα εφέ φόρτωσης αλλάζουν την έξοδο:
Αντίσταση φορτίου | Τάση εξόδου | Αλλαγή αναλογίας |
|---|---|---|
Ψηλά | Παραμένει σταθερό | Μικρό |
Χαμηλός | Σταγόνες | Μεγάλο |
Παράδειγμα σχεδίασης
Ας δούμε ένα παράδειγμα σχεδίασης που χρησιμοποιεί τον κανόνα του 10%. Θέλετε να λάβετε 5 βολτ από μια πηγή 12 βολτ για έναν αισθητήρα. Ο αισθητήρας σας χρειάζεται 1 mA. Ξεκινάτε τη σχεδίαση του κυκλώματός σας επιλέγοντας ένα ρεύμα για τον διαχωριστή. Εάν θέλετε το ρεύμα του διαχωριστή να είναι τουλάχιστον 10 mA, η αναλογία του ρεύματος φορτίου προς το ρεύμα του διαχωριστή είναι 1:10. Χρησιμοποιείτε την εξίσωση του διαχωριστή τάσης για να βρείτε τις τιμές της αντίστασης. Ελέγχετε την τάση με τον αισθητήρα σας συνδεδεμένο. Εάν η τάση παραμένει κοντά στα 5 βολτ, ο σχεδιασμός σας λειτουργεί. Εάν όχι, προσαρμόζετε τις τιμές της αντίστασης και επαναλαμβάνετε τη διαδικασία.
Θυμηθείτε: Ο καλός σχεδιασμός κυκλώματος ελέγχει πάντα για φαινόμενα φόρτωσης και χρησιμοποιεί τη σωστή αναλογία για σταθερή τάση.
Βλέπεις πρακτικές χρήσεις των διαιρέτων τάσης σε κυκλώματα αισθητήρων, χειριστήρια ήχου και εισόδους μικροελεγκτών. Όταν ακολουθείτε τον κανόνα του 10%, κάνετε το κύκλωμα διαιρέτη τάσης σας πιο αξιόπιστο. Χρησιμοποιείτε τη σωστή αναλογία και τα σωστά βήματα σχεδιασμού για να διατηρείτε σταθερή την τάση σας σε πραγματικά έργα.
Περιπλοκές των κυκλωμάτων διαιρέτη τάσης
Κλίμακα τάσης
Μπορείτε να κατασκευάσετε μια σκάλα τάσης συνδέοντας αρκετές αντιστάσεις στη σειρά. Αυτή η δομή μοιάζει με τα σκαλοπάτια μιας σκάλας. Κάθε αντίσταση λειτουργεί ως σκαλοπάτι. Συνδέετε το ένα άκρο της σκάλας σε μια πηγή τάσης και το άλλο άκρο στη γείωση. Η τάση μειώνεται λίγο σε κάθε σκαλοπάτι. Αυτή η ρύθμιση σάς βοηθά να λαμβάνετε πολλά διαφορετικά επίπεδα τάσης από μία πηγή.
Μια κλίμακα τάσης σας δίνει περισσότερες από δύο τάσεις. Μπορείτε να συνδεθείτε στο κύκλωμα σε κάθε κόμβο μεταξύ των αντιστάσεων. Κάθε σύνδεση σας δίνει διαφορετική τάση. Αυτό καθιστά την κλίμακα τάσης χρήσιμη σε πολλά έργα. Αυτό το βλέπετε συχνά σε αναλογικούς σε ψηφιακούς μετατροπείς ή κυκλώματα αισθητήρωνΗ σταθερότητα κάθε βήματος τάσης εξαρτάται από τις τιμές της αντίστασης που επιλέγετε.
Συμβουλή: Χρησιμοποιήστε αντιστάσεις ίσης τιμής για ομοιόμορφα βήματα τάσης στη σκάλα σας.
Υπολογισμός κόμβου
Μπορείτε να βρείτε την τάση σε κάθε κόμβο σε μια κλίμακα τάσης χρησιμοποιώντας απλά μαθηματικά. Ξεκινήστε μετρώντας τον συνολικό αριθμό αντιστάσεων. Εάν χρησιμοποιείτε αντιστάσεις ίσης τιμής, η τάση μειώνεται ομοιόμορφα σε κάθε κόμβο. Για παράδειγμα, εάν έχετε τέσσερις αντιστάσεις και μια πηγή 12 βολτ, κάθε βήμα μειώνεται κατά 3 βολτ.
Ακολουθεί ένας γρήγορος τρόπος για να υπολογίσετε τις τάσεις των κόμβων:
Μετρήστε τον συνολικό αριθμό αντιστάσεων (N).
Διαιρέστε τη συνολική τάση με το N για να βρείτε την πτώση τάσης ανά αντίσταση.
Πολλαπλασιάστε την πτώση με τον αριθμό των βημάτων από το έδαφος μέχρι τον κόμβο σας.
Εδώ είναι ένας πίνακας για μια σκάλα τεσσάρων σκαλοπατιών με πηγή 12 βολτ:
Κόμβος | Τάση (V) |
|---|---|
0 | 0 |
1 | 3 |
2 | 6 |
3 | 9 |
4 | 12 |
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτήν τη μέθοδο για οποιαδήποτε κλίμακα τάσης. Αυτό σας βοηθά να σχεδιάσετε κυκλώματα με σταθερά επίπεδα τάσης σε κάθε κόμβο. Οι περιπλοκές του κυκλώματα διαιρέτη τάσης γίνεται σαφές όταν δείτε πώς κάθε βήμα επηρεάζει τη σταθερότητα και την έξοδο του κυκλώματός σας.
Μάθατε πώς τα κυκλώματα διαιρέτη τάσης παράγουν διαφορετικές τάσεις. Μάθατε επίσης να χρησιμοποιείτε μαθηματικά για να βρείτε την τάση και το ρεύμα. Η επιλογή των σωστών τιμών αντίστασης βοηθά στη διατήρηση σταθερής τάσης. Αυτό κάνει το κύκλωμά σας να λειτουργεί καλύτερα. Δοκιμάστε να φτιάξετε τον δικό σας διαιρέτη τάσης ή κλίμακα τάσης.
Χρησιμοποιήστε διαφορετικές τιμές αντίστασης για να δείτε τι συμβαίνει.
Ελέγξτε την τάση σε κάθε σημείο του κυκλώματός σας.
Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα, δοκιμάστε διαδικτυακούς προσομοιωτές κυκλωμάτων ή διαδραστικά κιτ.
Συχνές Ερωτήσεις
Τι είναι ένας διαιρέτης τάσης και γιατί τον χρησιμοποιείτε;
Ένας διαιρέτης τάσης διαιρεί την τάση σε μικρότερα μέρη. Τον χρησιμοποιείτε για να τροφοδοτήστε πράγματα που χρειάζονται λιγότερη τάσηΣας βοηθά να δημιουργήσετε διαφορετικές τάσεις για αισθητήρες ή μικροελεγκτές.
Πώς επιλέγετε τιμές αντίστασης για έναν διαιρέτη τάσης;
Επιλέξτε τιμές αντίστασης για να βρείτε την τάση που θέλετε. Χρησιμοποιήστε την εξίσωση του διαιρέτη τάσης για να σας βοηθήσει. Δοκιμάστε διαφορετικά ζεύγη αντιστάσεων μέχρι να βρείτε τη σωστή τάση. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να ορίσετε την τάση για το έργο σας.
Μπορεί ένας διαιρέτης τάσης να τροφοδοτήσει βαριά φορτία;
Μην χρησιμοποιείτε διαιρέτη τάσης για βαριά φορτία. Η τάση εξόδου μειώνεται εάν το φορτίο χρησιμοποιεί υπερβολικό ρεύμα. Ελέγχετε πάντα το φορτίο και ακολουθείτε τον κανόνα του 10%. Αυτό διατηρεί την καλή λειτουργία του διαιρέτη τάσης.
Γιατί αλλάζει η έξοδος όταν συνδέετε μια συσκευή σε έναν διαιρέτη τάσης;
Η σύνδεση μιας συσκευής προσθέτει μια ακόμη αντίσταση στο κύκλωμα. Αυτό αλλάζει τη συνολική αντίσταση και την τάση εξόδου. Οι λόγοι πτώσης τάσης σάς βοηθούν να μαντέψετε τι θα συμβεί με διαφορετικά φορτία.
Πού βλέπετε κυκλώματα διαιρέτη τάσης στην πραγματική ζωή;
Βλέπετε κυκλώματα διαιρέτη τάσης σε κυκλώματα αισθητήρων και χειριστήρια ήχου. Βρίσκονται επίσης σε εισόδους μικροελεγκτών. Αυτά τα κυκλώματα σας βοηθούν να λάβετε τη σωστή τάση για κάθε εξάρτημα. Χρησιμοποιείτε διαιρέτες τάσης σε πολλά ηλεκτρονικά έργα.
