ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคืออะไรและจะคำนวณได้อย่างไร

ตัวเลือกงบประมาณสำหรับการแปลงพารามิเตอร์หลักของกระแสไฟฟ้าคือตัวแบ่งแรงดัน อุปกรณ์ดังกล่าวทำเองได้ง่าย แต่ในการทำเช่นนี้ คุณต้องทราบวัตถุประสงค์ แอปพลิเคชัน หลักการทำงาน และตัวอย่างการคำนวณ

วัตถุประสงค์และการสมัคร

หม้อแปลงไฟฟ้าใช้ในการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งสามารถรักษาค่ากระแสไฟที่สูงเพียงพอได้ หากจำเป็นต้องเชื่อมต่อโหลดที่ใช้กระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก (สูงถึงหลายร้อย mA) กับวงจรไฟฟ้า ไม่แนะนำให้ใช้หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า (U)

ในกรณีเหล่านี้ คุณสามารถใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟที่ง่ายที่สุด (DN) ซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่ามาก หลังจากได้รับค่าที่ต้องการแล้ว U จะถูกยืดให้ตรงและจ่ายพลังงานให้กับผู้บริโภค หากจำเป็น ในการเพิ่มกระแส (I) คุณต้องใช้สเตจเอาต์พุตเพื่อเพิ่มกำลังนอกจากนี้ยังมีตัวหารและค่าคงที่ U แต่โมเดลเหล่านี้ใช้น้อยกว่ารุ่นอื่น

DN มักใช้เพื่อชาร์จอุปกรณ์ต่างๆ ซึ่งจำเป็นต้องได้รับค่า U ที่ต่ำกว่าและกระแสไฟ 220 V สำหรับแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ นอกจากนี้ ขอแนะนำให้ใช้อุปกรณ์สำหรับแบ่ง U เพื่อสร้างเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ตลอดจนพัลส์ในห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์จ่ายไฟแบบธรรมดา

หลักการทำงาน

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า (DN) เป็นอุปกรณ์ที่เอาต์พุตและอินพุต U เชื่อมต่อกันโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอน ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนคืออัตราส่วนของค่า U ที่เอาต์พุตและที่อินพุตของตัวแบ่ง วงจรแบ่งแรงดันไฟเป็นแบบธรรมดาและเป็นห่วงโซ่ของผู้บริโภคสองคนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม - องค์ประกอบวิทยุ (ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ หรือตัวเหนี่ยวนำ) พวกเขาแตกต่างกันในแง่ของประสิทธิภาพ

กระแสสลับมีปริมาณหลักเช่น: แรงดัน, กระแส, ความต้านทาน, ความเหนี่ยวนำ (L) และความจุ (C) สูตรคำนวณปริมาณไฟฟ้าพื้นฐาน (U, I, R, C, L) เมื่อผู้บริโภคเชื่อมต่อแบบอนุกรม:

1. ค่าความต้านทานเพิ่มขึ้น
2. ความเครียดเพิ่มขึ้น
3. กระแสจะถูกคำนวณตามกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร: I = U / R;
4. ความเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น;
5. ความจุของห่วงโซ่ตัวเก็บประจุทั้งหมด: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn)

สำหรับการผลิตตัวต้านทานแบบง่าย DN จะใช้หลักการของตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ตามอัตภาพโครงการสามารถแบ่งออกเป็น 2 ไหล่ ไหล่แรกคือไหล่บนและตั้งอยู่ระหว่างอินพุตและจุดศูนย์ของ DN และส่วนที่สองคือส่วนล่าง และเอาต์พุต U จะถูกลบออกจากมัน

ผลรวมของ U บนแขนเหล่านี้เท่ากับค่าผลลัพธ์ของ U ขาเข้า RP มีทั้งแบบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น อุปกรณ์เชิงเส้นรวมถึงอุปกรณ์ที่มีเอาต์พุต U ซึ่งจะแปรผันเป็นเส้นตรงขึ้นอยู่กับค่าอินพุต ใช้สำหรับตั้งค่า U ที่ต้องการในส่วนต่างๆ ของวงจร Nonlinear ใช้ในโพเทนชิโอมิเตอร์ที่ใช้งานได้ ความต้านทานสามารถเป็นแบบแอคทีฟ รีแอกทีฟ และคาปาซิทีฟ

นอกจากนี้ DN ยังสามารถเป็นแบบ capacitive ใช้สายโซ่ของตัวเก็บประจุ 2 ตัวที่ต่อเป็นอนุกรม

หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบปฏิกิริยาของความต้านทานของตัวเก็บประจุในวงจรกระแสที่มีส่วนประกอบแปรผัน ตัวเก็บประจุมีลักษณะเฉพาะของตัวเก็บประจุเท่านั้น แต่ยังมีความต้านทาน Xc ความต้านทานนี้เรียกว่า capacitive ขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสและถูกกำหนดโดยสูตร: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C โดยที่ w คือความถี่ของวงจร C คือค่าของตัวเก็บประจุ .

ความถี่ของวงจรคำนวณโดยสูตร: w = 2 * PI * f โดยที่ PI = 3.1416 และ f คือความถี่ AC

Capacitor หรือ capacitive ช่วยให้คุณได้รับกระแสที่ค่อนข้างใหญ่มากกว่าอุปกรณ์ต้านทาน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งค่า U ต้องลดลงหลายครั้ง นอกจากนี้ยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ - ไม่ร้อนมากเกินไป

ประเภทอุปนัยของ DN ขึ้นอยู่กับหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรกระแสที่มีส่วนประกอบแปรผัน กระแสไหลผ่านโซลินอยด์ซึ่งความต้านทานขึ้นอยู่กับ L และเรียกว่าอุปนัย ค่าของมันคือสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของกระแสสลับ: Xl \u003d w * L โดยที่ L คือค่าของการเหนี่ยวนำของวงจรหรือขดลวด

DN อุปนัยทำงานเฉพาะในวงจรที่มีกระแสซึ่งมีองค์ประกอบแปรผันและมีความต้านทานอุปนัย (Xl)

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อเสียเปรียบหลักของ DN ตัวต้านทานคือความเป็นไปไม่ได้ในการใช้งานในวงจรความถี่สูง แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานอย่างมีนัยสำคัญ และกำลังลดลง ในบางวงจร จำเป็นต้องเลือกกำลังของความต้านทาน เนื่องจากมีความร้อนสูงเกิดขึ้น

ในกรณีส่วนใหญ่ วงจรไฟฟ้ากระแสสลับใช้ DN กับโหลดที่ใช้งาน (ตัวต้านทาน) แต่ด้วยการใช้ตัวเก็บประจุชดเชยที่เชื่อมต่อแบบขนานกับตัวต้านทานแต่ละตัว วิธีนี้ช่วยให้คุณลดความร้อนได้ แต่ไม่สามารถขจัดข้อเสียเปรียบหลักซึ่งก็คือการสูญเสียพลังงาน ข้อดีคือใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง

เพื่อขจัดการสูญเสียพลังงานบน DN ตัวต้านทาน ควรแทนที่องค์ประกอบที่ใช้งาน (ตัวต้านทาน) ด้วยตัวเก็บประจุ องค์ประกอบ capacitive ที่สัมพันธ์กับ DN ตัวต้านทานมีข้อดีหลายประการ:

1. ใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
2. ไม่มีความร้อนสูงเกินไป
3. การสูญเสียพลังงานลดลงเนื่องจากตัวเก็บประจุไม่มีพลังงานซึ่งแตกต่างจากตัวต้านทาน
4. ประยุกต์ใช้กับแหล่งจ่ายแรงดันไฟแรงสูงได้
5. ปัจจัยที่มีประสิทธิภาพสูง (COP);
6. ขาดทุนน้อยกว่า I.

ข้อเสียคือไม่สามารถใช้ในวงจรที่มีค่า U คงที่ได้ เนื่องจากตัวเก็บประจุในวงจร DC ไม่มีความจุ แต่ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุเท่านั้น

DN อุปนัยในวงจรที่มีส่วนประกอบแปรผันก็มีข้อดีหลายประการ แต่ก็สามารถนำมาใช้ในวงจรที่มีค่าคงที่ U ได้เช่นกันตัวเหนี่ยวนำมีความต้านทาน แต่เนื่องจากการเหนี่ยวนำ ตัวเลือกนี้ไม่เหมาะเนื่องจากมีการลดลงอย่างมากใน U ข้อดีหลักเมื่อเทียบกับประเภทต้านทานของ DN:

1. แอปพลิเคชันในเครือข่ายที่มีตัวแปร U;
2. ความร้อนเล็กน้อยขององค์ประกอบ
3. การสูญเสียพลังงานน้อยลงในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
4. ค่อนข้างมีประสิทธิภาพสูง (สูงกว่า capacitive);
5. ใช้ในอุปกรณ์วัดที่มีความแม่นยำสูง
6. มีข้อผิดพลาดน้อยกว่า
7. โหลดที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของตัวแบ่งไม่ส่งผลต่ออัตราส่วนการหาร
8. การสูญเสียในปัจจุบันน้อยกว่าตัวแบ่งคาปาซิทีฟ

ข้อเสียรวมถึงต่อไปนี้:

1. การใช้ U คงที่ในเครือข่ายไฟฟ้าทำให้เกิดการสูญเสียในปัจจุบันอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการใช้พลังงานไฟฟ้าสำหรับการเหนี่ยวนำ
2. สัญญาณเอาท์พุตในการตอบสนองความถี่ (โดยไม่ต้องใช้บริดจ์เรคติไฟเออร์และฟิลเตอร์) เปลี่ยนไป
3. ไม่สามารถใช้ได้กับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแรงสูง

การคำนวณตัวแบ่งแรงดันบนตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำ

หลังจากเลือกประเภทของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสำหรับการคำนวณแล้ว คุณต้องใช้สูตร หากการคำนวณไม่ถูกต้อง ตัวอุปกรณ์เอง ระยะเอาต์พุตสำหรับการขยายกระแส และผู้บริโภคอาจหมดไฟ ผลที่ตามมาของการคำนวณที่ไม่ถูกต้องอาจเลวร้ายยิ่งกว่าความล้มเหลวของส่วนประกอบวิทยุ: ไฟไหม้อันเป็นผลมาจากไฟฟ้าลัดวงจรและไฟฟ้าช็อต

เมื่อคำนวณและประกอบวงจร คุณต้องปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยอย่างเคร่งครัด ตรวจสอบอุปกรณ์ก่อนเปิดเครื่องเพื่อการประกอบที่ถูกต้อง และอย่าทดสอบในห้องที่มีความชื้นสูง (มีโอกาสเกิดไฟฟ้าช็อตเพิ่มขึ้น) กฎหลักที่ใช้ในการคำนวณคือกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรสูตรของมันมีดังนี้ ความแรงของกระแสเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟในส่วนของวงจร และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทานของส่วนนี้ รายการสูตรจะมีลักษณะดังนี้: I = U / R

อัลกอริทึมสำหรับการคำนวณตัวแบ่งแรงดันบนตัวต้านทาน:

1. แรงดันไฟฟ้าทั้งหมด: Upit \u003d U1 + U2 โดยที่ U1 และ U2 เป็นค่า U บนตัวต้านทานแต่ละตัว
2. แรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทาน: U1 = I * R1 และ U2 = I * R2
3. อัพ \u003d ฉัน * (R1 + R2)
4. ไม่มีกระแสโหลด: I = U / (R1 + R2)
5. U ข้ามตัวต้านทานแต่ละตัว: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit และ U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit

ค่าของ R1 และ R2 ควรน้อยกว่าความต้านทานโหลด 2 เท่า

ในการคำนวณตัวแบ่งแรงดันบนตัวเก็บประจุ คุณสามารถใช้สูตร: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit และ U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit

สูตรสำหรับคำนวณ DN บนตัวเหนี่ยวนำจะคล้ายกัน: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit และ U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit

ส่วนใหญ่จะใช้ตัวแบ่งกับไดโอดบริดจ์และซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวปรับความเสถียร U. ควรเลือกไดโอดที่มีค่า U ย้อนกลับสูงกว่าที่อนุญาตในวงจรนี้ ซีเนอร์ไดโอดถูกเลือกตามหนังสืออ้างอิงสำหรับค่าแรงดันไฟคงที่ที่ต้องการ นอกจากนี้ต้องรวมตัวต้านทานในวงจรด้านหน้าเนื่องจากไม่มีอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จะเผาไหม้

บทความที่คล้ายกัน: