Κύκλωμα διαχωριστικής τάσης: Ορισμός, διάγραμμα και εφαρμογές

Ένας διαιρέτης τάσης είναι ένα από τα απλούστερα κυκλώματα στα ηλεκτρονικά.Χρησιμοποιεί μόνο δύο αντιστάσεις για να μειώσει την τάση στο επίπεδο που χρειάζεστε.Αυτό καθιστά χρήσιμο για τους αισθητήρες, τους ενισχυτές και τα εργαλεία μέτρησης.Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε πώς λειτουργούν τα διαχωριστικά τάσης, οι χρήσεις τους και ορισμένοι εύχρηστοι κανόνες για να τους σχεδιάσουν σωστά.

Κατάλογος

Επισκόπηση διαιρέτη τάσης

Ένας διαιρέτης τάσης είναι ένα βασικό αλλά βασικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρονικά για να μειώσει μια μεγαλύτερη τάση σε μια μικρότερη.Λειτουργεί συνδέοντας δύο αντιστάσεις σε σειρά και η μικρότερη τάση μετράται σε μία από τις αντιστάσεις.Αυτό το κύκλωμα είναι χρήσιμο σε πολλές περιπτώσεις, όπως όταν πρέπει να δημιουργήσετε μια τάση αναφοράς, να μειώσετε τα επίπεδα σήματος για εξαρτήματα που δεν μπορούν να χειριστούν υψηλές τάσεις ή να παρέχουν προκαταλήψεις σε ενισχυτές.Τα διαχωριστικά τάσης είναι απλά, εύχρηστα και βασικά για τον έλεγχο της τάσης στα ηλεκτρονικά συστήματα.Βρίσκονται σε πολλούς τύπους κυκλωμάτων, βοηθώντας να βεβαιωθείτε ότι τα εξαρτήματα λειτουργούν σωστά χωρίς να υποστούν βλάβη από υπερβολική τάση.

Διάγραμμα κυκλώματος διαχωρισμού τάσης

Εικόνα 1: Διάγραμμα κυκλώματος διαιρέτη τάσης

Αυτό είναι ένα απλό κύκλωμα διαιρέτη τάσης.Χρησιμοποιεί δύο αντιστάσεις, επισημασμένα R1 και R2, συνδεδεμένα σε σειρά σε ένα VIN πηγής τάσης εισόδου.Η τάση εξόδου λαμβάνεται από το σημείο μεταξύ των δύο αντιστάσεων.

Ο σκοπός αυτού του κυκλώματος είναι να παράγει ένα κλάσμα της τάσης εισόδου στην έξοδο.Η ακριβής τιμή του Vout εξαρτάται από την αναλογία των δύο αντιστάσεων.Εάν τα R1 και R2 είναι ίσα, η έξοδος θα είναι το ήμισυ της τάσης εισόδου.Με την αλλαγή των τιμών της αντίστασης, μπορείτε να ρυθμίσετε το πόσο από την τάση εισόδου εμφανίζεται στην έξοδο.Αυτό το απλό κύκλωμα χρησιμοποιείται στα ηλεκτρονικά για να παραιτηθεί από τις τάσεις, να παρέχει επίπεδα αναφοράς ή να τροφοδοτεί τα σήματα σε άλλα μέρη ενός κυκλώματος με ασφάλεια.

Εφαρμογές διαχωριστικών τάσης

Δημιουργία τάσεων αναφοράς

Τα διαχωριστικά τάσης χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας συγκεκριμένης τάσης αναφοράς που μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλα εξαρτήματα σε ένα κύκλωμα, εξασφαλίζοντας σταθερή και ελεγχόμενη λειτουργία.

Μείωση του επιπέδου σήματος

Βοηθούν στη μείωση της τάσης ενός σήματος, καθιστώντας την κατάλληλη για είσοδο σε άλλες συσκευές ή κυκλώματα που δεν μπορούν να χειριστούν υψηλή τάση.

Μεροληψία σε ενισχυτές

Στα κυκλώματα ενισχυτή, χρησιμοποιούνται διαχωριστικά τάσης για την παροχή προκαταλήψεων, εξασφαλίζοντας ότι ο ενισχυτής λειτουργεί στο βέλτιστο εύρος του.

Τάση ρύθμισης για αισθητήρες

Οι διαιρέτες τάσης ρυθμίζουν τις τάσεις ώστε να ταιριάζουν με τις απαιτήσεις των αισθητήρων, βοηθώντας τους να λειτουργούν σωστά εντός του απαιτούμενου εύρους τάσης.

Ανίχνευση και μέτρηση τάσης

Τα διαχωριστικά τάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ανίχνευσης τάσης, επιτρέποντας με ακρίβεια τα κυκλώματα να μετρούν και να παρακολουθούν τα επίπεδα τάσης.

Ρύθμιση τροφοδοσίας

Στα κυκλώματα τροφοδοσίας, οι διαχωριστές τάσης μπορούν να βοηθήσουν στην προσαρμογή της τάσης στο επιθυμητό επίπεδο, συμβάλλοντας στη σταθερή ισχύ εξόδου.

Ο κανόνας 10% για τον διαιρέτη τάσης

Ο κανόνας 10% είναι μια βασική κατευθυντήρια γραμμή που βοηθά να διασφαλιστεί ότι οι μετρήσεις τάσης σε ένα κύκλωμα παραμένουν ακριβείς.Εμφανίζεται όταν χρησιμοποιείτε έναν διαιρέτη τάσης, ο οποίος είναι απλά δύο αντιστάσεις που συνδέονται σε σειρά για να χωρίσουν την τάση σε μικρότερη τιμή.Η έξοδος λαμβάνεται σε όλη τη δεύτερη αντίσταση, που ονομάζεται R₂.

Όταν μια άλλη συσκευή, που ονομάζεται φορτίο, συνδέεται με αυτήν την έξοδο, αντλεί επίσης ρεύμα.Αυτό το φορτίο μπορεί να είναι κάτι σαν ένα άλλο μέρος ενός κυκλώματος ή ενός εργαλείου μέτρησης.Εάν η αντίσταση του φορτίου είναι πολύ χαμηλή, αλλάζει τον τρόπο λειτουργίας του διαιρέτη και η τάση που παίρνετε δεν θα ταιριάζει με αυτό που περίμενε.

Ο κανόνας 10% συμβάλλει στην αποφυγή αυτού του προβλήματος.Λέει ότι η αντίσταση φορτίου πρέπει να είναι τουλάχιστον δέκα φορές μεγαλύτερη από το R₂.Εάν ικανοποιηθεί αυτή η κατάσταση, το φορτίο δεν θα επηρεάσει πολύ τον διαιρέτη και η τάση εξόδου θα παραμείνει κοντά σε αυτό που σχεδιάστηκε για να δώσει ο διαχωρισμός.

Διαχωριστής τάσης με ποτενσιόμετρο

Εικόνα 2: Διαιρέτη τάσης με ποτενσιόμετρο

Ένα ποτενσιόμετρο είναι ένας τύπος μεταβλητής αντίστασης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα διαιρέτη τάσης για να καταστεί ρυθμιζόμενη η τάση εξόδου.Αντί να έχετε δύο σταθερές αντιστάσεις, το ποτενσιόμετρο σάς επιτρέπει να αλλάξετε την αντίσταση γυρίζοντας το κουμπί του ή ολισθαίνοντας τον έλεγχό του.

Η συσκευή έχει τρία τερματικά: δύο συνδέονται σε όλη την τάση εισόδου και το τρίτο ονομάζεται υαλοκαθαριστήρας.Ο υαλοκαθαριστήρας κινείται καθώς μετατρέπετε τον έλεγχο, διαιρώντας την αντίσταση σε δύο μέρη.Αυτό αλλάζει τον τρόπο διαχωρισμού της τάσης εισόδου και επιτρέπει στην τάση εξόδου να αυξάνεται ή να μειώνεται ομαλά.

Η χρήση ενός ποτενσιόμετρου σε ένα διαιρέτη τάσης καθιστά δυνατή την τοποθέτηση της τάσης στο κύκλωμα ακριβών επιπέδων Α.Αυτό είναι χρήσιμο σε πολλές περιπτώσεις όπου η τάση πρέπει να συντονιστεί ή να ρυθμιστεί για σωστή λειτουργία.

Διαχωριστές τάσης με αισθητήρες

Εικόνα 3: Διαχωριστές τάσης με αισθητήρες

Ένας διαιρέτης τάσης είναι ένα απλό κύκλωμα κατασκευασμένο με δύο αντιστάσεις που χωρίζει μια τάση εισόδου σε μικρότερη τάση εξόδου.Όταν ένας από τους αντιστάσεις αντικαθίσταται με έναν αισθητήρα που αλλάζει την αντίσταση του, αλλάζει επίσης η τάση εξόδου.Αυτό επιτρέπει στο κύκλωμα να μετατρέψει τις φυσικές συνθήκες, όπως τη θερμοκρασία ή το φως, σε τάση που μπορεί να μετρηθεί.

Το κύκλωμα λειτουργεί επειδή η τάση στην έξοδο εξαρτάται από την αναλογία των δύο αντιστάσεων.Εάν η αντίσταση του αισθητήρα αυξάνεται ή μειώνεται, η αναλογία αλλάζει και η τάση εξόδου κινείται προς τα πάνω ή προς τα κάτω.Ένας μικροελεγκτής ή άλλη συσκευή μέτρησης μπορεί στη συνέχεια να διαβάσει αυτήν την τάση και να την χρησιμοποιήσει ως πληροφορίες σχετικά με το περιβάλλον.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως επειδή είναι απλή και αποτελεσματική.Επιτρέπει στους αισθητήρες να συνδέονται απευθείας με ηλεκτρονικά κυκλώματα χωρίς να χρειάζονται σύνθετα εξαρτήματα.Ο διαιρέτης τάσης καθιστά δυνατή τη μετάφραση μεταβολών της αντίστασης σε ένα σήμα που τα ψηφιακά συστήματα μπορούν να κατανοήσουν και να επεξεργαστούν.

Μέτρηση υψηλής τάσης με διαιρέτη τάσης

Ένας διαιρέτης τάσης είναι ένα απλό κύκλωμα που μπορεί να κάνει υψηλές τάσεις ασφαλή στη μέτρηση.Λειτουργεί χρησιμοποιώντας δύο αντιστάσεις που συνδέονται σε σειρά για να μειώσουν την τάση εισόδου σε μικρότερη τιμή.Η έξοδος λαμβάνεται σε μία από τις αντιστάσεις, οπότε η ποσότητα τάσης που βλέπετε εξαρτάται από την αναλογία των δύο αντιστάσεων.

Για πολύ υψηλές τάσεις, όπως αυτές που βρίσκονται στα συστήματα ισχύος, χρησιμοποιούνται συχνά ειδικοί ανιχνευτές διαιρέτη.Αυτοί οι ανιχνευτές περιέχουν αντιστάσεις υψηλής αξίας που έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται μεγάλες ποσότητες τάσης.Τους επιτρέπουν τα τυποποιημένα εργαλεία μέτρησης να διαβάζουν την μειωμένη τάση με ασφάλεια και με ακρίβεια.

Κατά την κατασκευή ή τη χρήση ενός διαιρέτη τάσης για υψηλή τάση, η ασφάλεια είναι βασική.Οι αντιστάσεις πρέπει να είναι σε θέση να αντέξουν την τάση σε αυτά και τη δύναμη που απελευθερώνουν ως θερμότητα.Η καλή μόνωση και η σωστή απόσταση είναι επίσης απαραίτητες για την πρόληψη της ηλεκτρικής κατανομής.

Διαχωριστές τάσης για μετατόπιση επιπέδων

Εικόνα 4: Διαχωριστές τάσης για μετατόπιση επιπέδων

Ένας διαιρέτης τάσης είναι ένα βασικό κύκλωμα που μπορεί να μειώσει ένα σήμα από υψηλότερη τάση σε χαμηλότερη τάση.Αυτό είναι χρήσιμο όταν δύο μέρη ενός συστήματος χρησιμοποιούν διαφορετικές τάσεις και πρέπει να συνεργαστούν.

Σε πολλά κυκλώματα, μια συσκευή μπορεί να χρησιμοποιεί 5 βολτ ενώ ένας άλλος χρησιμοποιεί 3,3 βολτ.Εάν το υψηλότερο σήμα αποστέλλεται απευθείας στο χαμηλότερο, μπορεί να προκαλέσει ζημιά.Ένας διαχωρισμός τάσης εμποδίζει αυτό μειώνοντας την τάση σε ασφαλές επίπεδο πριν φτάσει στην άλλη συσκευή.

Το κύκλωμα χρησιμοποιεί δύο αντιστάσεις που συνδέονται σε σειρά.Το σήμα εισόδου τοποθετείται και στις δύο αντιστάσεις και η έξοδος λαμβάνεται από το σημείο μεταξύ τους.Η ποσότητα τάσης στην έξοδο εξαρτάται από την αναλογία των δύο αντιστάσεων.Επιλέγοντας τις σωστές τιμές, το υψηλότερο σήμα μετατοπίζεται στο σωστό επίπεδο.

Αυτή η μέθοδος είναι κοινή σε συστήματα όπου τα εξαρτήματα με διαφορετικές ανάγκες τάσης πρέπει να επικοινωνούν.Ο διαιρέτης τάσης καθιστά τη σύνδεση ασφαλή και διατηρεί τα σήματα σαφή και για τις δύο πλευρές.

Χωρητικά διαιρέτες τάσης σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος

Εικόνα 5: χωρητικά διαχωριστικά τάσης στα κυκλώματα AC

Ένα χωρητικό διαιρέτη τάσης είναι ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί πυκνωτές για να χωρίσει μια τάση εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) σε μικρότερα μέρη.Λειτουργεί σαν διαιρέτης αντίστασης, αλλά αντί να εξαρτάται από την αντίσταση, εξαρτάται από τον τρόπο που οι πυκνωτές αντιδρούν στα σήματα AC.Αυτή η αντίδραση ονομάζεται χωρητική αντίδραση και αλλάζει με συχνότητα.

Όταν δύο πυκνωτές συνδέονται σε σειρά σε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, η έξοδος λαμβάνεται από το σημείο μεταξύ τους.Η ποσότητα τάσης σε αυτό το σημείο εξαρτάται από την αναλογία των πυκνωτών.Δεδομένου ότι η χωρητική αντίδραση γίνεται μικρότερη σε υψηλότερες συχνότητες, η συμπεριφορά του διαιρέτη αλλάζει με τη συχνότητα του σήματος.

Αυτός ο τύπος διαιρέτη είναι χρήσιμος σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος όπου πρέπει να αντιμετωπιστούν σήματα διαφορετικών συχνότητας.Μπορεί να διαχωρίσει τμήματα ενός σήματος, να διαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο τα σήματα περνούν ή να βοηθήσουν στην προσαρμογή του τρόπου με τον οποίο ένα μέρος ενός κυκλώματος συνδέεται με το άλλο.

Διαιρέτες επαγωγικής τάσης

Εικόνα 6: Διαχωριστές επαγωγικής τάσης

Ένας επαγωγικός διαιρέτης τάσης είναι ένα κύκλωμα που χρησιμοποιεί επαγωγείς για να μειώσει ή να χωρίσει μια τάση εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).Λειτουργεί παρόμοια με έναν διαχωριστή αντίστασης ή πυκνωτή, αλλά αντί για αντίσταση ή χωρητικότητα, βασίζεται στην ιδιοκτησία των επαγωγέων που ονομάζονται επαγωγική αντίδραση.Η επαγωγική αντίδραση αλλάζει με συχνότητα, γεγονός που καθιστά αυτόν τον τύπο διαιρέτη ιδιαίτερα χρήσιμο σε υψηλές συχνότητες.

Όταν δύο επαγωγείς συνδέονται σε σειρά σε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, η τάση εξόδου λαμβάνεται από το σημείο μεταξύ τους.Η ποσότητα τάσης που εμφανίζεται στην έξοδο εξαρτάται από την αναλογία των δύο επαγωγέων.Δεδομένου ότι η επαγωγική αντίδραση γίνεται μεγαλύτερη σε υψηλότερες συχνότητες, η συμπεριφορά του διαιρέτη μετατοπίζεται ανάλογα με το σήμα.

Αυτό το είδος διαιρέτη τάσης χρησιμοποιείται συχνά σε κυκλώματα που χειρίζονται σήματα ραδιοσυχνοτήτων (RF) ή άλλα συστήματα υψηλής συχνότητας.Βοηθά στον έλεγχο των επιπέδων του σήματος, στις τάσεις μέτρησης και στη διάθεση των σημάτων να κινούνται αποτελεσματικά από ένα μέρος ενός κυκλώματος σε άλλο.

Συμβουλές για το σχεδιασμό ενός διαιρέτη τάσης

• Επιλέξτε τιμές αντίστασης που δίνουν την τάση εξόδου που χρειάζεστε χωρίς να χάσετε υπερβολική ισχύ.

• Μην χρησιμοποιείτε αντιστάσεις που είναι πολύ μικροί, επειδή αφήνουν πολλή ρεύματα ροής και μετατρέπουν επιπλέον ενέργεια σε θερμότητα.

• Μην χρησιμοποιείτε αντιστάσεις που είναι πολύ μεγάλοι, επειδή μπορούν να κάνουν το κύκλωμα ασταθές και ευαίσθητο σε μικρές αλλαγές.

• Η συσκευή που συνδέετε θα πρέπει να έχει πολύ υψηλότερη αντίσταση από την χαμηλότερη αντίσταση, οπότε δεν διαταράσσει τον διαιρέτη τάσης.

• Βεβαιωθείτε ότι οι αντιστάσεις μπορούν να χειριστούν την ποσότητα ισχύος που διέρχεται από αυτές.

• Χρησιμοποιήστε αντιστάσεις με αυστηρότερη ανοχή για να διατηρήσετε την τάση εξόδου πιο σταθερή.

• Για τα σήματα AC, θυμηθείτε ότι οι πυκνωτές και οι επαγωγείς μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο λειτουργίας του διαιρέτη.

• Προσθέστε ένα buffer, όπως ένα op-amp, αν το φορτίο επηρεάζει πάρα πολύ τον διαιρέτη.

Σύναψη

Τα διαχωριστικά τάσης μειώνουν μια τάση σε μικρότερο επίπεδο χρησιμοποιώντας δύο αντιστάσεις.Χρησιμοποιούνται για τάσεις αναφοράς, ρύθμιση σήματος, διασύνδεση αισθητήρων και μετατόπιση επιπέδου.Επιλέγοντας τις σωστές τιμές αντίστασης και ακολουθώντας τον κανόνα 10%, παρέχουν σταθερή και αξιόπιστη λειτουργία σε πολλούς τύπους κυκλωμάτων.