تقسیم ولتاژ

ولتاژ

0
تقسیم ولتاژ

تقسیم ولتاژاز مدارهای ولتاژ تقسیم کننده برای تولید سطح ولتاژهای مختلف از منبع ولتاژ مشترک استفاده می شود اما جریان برای همه مؤلفه های موجود در یک چرخه سری یکسان است.

مدارهای تقسیم ولتاژ در تهیه سطوح مختلف ولتاژ از یک ولتاژ منبع تغذیه مفید هستند. این مقاله منبع مشترک می تواند یک منبع واحد مثبت یا منفی باشد ، برای مثال + ۵ ولت ، + ۱۲ ولت ، -۵ ولت یا -۱۲ ولت و غیره با توجه به یک نقطه یا زمین مشترک ، معمولاً ۰ ولت ، یا می تواند در یک منبع دوگانه باشد مثلاً ۵ ولت پوند یا ۱۲ ولت پوند و غیره

تقسیم ولتاژ همچنین به عنوان تقسیم کننده های بالقوه شناخته می شود ، زیرا واحد ولتاژ ، “ولت” مقدار اختلاف بالقوه بین دو نقطه را نشان می دهد. یک ولتاژ یا تقسیم کننده بالقوه یک مدار منفعل ساده است که از تأثیر ولتاژ در اجزای متصل به سری ، بهره می برد.

پتانسیومتر ، که یک مقاومت متغیر با یک تماس کشویی است ، ابتدایی ترین نمونه از تقسیم ولتاژ است زیرا می توانیم یک ولتاژ را در ترمینال های آن اعمال کنیم و متناسب با موقعیت مکانیکی تماس کشویی آن ، یک ولتاژ خروجی تولید کنیم. اما ما همچنین می توانیم تقسیم ولتاژ را با استفاده از مقاومتهای جداگانه ، خازنها و سلفها بسازیم زیرا اینها اجزای دو ترمینالی هستند که می توانند به صورت سری به هم وصل شوند.

تقسیم ولتاژ مقاوم در برابر

ساده ترین ، ساده ترین درک و ابتدایی ترین شکل شبکه تقسیم ولتاژ منفعل ، مقاومت در برابر دو مقاومت است که به صورت سری به هم متصل شده اند. این ترکیب اصلی به ما امکان می دهد تا از ولتاژ تقسیم کننده قانون استفاده کنیم تا افت ولتاژ در هر مقاومت سری را محاسبه کنیم.

مدار تقسیم ولتاژ مقاوم در برابر

شبکه تقسیم ولتاژ

در اینجا مدار شامل دو مقاومت است که به صورت سری به هم وصل می شوند: ۱ و ۲ . از آنجا که این دو مقاومت به صورت سری به یکدیگر متصل هستند ، بنابراین باید پیروی کرد که همان مقدار جریان الکتریکی باید از طریق هر عنصر مقاومت مدار مانند هر جای دیگری که باید جریان یابد ، جریان یابد. بنابراین کاهش ولتاژ I * R در هر عنصر مقاومت ارائه می شود.

با یک ولتاژ تغذیه یا منبع، S اعمال در سراسر این مجموعه سری، ما می توانیم قانون ولتاژ کیرشهف، (KVL) اعمال می شود و همچنین با استفاده از قانون اهم برای پیدا کردن ولتاژ در سراسر هر مقاومت مشتق شده از نظر جریان رایج کاهش یافته است، من جریان را از طریق آنها . بنابراین حل جریان (I) جاری در شبکه سری به ما می دهد:

جریان تقسیم ولتاژ
 

جریان موجود در شبکه سری به سادگی I = V / R مطابق قانون Ohm است. از آنجا که در حال حاضر به هر دو مقاومت، (من معمول است R1 = من R2 ) ما می توانیم محاسبه ولتاژ در سراسر مقاومت کاهش یافته است، ۲ در مدار سری بالا به عنوان:

مقاومت در برابر افت ولتاژ R2
 

به همین ترتیب برای مقاومت ۱ به شرح زیر است:

مقاومت در برابر افت ولتاژ R1

تقسیم ولتاژ مثال شماره ۱

چه مقدار جریان از طریق مقاومت ۲۰Ω متصل به سری با مقاومت ۴۰Ω در جریان خواهد بود که ولتاژ عرضه در طول سری سری ۱۲ ولت DC باشد. همچنین افت ولتاژ تولید شده در هر مقاومت را نیز محاسبه کنید.

به عنوان مثال تقسیم ولتاژ
 

هر مقاومت افت ولتاژ I * R را ایجاد می کند که متناسب با مقدار مقاومت آن در سراسر ولتاژ منبع تغذیه است. با استفاده از قانون نسبت تقسیم ولتاژ ، می توانیم ببینیم که بزرگترین مقاومت بزرگترین افت ولتاژ I * R را ایجاد می کند. بنابراین ، ۱ = ۴V و ۲ = ۸V . اعمال قانون ولتاژ Kirchhoff نشان می دهد که مقدار افت ولتاژ در اطراف مدار مقاومت دقیقاً برابر با ولتاژ تأمین است ، به عنوان ۴V + 8V = 12V.

توجه داشته باشید که اگر از دو مقاومت با مقدار مساوی استفاده کنیم ، یعنی ۱  = R ۲ ، ولتاژ افتاده در هر مقاومت دقیقاً نیمی از ولتاژ تأمین برای دو مقاومت در سری خواهد بود زیرا نسبت تقسیم ولتاژ برابر ۵۰٪ است.

استفاده دیگر از شبکه تقسیم ولتاژ این است که برای تولید ولتاژ متغیر ولتاژ. اگر مقاومت ۲ را با یک مقاومت متغیر (پتانسیومتر) جایگزین کنیم ، می توان ولتاژ را در کل ۲ کاهش داد و بنابراین V OUT را می توان با مقدار وابسته به موقعیت برف پاک کن پتانسیومتر و بنابراین نسبت دو مقادیر مقاومت را کنترل کرد. یک مقاومت ثابت و یک متغیر متغیر داشته باشید. پتانسیلومترها ، تریمومترها ، رئاستاتها و متغیرها همه نمونه دستگاههای تقسیم ولتاژ متغیر هستند.

ما همچنین می توانیم با جایگزینی مقاومت ثابت ۲ با سنسور مانند مقاومت وابسته به نور یا LDR ، این تفکر از تقسیم ولتاژ متغیر را یک قدم جلوتر بگیریم . بنابراین با افزایش مقدار مقاومت سنسور با تغییر در سطح نور ، ولتاژ خروجی V OUT نیز به نسبت متناسب تغییر می کند. ترمیستورها و گیربکس کرنش نمونه های دیگری از سنسورهای مقاومت است.

از آنجا که دو عبارات تقسیم ولتاژ در بالا به همان جریان مشترک مربوط می شوند ، از نظر ریاضی آنها باید به یکدیگر مرتبط باشند. بنابراین برای هر تعداد مقاومت فردی که یک شبکه سری را تشکیل می دهند ، ولتاژ افتاده در هر مقاومت داده شده به شرح زیر است:

معادله تقسیم ولتاژ

معادله تقسیم ولتاژ
 

جایی که: R (x) افت ولتاژ در سراسر مقاومت است ، X مقدار مقاومت است و T مقاومت کلی شبکه سری است. این معادله تقسیم ولتاژ می تواند برای هر تعداد مقاومت سری متصل به هم به دلیل رابطه متناسب بین هر مقاومت ، R و افت ولتاژ مربوطه ، V استفاده شود . با این وجود توجه داشته باشید که این معادله برای یک شبکه تقسیم ولتاژ بدون بار جریان دارد و هیچ جریان مقاومت شعاعی دیگری وصل نشده یا موازی شاخه موازی نیست.

تقسیم ولتاژ مثال شماره ۲

سه عنصر مقاومت ۶kΩ ، ۱۲kΩ و ۱۸kΩ به صورت سری در یک منبع ۳۶ ولت متصل می شوند. محاسبه ، مقاومت کل ، مقدار جریان در گردش در مدار و ولتاژ در هر مقاومت کاهش می یابد.

داده های داده شده: V S  = ۳۶ ولت ، R ۱  = ۶kΩ ، R ۲  = ۱۲kΩ و R ۳  = ۱۸kΩ

ریاضیات تقسیم ولتاژ

مدار تقسیم ولتاژ

مدار تقسیم ولتاژ
 

ولتاژ در هر سه مقاومت کاهش می یابد باید همانطور که توسط قانون ولتاژ Kirchhoff (KVL) تعریف شده است ، به ولتاژ منبع تغذیه اضافه کنید. بنابراین مجموع افت ولتاژ: V T = ۶ V + 12 V + 18 V = 36.0 V مقدار مشابه ولتاژ منبع تغذیه ، V S و غیره صحیح است. دوباره متوجه شوید که بزرگترین مقاومت بزرگترین افت ولتاژ را ایجاد می کند.

نقاط ضبط ولتاژ در یک شبکه تقسیم کننده

شیرهای ولتاژ در یک شبکه تقسیم ولتاژ

یک سری از مقاومتهای متصل به منبع ولتاژ ، V S را در نظر بگیرید. در امتداد شبکه سری نقاط مختلف ضربه زدن به ولتاژ ، A ، B ، C ، D و E وجود دارد .

مقاومت کل سری را می توان با ساده کردن مقادیر مقاومت سری های فردی و مقاومت کلی ، مقدار T برابر ۱۵kΩ یافت. این مقدار مقاومت باعث می شود جریان جریان از طریق مدار تولید شده توسط ولتاژ منبع تغذیه ، S محدود شود .

افت ولتاژ مجزا در مقاومتها با استفاده از معادلات فوق پیدا می شود ، بنابراین R1 = V AB ، R2 = V BC ، R3 = V CD و R4 = V DE .

سطح ولتاژ در هر نقطه بهره برداری با توجه به سطح زمین (۰ ولت) اندازه گیری می شود. بدین ترتیب سطح ولتاژ در نقطه D برابر V DE خواهد بود و سطح ولتاژ در نقطه C برابر V CD + V DE خواهد بود. به عبارت دیگر، ولتاژ در نقطه C است که مجموع دو افت ولتاژ در سراسر R ۳ و R ۴ .

بنابراین امیدواریم بتوانیم ببینیم که با انتخاب مجموعه ای مناسب از مقادیر مقاومت ، می توان دنباله ای از افت ولتاژ را تولید کرد که یک ولتاژ متناسب با به دست آمده از یک ولتاژ منبع تغذیه واحد خواهد داشت. همچنین توجه داشته باشید که در این مثال ، هر نقطه ولتاژ خروجی از نظر مثبت مثبت خواهد بود زیرا پایانه منفی تأمین ولتاژ ، V S پایه ای است.

تقسیم ولتاژ مثال شماره ۳

۱٫ اگر شبکه مقاومت متصل به سری به منبع تغذیه ۱۵ ولت DC وصل شده باشد ، خروجی ولتاژ noload را برای هر نقطه بهره برداری از مدار تقسیم ولتاژ در بالا محاسبه کنید.

تقسیم ولتاژ به عنوان مثال سه
 

۲٫ خروجی ولتاژ noload را از بین نقاط B و E محاسبه کنید .

ولتاژ بهره برداری تقسیم ولتاژ
 

تقسیم ولتاژ منفی و مثبت

در مدار تقسیم ولتاژ ساده بالاتر از همه ولتاژهای خروجی از یک نقطه مشترک ولتاژ صفر ولتاژ ارجاع شده است ، اما گاهی اوقات تولید ولتاژ مثبت و منفی از یک منبع ولتاژ منبع واحد ضروری است. به عنوان مثال ، میزان ولتاژ مختلف از یک PSU ، -۱۲V ، + ۳٫۳V ، + ۵V و + ۱۲V رایانه ، با توجه به یک ترمینال زمین مرجع مشترک.

تقسیم ولتاژ نمونه شماره ۴

با استفاده از قانون اهم، پیدا کردن مقادیر مقاومت R ۱ ، R ۲ ، R ۳ و R ۴ مورد نیاز برای تولید سطوح ولتاژ از -۱۲V، + ۳٫۳V، + ۵V و + ۱۲v اگر قدرت کل عرضه شده به ولتاژ تخلیه مدار تقسیم ۲۴ ولت DC ، ۶۰ وات است.

تقسیم ولتاژ به عنوان مثال چهار
 

در این مثال ، نقطه مرجع ولتاژ صفر زمین برای تولید ولتاژ مثبت و منفی مورد نیاز انتقال یافته است ، در حالی که شبکه تقسیم ولتاژ را در سراسر منبع حفظ می کند. بنابراین چهار ولتاژ همه با توجه به این نقطه مرجع مشترک که در نقطه D با پتانسیل منفی مورد نیاز -۱۲ ولت با توجه به زمین اندازه گیری می شود ، اندازه گیری می شود.

ما تاکنون مشاهده کردیم که مدارهای مقاوم در برابر سری می توانند برای ایجاد تقسیم ولتاژ یا شبکه تقسیم کننده بالقوه مورد استفاده قرار گیرند که می تواند در مدارهای الکترونیکی بسیار مورد استفاده قرار گیرد. با انتخاب مقادیر مناسب برای مقاومتهای سری ، می توانید هر مقدار ولتاژ خروجی را بدست آورید که پایین تر از ولتاژ ورودی یا منبع باشد. اما همچنین با استفاده از مقاومتها و ولتاژ منبع تغذیه DC برای ایجاد شبکه تقسیم ولتاژ مقاومت ، می توان از خازن (C) و سلف (L) نیز استفاده کرد ، اما با وجود یک منبع تغذیه سینوسی به عنوان خازن ها و سلف ها اجزای واکنشی هستند به این معنی که مقاومت در برابر جریان جریان الکتریکی “واکنش نشان می دهد”.

تقسیم ولتاژ خازنی

همانطور که از نام این دستگاه پیداست ، مدارهای تقسیم کننده ولتاژ خازنی ، افت ولتاژ در خازن های متصل به سری را برای منبع تغذیه متداول ایجاد می کنند. به طور کلی از تقسیم کننده ولتاژ خازنی برای “پایین آمدن” ولتاژهای بسیار زیاد استفاده می شود تا سیگنال خروجی ولتاژ کم را فراهم کند که سپس برای محافظت یا اندازه گیری استفاده شود. امروزه از تقسیم ولتاژ خازنی با فرکانس بالا بیشتر در دستگاه های صفحه نمایش و فناوری های صفحه لمسی که در تلفن های همراه و تبلت ها یافت می شود استفاده می شود.

بر خلاف مدارهای تقسیم ولتاژ مقاومتی که در هر دو منبع تغذیه و DC کار می کنند ، تقسیم ولتاژ با استفاده از خازن ها فقط با منبع تغذیه سینوسی امکان پذیر است. این امر به این دلیل است که تقسیم ولتاژ بین خازنهای متصل به سری با استفاده از واکنش پذیری خازنها ، C که به فرکانس منبع تغذیه وابسته است محاسبه می شود .

ما از آموزش های خود در مورد خازن در مدارهای AC به یاد می آوریم ، که واکنش پذیری خازنی ، X C (اندازه گیری شده در اهم) از نظر معکوس با هر دو فرکانس و خازن متناسب است ، و بنابراین با این معادله زیر داده می شود:

فرمول واکنش خازنی

فرمول واکنش پذیری خازنی
  • جایی که:
  •    Xc = واکنش خازنی در اهم ، (Ω)
  •    π (pi) = ثابت عددی ۳٫۱۴۲
  •    ƒ = فرکانس در هرتز ، (هرتز)
  •    C = ظرفیت در فاراد ، (ف)

بنابراین با دانستن ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه می توان واکنشهای خازنهای جداگانه را محاسبه کرد و آنها را در معادله فوق برای قانون تقسیم ولتاژ مقاومتی جایگزین کرد و افت ولتاژ مربوطه را در هر خازن مطابق شکل نشان داد.

تقسیم ولتاژ خازنی

تقسیم ولتاژ خازنی
 

با استفاده از دو خازن ۱۰uF و ۲۲uF در مدار سری بالا ، می توانیم میزان ولتاژ rms را در هر خازن از نظر میزان واکنش آنها در هنگام اتصال به ۱۰۰ ولت ، ۵۰ هرتز rms محاسبه کنیم.

معادله تقسیم ولتاژ خازنی
 

در هنگام استفاده از خازن خالص ، مقدار تمام افت ولتاژ سری برابر است با ولتاژ منبع ، همان برای مقاومت سری. در حالی که میزان افت ولتاژ در هر خازن متناسب با میزان واکنش آن است ، اما با خازن آن معکوس است.

به عنوان یک نتیجه ، خازن ۱۰uF کوچکتر دارای واکنش پذیری بیشتری (۳۱۸٫۳Ω) بنابراین بنابراین افت ولتاژ بیشتر از ۶۹ ولت در مقایسه با خازن ۲۲uF بزرگتر که دارای واکنش مجدد ۱۴۴٫۷Ω و افت ولتاژ ۳۱ ولت است. جریان موجود در مدار سری ، I C برابر با ۲۱۶mA خواهد بود و برای C ۱ و C ۲ همانند سریال ها همان مقدار است.

یک نکته نهایی در مورد مدارهای تقسیم ولتاژ خازنی این است که تا زمانی که مقاومت سری وجود نداشته باشد ، صرفاً خازنی ، دو قطره ولتاژ خازن از ۶۹ و ۳۲ ولت به صورت حسابی برابر با ولتاژ تامین ۱۰۰ ولت خواهد بود زیرا دو ولتاژ تولید شده توسط خازن ها با هم فاز هستند. اگر به هر دلیلی دو ولتاژ خارج از فاز با یکدیگر باشند ، ما فقط نمی توانیم آنها را با استفاده از قانون ولتاژ Kirchhoffs اضافه کنیم ، بلکه در عوض فازور افزودن دو شکل موج لازم است.

تقسیم ولتاژ القایی

همانطور که از نام آن پیداست ، تقسیم ولتاژهای القایی ، افت ولتاژ را در بین سلف ها یا کویل ها که به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند ، تأمین می کنند. تقسیم ولتاژ القایی می توانید از یک سیم پیچ سیم پیچ یا واحد است که به دو بخش تقسیم که در آن ولتاژ خروجی از سراسر یکی از بخش گرفته، و یا از دو سیم پیچ فرد متصل به هم تشکیل شده است. متداول ترین نمونه تقسیم ولتاژ القایی ترانسفورماتور خودکار است که دارای چندین نقطه بهره برداری در طول سیم پیچ ثانویه آن است.

هنگامی که از تجهیزات DC پایدار استفاده می شود و یا از سینوسوئیدهایی که فرکانس بسیار کمی دارند و به ۰ هرتز نزدیک می شوند ، سلف ها به عنوان یک اتصال کوتاه عمل می کنند. این امر به این دلیل است که واکنش پذیری آنها تقریباً صفر است و اجازه می دهد هر جریان DC به راحتی از درون آنها عبور کند ، بنابراین مانند شبکه تقسیم ولتاژ خازنی قبلی ، ما باید هر تقسیم ولتاژ القایی را با استفاده از منبع تغذیه سینوسی انجام دهیم. تقسیم ولتاژ القایی بین سلف های متصل به سری را می توان با استفاده از واکنش پذیری سلفها ، L که مانند القای خازنی است ، محاسبه کرد و به فرکانس عرضه AC بستگی دارد.

در آموزشهای مربوط به سلف در مدارهای AC ، دیدیم که میزان واکنش القایی ، X L (همچنین در اهم اندازه گیری می شود) هم از نظر فرکانس و هم با القایی متناسب است ، بنابراین هرگونه افزایش در فرکانس تأثیر باعث افزایش رآئانس سلف می شود. بنابراین واکنش متقابل القایی به این شرح است:

فرمول واکنش استقرا

فرمول واکنش پذیری القایی
  • جایی که:
  •    L = واکنش استقرایی در اهم ، (Ω)
  •    π (pi) = ثابت عددی ۳٫۱۴۲
  •    ƒ = فرکانس در هرتز ، (هرتز)
  •    L = استقرا در هنری ، (ح)

اگر ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه را بدانیم ، می توانیم واکنشهای دو سلف را محاسبه کرده و از آنها به همراه قانون تقسیم ولتاژ استفاده کنیم تا افت ولتاژ در هر سلف همانطور که نشان داده شده است بدست بیاوریم.

تقسیم ولتاژ القایی

تقسیم ولتاژ القایی
 

با استفاده از دو القاگر ۱۰mH و ۲۰mH در مدار سری بالا ، می توانیم میزان ولتاژ rms را در هر خازن از نظر میزان واکنش آنها در هنگام اتصال به ۶۰ ولت ، ۲۰۰۰۰ هرتز rms محاسبه کنیم.

معادله تقسیم ولتاژ القایی
 

مانند مدارهای تقسیم ولتاژ مقاومتی و خازنی قبلی ، مجموع تمام افت ولتاژ سری در داخل سلف ها با ولتاژ منبع برابر خواهد بود ، مادامی که هیچ مقاومت سری وجود نداشته باشد. به معنای سلف خالص است. میزان افت ولتاژ در هر سلف متناسب با میزان واکنش آن است.

نتیجه این است که سلف ۱۰mH کوچکتر دارای واکنش پذیری کمتری (۱۲٫۵۶Ω) می باشد ، بنابراین کمتر از افت ولتاژ در ۳۰ ولت در مقایسه با سلف بزرگتر ۲۰mH است که دارای واکنش مجدد ۲۵٫۱۴Ω و افت ولتاژ ۴۰ ولت است. در حال حاضر، من L در مدار سری ۱٫۶mA است، خواهد شد و همان مقدار برای L ۱ و L ۲ به عنوان این دو سلف در سری متصل می شود.

خلاصه تقسیم ولتاژ

ما در اینجا دیدیم که تقسیم ولتاژ ، یا شبکه یک پیکربندی مدار بسیار متداول و مفید است که به ما امکان می دهد سطح ولتاژ های مختلف را از یک ولتاژ واحد تولید کنیم ، بنابراین نیاز به منبع تغذیه جداگانه برای قسمت های مختلف یک مدار را که در انواع مختلفی کار می کند ، از بین می برد. سطح ولتاژ

همانطور که از نام آن مشخص است ، یک ولتاژ یا تقسیم کننده بالقوه ، با استفاده از مقاومت ، خازن یا سلف ، یک ولتاژ ثابت را به نسبت های دقیق تقسیم می کند. ابتدایی ترین و متداول ترین مدار تقسیم ولتاژ از دو مقاومت سری با مقادیر ثابت است ، اما یک پتانسیومتر یا رئوستات نیز می تواند با تنظیم تنظیمات برف پاک کن آن برای تقسیم ولتاژ نیز استفاده شود.

کاربرد بسیار متداول مدار تقسیم ولتاژ جایگزینی یکی از مقاومتهای با ارزش ثابت با سنسور است. سنسورهای مقاومتی مانند سنسورهای سبک ، سنسورهای دما ، سنسورهای فشار و فشار کرنشها ، که مقدار مقاومت آنها را تغییر می دهند زیرا در پاسخ به تغییرات محیطی همه می توانند در یک شبکه تقسیم کننده ولتاژ مورد استفاده قرار گیرند تا خروجی ولتاژ آنالوگ را فراهم کنند.

 

 

منبع: آموزش الکترونیکی

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.