Rozpočtovou možností pro převod hlavních parametrů elektrického proudu jsou děliče napětí. Takové zařízení je snadné vyrobit sami, ale k tomu potřebujete znát účel, aplikace, princip fungování a příklady výpočtů.
Obsah
Účel a aplikace
K převodu střídavého napětí se používá transformátor, díky kterému lze udržet dostatečně vysokou hodnotu proudu. Pokud je nutné připojit k elektrickému obvodu zátěž, která spotřebovává malý proud (až stovky mA), není použití transformátoru napětí (U) vhodné.
V těchto případech můžete použít nejjednodušší dělič napětí (DN), jehož náklady jsou mnohem nižší. Po získání požadované hodnoty se U narovná a spotřebiteli se dodává energie. Pokud je to nutné, pro zvýšení proudu (I), musíte ke zvýšení výkonu použít koncový stupeň.Kromě toho existují dělitelé a konstanta U, ale tyto modely se používají méně často než jiné.
DN se často používají k nabíjení různých zařízení, ve kterých je potřeba získat nižší hodnoty U a proudů od 220 V pro různé typy baterií. Kromě toho je vhodné použít zařízení pro dělení U k vytvoření elektrických měřicích přístrojů, počítačového vybavení, jakož i laboratorních pulzních a běžných napájecích zdrojů.
Princip činnosti
Dělič napětí (DN) je zařízení, ve kterém jsou výstup a vstup U propojeny pomocí koeficientu přenosu. Přenosový koeficient je poměr hodnot U na výstupu a na vstupu děliče. Obvod děliče napětí je jednoduchý a je to řetězec dvou spotřebičů zapojených do série - rádiových prvků (odporů, kondenzátorů nebo induktorů). Liší se z hlediska výkonu.
Střídavý proud má takové hlavní veličiny: napětí, proud, odpor, indukčnost (L) a kapacitu (C). Vzorce pro výpočet základních množství elektřiny (U, I, R, C, L) při zapojení spotřebičů do série:
- Hodnoty odporu se sčítají;
- Napětí se sčítají;
- Proud bude vypočítán podle Ohmova zákona pro obvodovou část: I = U / R;
- Indukčnost se sčítá;
- Kapacita celého řetězce kondenzátoru: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Pro výrobu jednoduchého rezistoru DN se používá princip sériově zapojených rezistorů. Konvenčně lze schéma rozdělit na 2 ramena. První rameno je horní a nachází se mezi vstupním a nulovým bodem DN a druhé je spodní a je z něj odstraněno výstupní U.
Součet U na těchto ramenech je roven výsledné hodnotě příchozího U. Existují lineární a nelineární typy RP. Lineární zařízení zahrnují zařízení s výstupem U, který se lineárně mění v závislosti na vstupní hodnotě. Používají se k nastavení požadovaného U v různých částech obvodů. Nelineární se používají ve funkčních potenciometrech. Jejich odpor může být aktivní, reaktivní a kapacitní.
Kromě toho může být DN také kapacitní. Používá řetězec 2 kondenzátorů, které jsou zapojeny do série.
Jeho princip činnosti je založen na jalové složce odporu kondenzátorů v proudovém obvodu s proměnnou složkou. Kondenzátor má nejen kapacitní charakteristiky, ale také odpor Xc. Tento odpor se nazývá kapacitní, závisí na frekvenci proudu a je určen vzorcem: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, kde w je cyklická frekvence, C je hodnota kondenzátoru .
Cyklická frekvence se vypočítá podle vzorce: w = 2 * PI * f, kde PI = 3,1416 af je frekvence střídavého proudu.
Kondenzátorový nebo kapacitní typ umožňuje přijímat relativně velké proudy než u odporových zařízení. Je široce používán ve vysokonapěťových obvodech, ve kterých musí být hodnota U několikrát snížena. Navíc má podstatnou výhodu – nepřehřívá se.
Indukční typ DN je založen na principu elektromagnetické indukce v proudových obvodech s proměnnou složkou. Proud protéká elektromagnetem, jehož odpor závisí na L a nazývá se indukční. Jeho hodnota je přímo úměrná frekvenci střídavého proudu: Xl \u003d w * L, kde L je hodnota indukčnosti obvodu nebo cívky.
Indukční DN funguje pouze v obvodech s proudem, který má proměnnou složku a má indukční odpor (Xl).
Výhody a nevýhody
Hlavními nevýhodami odporového DN je nemožnost jeho použití ve vysokofrekvenčních obvodech, výrazný pokles napětí na rezistorech a pokles výkonu. V některých obvodech je nutné zvolit výkon odporů, protože dochází k výraznému zahřívání.
Ve většině případů obvody střídavého proudu používají DN s aktivní zátěží (odporovou), ale s použitím kompenzačních kondenzátorů připojených paralelně ke každému z rezistorů. Tento přístup umožňuje snížit teplo, ale neodstraňuje hlavní nevýhodu, kterou je ztráta energie. Výhodou je použití ve stejnosměrných obvodech.
Pro eliminaci ztráty výkonu na odporovém DN by měly být aktivní prvky (rezistory) nahrazeny kapacitními. Kapacitní prvek vzhledem k odporovému DN má řadu výhod:
- Používá se ve střídavých obvodech;
- Žádné přehřívání;
- Ztráta výkonu je snížena, protože kondenzátor nemá, na rozdíl od rezistoru, výkon;
- Aplikace ve zdrojích vysokého napětí je možná;
- Vysoký faktor účinnosti (COP);
- Menší ztráta na I.
Nevýhodou je, že jej nelze použít v obvodech s konstantním U. To je způsobeno tím, že kondenzátor ve stejnosměrných obvodech nemá kapacitu, ale působí pouze jako kapacita.
Indukční DN v obvodech s proměnnou složkou má také řadu výhod, ale lze ji použít i v obvodech s konstantní hodnotou U.Tlumivka má odpor, ale vzhledem k indukčnosti není tato možnost vhodná, protože dochází k výraznému poklesu U. Hlavní výhody oproti odporovému typu DN:
- Aplikace v sítích s proměnnou U;
- Mírné zahřátí prvků;
- Menší ztráta energie ve střídavých obvodech;
- Relativně vysoká účinnost (vyšší než kapacitní);
- Použití ve vysoce přesných měřicích zařízeních;
- Má menší chybu;
- Zátěž připojená k výstupu děliče neovlivňuje dělicí poměr;
- Proudové ztráty jsou menší než u kapacitních děličů.
Mezi nevýhody patří následující:
- Použití konstantního U v energetických sítích vede ke značným ztrátám proudu. Navíc napětí prudce klesá kvůli spotřebě elektrické energie na indukčnost.
- Výstupní signál ve frekvenční charakteristice (bez použití usměrňovacího můstku a filtru) se mění.
- Neplatí pro vysokonapěťové AC obvody.
Výpočet děliče napětí na rezistorech, kondenzátorech a indukčnostech
Po výběru typu děliče napětí pro výpočet je třeba použít vzorce. Pokud je výpočet nesprávný, může se spálit samotné zařízení, koncový stupeň pro zesílení proudu a spotřebitel. Následky nesprávných výpočtů mohou být ještě horší než selhání rádiových komponent: požár v důsledku zkratu a také úraz elektrickým proudem.
Při výpočtu a sestavování obvodu musíte přísně dodržovat bezpečnostní pravidla, zkontrolovat zařízení před zapnutím na správnou montáž a nezkoušejte jej ve vlhké místnosti (zvyšuje se pravděpodobnost úrazu elektrickým proudem). Hlavním zákonem použitým ve výpočtech je Ohmův zákon pro obvodovou část.Jeho formulace je následující: síla proudu je přímo úměrná napětí v části obvodu a nepřímo úměrná odporu této části. Zadání vzorce vypadá takto: I = U / R.
Algoritmus pro výpočet děliče napětí na rezistorech:
- Celkové napětí: Upit \u003d U1 + U2, kde U1 a U2 jsou hodnoty U na každém z rezistorů.
- Napětí rezistoru: U1 = I * R1 a U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Proud bez zátěže: I = U / (R1 + R2).
- Pokles U na každém z rezistorů: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit a U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Hodnoty R1 a R2 by měly být 2krát menší než odpor zátěže.
Pro výpočet děliče napětí na kondenzátorech můžete použít vzorce: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit a U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Vzorce pro výpočet DN na indukčnostech jsou podobné: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit a U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Děliče se používají ve většině případů s diodovým můstkem a zenerovou diodou. Zenerova dioda je polovodičové zařízení, které funguje jako stabilizátor U. Diody by měly být vybrány s reverzním U vyšším, než je povoleno v tomto obvodu. Zenerova dioda je vybrána podle referenční knihy pro požadovanou hodnotu stabilizačního napětí. Kromě toho musí být v obvodu před ním zařazen odpor, protože bez něj polovodičové zařízení shoří.
Podobné články:
