Дільник напруги

Дільник напруги

Дільник напруги це ланцюг або схема з'єднання резисторів, застосовувана для отримання різних напруг від одного джерела живлення.

Використовуючи тільки два резистора і вихідну напругу, ми можемо створити вихідну напругу, що складає певну частину від вхідного. Дільник напруги є однією з найбільш фундаментальних схем в електроніці. У питанні вивчення роботи дільника напруги слід відзначити два основних моменти – це сама схема та формула розрахунку
   

Схема дільника напруги на резисторах

Схема дільника напруги включає в себе вхідний джерело напруги і два резистора. Нижче ви можете побачити кілька схематичних варіантів зображення дільника, але всі вони несуть один і той же функціонал.

Позначимо резистор, який знаходиться ближче до плюса вхідної напруги (Uin) як R1, а резистор знаходиться ближче до мінуса як R2. Падіння напруги (Uout) на резисторі R2 - це знижена напруга, отримане в результаті застосування резисторного дільника напруги.

Розрахунок дільника напруги на резисторах

Розрахунок дільника напруги припускає, що нам відомо, принаймні, три величини з наведеної вище схеми: вхідна напруга та опір обох резисторів. Знаючи ці величини, ми можемо розрахувати вихідну напругу.

Формула дільника напруги

Це не складна вправа, але дуже важлива для розуміння того, як працює дільник напруги. Розрахунок дільника заснований на законі Ома.

Для того щоб дізнатися яка напруга буде на виході дільника, виведемо формулу виходячи із закону Ома. Припустимо, що ми знаємо значення Uin, R1 і R2. Тепер на підставі цих даних виведемо формулу для Uout. Давайте почнемо з позначення струмів I1 і I2, які протікають через резистори R1 і R2 відповідно:

Наша мета полягає в тому, щоб обчислити Uout, а це досить просто використовуючи закон Ома:

Добре. Ми знаємо значення R2, але поки невідомо сила струму I2. Але ми знаємо дещо про неї. Ми можемо припустити, що I1 одно I2. При цьому наша схема буде виглядати наступним чином:

Що ми знаємо про Uin? Ну, Uin це напруга на обох резисторах R1 і R2. Ці резистори, з'єднані послідовно, при цьому їх опору підсумовуються:

І, на якийсь час, ми можемо спростити схему:

Закон Ома в його найбільш простому вид: Uin = I *R. Пам'ятаючи, що R складається з R1+R2, формула може бути записана у наступному вигляді:

А так як I1 одно I2, то:

Це рівняння показує, що вихідна напруга прямо пропорційна вхідній напрузі і відносно опорів R1 і R2.

Застосування дільника напруги на резисторах

В радіоелектроніці є багато способів застосування дільника напруги. Ось тільки деякі приклади де ви можете виявити їх.

Потенціометри

Потенціометр являє собою змінний резистор, який може бути використаний для створення регульованого дільника напруги.

потенціометри фото

Зсередини потенціометр являє собою резистор і ковзний контакт, який ділить резистор на дві частини і пересувається між цими двома частинами. З зовнішньої сторони, як правило, у потенціометра є три висновки: два контакти під'єднані до виводів резистора, в той час як третій (центральний) підключений до ковзаючої контакту.

схема потенціометра

Якщо контакти резистора підключення до джерела напруги (один до мінуса, інший до плюса), то центральний висновок потенціометра буде імітувати дільник напруги.

Переведіть движок потенціометра в верхнє положення і напруга на виході буде дорівнює вхідній напрузі. Тепер переведіть движок в крайнє нижнє положення і на виході буде нульова напруга. Якщо ж встановити ручку потенціометра в середнє положення, то ми отримаємо половину вхідної напруги.

Резистивні датчики

Більшість датчиків застосовуються в різних пристроях являють собою опорні пристрої. Фоторезистор являє собою змінний резистор, який змінює свій опір, пропорційне кількості світла, що падає на нього. Так само є й інші датчики, такі як датчики тиску, прискорення термістори і ін.

Так само резистивний дільник напруги допомагає виміряти напругу за допомогою мікроконтролера (при наявності АЦП).

Приклад роботи дільника напруги на фоторезисторе.

Припустимо, опір фоторезистора змінюється від 1 кОм (при освітленні) і до 10 кОм (при повній темряві). Якщо ми доповнимо схему постійним опором приблизно 5,6 кОм, то ми можемо отримати широкий діапазон зміни вихідної напруги при зміні освітленості фоторезистора.

фоторезистор в дільнику напруги

таблиця фоторезистора

Як ми бачимо, розмах вихідної напруги при рівні освітлення від яскравого до темного виходить в районі 2,45 вольт, що є відмінним діапазоном для роботи більшості АЦП