Делител на напрежение

(пренасочване от Напреженов делител)

Делителят на напрежение е устройство с еквивалентна схема на четириполюсник, в което входното и изходното електрическо напрежение са свързани с предварително зададен коефициент на предаване .

Като най-прости делители на напрежение се използват променливи резистори (потенциометри) или резистори свързани последователно в електрическата верига. По такъв начин веригата се разделя на два участъка, наричани рамена, сумата на напрежения върху които е равно на входното напрежение. Рамото между нулевия потенциал и изходното напрежение от средната точка се нарича долно, а рамото между изходния напрежение и входното напрежение се нарича горно рамо. Това условно деление се прилага независимо от схемното конструктивно решение на делителя.

Принцип и математическа обосновкаРедактиране

 
Принципна схема на делител на напрежение

В най-общия случай делителят на напрежение е съставен от последователно включените комплексни съпротивления   и   като товар към източник на електрическо напрежение  . Комплексните съпротивления може да се съставени от активни съпротивления или да имат капацитивен или индуктивен характер.

Изходното напрежение на делителя е между общата точка на двете съпротивления и общия проводник с нулев потенциал между входа и изхода на четириполюсника, т.е. изходното напрежение е падът на напрежение   върху  .

Съгласно закона на Ом   може да се представи чрез тока в електрическата верига и съпротивленията като

 

Изходното напрежение се формулира като

 ,

откъдето токът се определя като

 ,

а изходното напрежение при ток   във веригата

 

Коефициентът на предаване се изразява със съотношенията

 

ВидовеРедактиране

Делителите на напрежение в зависимост от характера на промяната на напрежението биват:

  • Линейни, когато изходното напрежение от делителя се изменя по линеен закон в зависимост от входното напрежение. Такива делители се използват за задаване на управляващи потенциали или създават работни напрежения в различни точки на електронните схеми;
  • Нелинейни, когато изходното напрежение на делителя зависи нелинейно от коефициент   и намират приложение във функционални потенциометри.

В зависимост от градивните елементи биват:

  • Делители с активно съпротивление;
  • Делители на напрежение с реактивно съпротивление.

Резисторен делител на напрежениеРедактиране

 
Схема на прост резисторен делител на напрежение

Най-простият резисторен делител на напрежение представлява два последователно включени резистора   и  , включени в електрическа верига към източник на напрежение  . Последователното свързване на резисторите определя протичането на електрически ток със сила в съответствия със законите на Кирхоф, и с пад на напрежение върху всеки, пропорционален на стойността на съпротивлението му в съответствие със закона на Ом. Поради характера на свързването, токът през резисторите в двете рамена е еднакъв.

 .

За всеки резистор:
 
 

Ако разделим   на   за това отношение ще получим:
 

Вижда се, че отношението на напреженията   и   е точно пропорционално на отношението между съпротивленията   и  

Като се използва равенството
 , в което   и  

може да се изрази електрическия ток през делителя:
 

Като се приеме че   е изходното напрежение на делителя на напрежение, връзката между него и входното напрежение  ) напрежение делителя:
 

Делител от индуктивни елементиРедактиране

Когато комплексните съпротивления   и   са индуктивности съответно   и  , то

 

Когато от източникът на входното напрежение във веригата протича постоянен ток, изходното напрежение ще е пропорционално на активното съпротивление на бобините, както при резисторния делител на напрежение. Този делител се използва основно за делител в електрически вериги с променливо напрежение и в електрическата верига протича променлив ток. Чрез горното уравнение се изразява взаимодействието между двете индуктивности, където може да участва и взаимната индукция на двете бобини за определяне изходното напрежение на делителя.

Капацитивен делител на напрежениеРедактиране

 
Схема на прост капацитивен делител на напрежение

Когато комплексните съпротивления   и   са кондензатори с капацитет съответно   и  , то в такава електрическа верига не може да протече постоянен ток. За променливо напрежение изходното напрежение на делителя ще се определи като:

 

Протичането на ток през капацитивния делител се определя от импедансите на двете рамена, които силно са зависими от честотата на приложеното електрическо напрежение. С използването на по-сложни схеми в рамената на делителя (напр. включени паралелно резистори и кондензатори) може да се определи изходно   от постоянен ток до напрежение в определен честотен диапазон. Капацитивният делител намира приложение и в енергетиката за контрол на свръхвисоките напрежения, където изграждането на напрежителен трансформатор е технически и икономически неизгодно. За подобряване на работата на делителя понякога в точката с по-нисък потенциал паралелно се свързва регулируема индуктивност настроена в резонанс с капацитета.

Нискочестотен RC филтърРедактиране

 
Нискочестотен RC филтър съставен по схемата за делител на напрежение

Когато   и   са съответно резистор   и кондензатор  , то за електрическата верига реактивното съпротивление на този елемент е

   

където

j е имагинерната единица;
ω е кръговата честота характеризираща електрическия сигнал;
C капацитет на кондензатора.

Реактивното съпротивление се променя по горната формула от честотата на електрическите сигнали на входа на делителя.

Този делител определя следното отношение на напреженията на входа и изхода

 .

Произведението от съпротивлението на резистора и капацитета на кондензатора се нарича времеконстанта на електрическата верига и се обозначава с τ (tau) = RC.

Съотношението на напреженията зависи от честотата и намалява с нейното увеличаване, т.е. увеличаването на реактивното съпротивление   увеличава изходното напрежение  . В този смисъл това е схема на нискочестотен филтър. Изразеното съотношение съдържа имагинерно число, с което се определя не само амплитудата, но и фазата на електрическото напрежение. За да се извлече съотношението на амплитудите, се определя само величината на съотношението:

 

ОсобеностиРедактиране

Изходното напрежение на делителя на напрежение е силно зависимо от товара, включен към електрическата верига. Съпротивлението на товара е паралелно включено към  . Това означава, че протичащия ток през товара по закона на Кирхоф, протича и през  , което при промяната на товара ще променя и съотношението

 .

За да се запазят функциите на делителя на напрежение и неговото изходно напрежение да се променя малко в приемливи граници за електронните схеми в които се прилага, токът протичащ през товара трябва да е пренебрежимо малък в сравнение с токът през двете основни съпротивления. Това условие ще се спазва, когато товарът е със съпротивление от 100 до 1000 пъти по-голямо като стойност от това на  . При разчетите за реалния делител на напрежение трябва да се отчетат промените на основния източник на напрежение, стандартния ред на съпротивленията на резисторите и процентното им отклонение от тяхната средна стойност, промяната на температурния коефициент на съпротивленията и отделяната мощност от делителят.

Разсейваната мощност за резисторен делител на напрежение например, трябва да се отчита като

 , където   е токът на делителя без товар.

Използване в електронни схемиРедактиране

Делителят на напрежение не се използва като схема за електрическо захранване, поради отлагането на значителна мощност върху съпротивленията на делителя. Не е възможно използването за задвижване на електрически машини или електрически нагревателни елементи. В тези случаи, за да се спази горното условие, поради ниската стойност на съпротивлението на делителя през него ще протича електрически ток с висока стойност и ще се разсейва безполезно голяма електрическа мощност. Когато се използва за такива цели, то токът през товара трябва да е незначителен в сравнение с този протичащ през двете рамена на делителя.

В електронната схемотехника делителят на напрежение намира приложение във вериги за определяне работния режим на активни и полупроводникови елементи, за създаване на преднапрежения в управляващи вериги или в качеството си на реактивен делител, какъвто е най-простия случай на дадения по-горе нискочестотен филтър. При включване в рамената му на нелинейни елементи намира приложение на параметричен стабилизатор на напрежение.

В електрониката на операционните усилватели, делителят на напрежение се използва за създаване на виртуална маса. В енергетиката важно приложение е използването му за измерване и следене на свръхвисоки напрежения, при които употребата на напрежителен трансформатор е технически и икономически неизгодно. Някои автотрансформатори и потенциометрите също могат да се разглеждат като делители на напрежение.[1]

ИзточнициРедактиране

Външни препраткиРедактиране