Как посчитать входное напряжение

Калькулятор параметрического стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрического напряжения, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах. В реальных схемах много факторов которые могут повлиять на изменение выходного напряжения: значение входного напряжения, сопротивление нагрузки, температуры и другие внешние воздействия. В качестве примера такого стабилизатора рассмотрим параметрический стабилизатор. Основным элементом простого стабилизатора используется полупроводниковый стабилитрон, который работает в области электрического пробоя на обратном участке вольтамперной характеристики. Для правильной работы стабилитрон должен подключаться в обратном направлении. При этом его ток подбирается таким образом, чтобы при изменении тока нагрузки, напряжение на ней не изменялось. Наиболее важным параметром стабилитрона является напряжение стабилизации. Стабилитроны производят на напряжение от 3 до 400 В. Оно зависит от толщины p-n перехода. При этом в зависимости от толщины перехода пробой бывает лавинным или туннельным. Другие параметры стабилитронов: номинальный ток I ном и пределы его изменения I стmin . Iстmax; максимальная допустимая мощность рассеивания P доп = U ст × I стmax; дифференциальное сопротивление на рабочем участке rd; температурный коэффициент напряжения (ТКН). КПД параметрического стабилизатора, будет определяться отношением мощности, отдаваемой в нагрузку к входной мощности и к сожалению эти значения не всегда велики.

Работа стабилизатора основана на свойстве стабилитрона в момент пробоя. Напряжение на стабилитроне практически не изменяется на рабочем участке между точками А и B.

Основные дестабилизирующие факторы: изменение входного напряжения и изменение тока потребления. В приведенной на рисунке схеме при постоянном входном напряжении ток I всегда будет стабильным. Если нагрузка будет потреблять меньше тока, то его излишки уйдут в стабилитрон, т.е. I = Iст + Iн. Отсюда важное замечание: максимальный ток нагрузки не может превышать максимальный ток стабилитрона. Другой вариант дестабилизации — это изменение входного напряжения. Изменение входного напряжения, изменяет ток через балластный резистор Ro и через стабилитрон. Изменение тока через стабилитрон в диапазоне от Iстmin до Iстmax (от точки А до точки В) практически не приводит к изменению напряжения на стабилитроне, а значит и нагрузке. То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором.

Делитель напряжения на резисторах. Формула расчета, онлайн калькулятор

Делитель напряжения — это простая схема, которая позволяет получить из высокого напряжения пониженное напряжение.

Используя только два резистора и входное напряжение, мы можем создать выходное напряжение, составляющее определенную часть от входного. Делитель напряжения является одной из наиболее фундаментальных схем в электронике. В вопросе изучения работы делителя напряжения следует отметить два основных момента – это сама схема и формула расчета.

Схема делителя напряжения на резисторах

Схема делителя напряжения включает в себя входной источник напряжения и два резистора. Ниже вы можете увидеть несколько схематических вариантов изображения делителя, но все они несут один и тот же функционал.

Обозначим резистор, который находится ближе к плюсу входного напряжения (Uin) как R1, а резистор находящийся ближе к минусу как R2. Падение напряжения (Uout) на резисторе R2 — это пониженное напряжение, полученное в результате применения резисторного делителя напряжения.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Расчет делителя напряжения предполагает, что нам известно, по крайней мере, три величины из приведенной выше схемы: входное напряжение и сопротивление обоих резисторов. Зная эти величины, мы можем рассчитать выходное напряжение.

Формула делителя напряжения

Это не сложное упражнение, но очень важное для понимания того, как работает делитель напряжения. Расчет делителя основан на законе Ома.

Для того чтобы узнать какое напряжение будет на выходе делителя, выведем формулу исходя из закона Ома. Предположим, что мы знаем значения Uin, R1 и R2. Теперь на основании этих данных выведем формулу для Uout. Давайте начнем с обозначения токов I1 и I2, которые протекают через резисторы R1 и R2 соответственно:

Наша цель состоит в том, чтобы вычислить Uout, а это достаточно просто используя закон Ома:

Хорошо. Мы знаем значение R2, но пока неизвестно сила тока I2. Но мы знаем кое-что о ней. Мы можем предположить, что I1 равно I2. При этом наша схема будет выглядеть следующим образом:

Что мы знаем о Uin? Ну, Uin это напряжение на обоих резисторах R1 и R2. Эти резисторы соединены последовательно, при этом их сопротивления суммируются:

И, на какое-то время, мы можем упростить схему:

Закон Ома для участка цепи в его наиболее простом виде: Uin = I *R. Помня, что R состоит из R1+R2, формула может быть записана в следующем виде:

А так как I1 равно I2, то:

Это уравнение показывает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и отношению сопротивлений R1 и R2.

Делитель напряжения — калькулятор онлайн

Применение делителя напряжения на резисторах

В радиоэлектронике есть много способов применения делителя напряжения. Вот только некоторые примеры где вы можете обнаружить их.

Потенциометры

Потенциометр представляет собой переменный резистор, который может быть использован для создания регулируемого делителя напряжения.

Изнутри потенциометр представляет собой резистор и скользящий контакт, который делит резистор на две части и передвигается между этими двумя частями. С внешней стороны, как правило, у потенциометра имеется три вывода: два контакта подсоединены к выводам резистора, в то время как третий (центральный) подключен к скользящему контакту.

Если контакты резистора подключения к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), то центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.

Переведите движок потенциометра в верхнее положение и напряжение на выходе будет равно входному напряжению. Теперь переведите движок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если же установить ручку потенциометра в среднее положение, то мы получим половину входного напряжения.

Резистивные датчики

Большинство датчиков применяемых в различных устройствах представляют собой резистивные устройства. Фоторезистор представляет собой переменный резистор, который изменяет свое сопротивление, пропорциональное количеству света, падающего на него. Так же есть и другие датчики, такие как датчики давления, ускорения и термисторы и др.

Так же резистивный делитель напряжения помогает измерить напряжение при помощи микроконтроллера (при наличии АЦП).

Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе.

Допустим, сопротивление фоторезистора изменяется от 1 кОм (при освещении) и до 10 кОм (при полной темноте). Если мы дополним схему постоянным сопротивлением примерно 5,6 кОм, то мы можем получить широкий диапазон изменения выходного напряжения при изменении освещенности фоторезистора.

Как мы видим, размах выходного напряжения при уровне освещения от яркого до темного получается в районе 2,45 вольт, что является отличным диапазоном для работы большинства АЦП.

Входное напряжение:

Переходные процессы возникают при коммутации электрической цепи или при изменении параметров элементов схемы. Во время переходного процесса один установившийся режим сменяется другим. Второй установившийся режим называется принужденным. Принято, что коммутация происходит мгновенно в момент . Установившийся режим до коммутации заканчивается при. Приначинается переходный процесс, а принужденный режим устанавливается при.

По законам коммутации в момент не могут изменяться скачком напряженияна емкостных элементах или суммарный зарядна обкладках конденсаторов, присоединенных к любому узлу схемы после коммутации, а также токив ветвях с индуктивными элементами или суммарное потокосцеплениекаждого контура послекоммутационной схемы. Остальные токи и напряжения в момент коммутации могут изменяться скачком.

При действии в цепи постоянных, синусоидальных и других периодических напряжений и токов переходные процессы рассчитываются классическим или операторным методами.

Во время переходного процесса токи и напряжения представляются в виде суммы принужденного и свободного составляющих, которые рассчитываются отдельно: .

Установившиеся до коммутации и принужденные составляющие определяются известными методами расчета цепей постоянного или переменного токов. Свободные составляющие обусловлены изменением энергии реактивных элементов схемы и затухают до нуля к окончанию переходного процесса.

При действии в цепи непериодических источников тока или напряжения расчет целесообразно вести методом наложения с использованием интеграла Дюамеля.

Расчет переходных процессов в сложных электрических цепях с большим количеством реактивных элементов и в нелинейных электрических цепях ведут численным методом.

1. Классический метод расчета переходных процессов

Расчет переходных процессов классическим методом основан на непосредственном решении описывающих их дифференциальных уравнений. Выражение для свободной составляющей определяется количеством и видом корней характеристического уравнения. Характеристическое уравнениеможно получить, приравняв нулю входное сопротивлениеи заменивнав выражении для входного сопротивления, определенного относительно любой ветви схемы. Рекомендуется определять входное сопротивление относительно ветви с реактивным элементом.

В общем случае, когда корни характеристического уравнения вещественные и не равны между собой, выражение для свободной составляющей имеет вид

.

Если корни характеристического уравнения вещественны и равные, то

.

В случае комплексно-сопряженных корней свободная составляющая

Рекомендуется следующий порядок расчета

1. Рассчитывают установившийся режим до и после коммутации.

2. С помощью уравнений

и

находят свободные составляющие инезависимых начальных условийи

3. Составляют характеристическое уравнение и находят его корни.

4. В зависимости от вида корней записывают выражения для искомых переходных токов и напряжений в общем виде, в которых неизвестными являются постоянные интегрирования. Существуют два способа определения постоянных интегрирования.

5. После определения постоянных интегрирования, записывают окончательно выражения для токов и напряжений переходного режима

.

Расчет переходных процессов в цепях первого порядка

1. В схеме (рис. 1.1а)

Найти выражения для токов и напряженияпереходного процесса.

Пример решения

До коммутации в схеме был установившийся режим постоянного тока

Напряжение на конденсаторе в момент коммутации не изменяется, следовательно,

Принужденный режим послекоммутационной схемы обусловлен воздействием постоянной ЭДС. Поэтому, начиная с момента , принужденные составляющие токов и напряжений остаются постоянными:

Составляем характеристическое уравнение и находим его корни

Определяем комплекс входного сопротивления послекоммутационной схемы относительно ветви с конденсатором (рис. 1.1б):

тогда характеристическое уравнение

Корень характеристического уравнения

Записываем в общем виде выражения для токов и напряжения на конденсаторе в переходном режиме для послекоммутационной схемы:

и

Постоянные интегрирования можно определить двумя способами.

Первый способ

Составляем систему уравнений по законам Кирхгофа для принужденного режима и решаем ее при

,

Определяем постоянные интегрирования при :

Второй способ

Составляем систему уравнений по законам Кирхгофа для свободного режима при (рис, 1.1б), когда исключен источник принужденного режима.

Подставив постоянные интегрирования в выражения токов и напряжения на конденсаторе в общем виде для переходного режима, получим

Как рассчитать входное напряжение

Схематическое исполнение понижающего устройства представляет собой последовательную цепь, состоящую из двух резистивных элементов. Суммарные значения сопротивлений позволяют уменьшить входящее напряжение до необходимых параметров на выходе. Между собой они связаны передаточным коэффициентом, находящимся в интервале от 0 до 1, включая границы (0<=aplha<=1).

Общее представление делителя напряжения

Существует несколько вариантов схематического исполнения приборов, но все они обладают одним и тем же функционалом — понижать вольтаж для потребителей, однако ток на всех полюсах остается одинаковым. Два последовательных участка цепи называют плечами. Нижнее плечо находится между центральной точкой и нулевым потенциалом. Именно здесь необходимо снимать показатели работы схемы. Другое плечо является верхним.

Простая схема на резисторах

В зависимости от расположения резисторов, различают линейные и нелинейные схемы делителей. Первый вариант используют для создания разности потенциалов и вольтажа в нескольких точках рабочих узлов. Понижение входного напряжения определяется по линейному закону.

Дополнительная информация! Понижающие узлы применяют для постоянного и переменного тока. Структурное исполнение обоих отличается друг от друга, поскольку в некоторых случаях требует включение дополнительных фильтров для подавления помех и шумов.

В нелинейных схемах разница определяется по передаточному коэффициенту. Такие устройства активно применяют в потенциометрах. Здесь учитывают присутствие активного и реактивного сопротивления, включая нелинейные и токовые нагрузки.

Переменный резистор в качестве делителя напряжения

Переменный резистор позволяет напряжению изменяться более плавно. Работает он так: крайние выводы подключаются к положительному и отрицательному заряду, а из центрального на выходе получается пониженное напряжение

Делитель применяют в различных конструкциях, если нагрузка сети слишком высока для устройства, в датчиках и электронных схемах. Он является одним из основных аспектов электроники, позволяет приспособить параметры сети для механизма. Теперь вы знаете, для чего применяют резисторный делитель, основные для использования вычисления, например, как рассчитать резистор для понижения напряжения.

Принцип работы делителя напряжения

В состав простейшей понижающей схемы всегда входит не меньше одного резистора. Если элементы обладают одинаковыми коэффициентами сопротивляемости электронов, то на выходе вольтаж понизится в два раза. Для каждого узла понижение рассчитывается по закону Ома.

Вам это будет интересно Особенности мегаваттов и киловаттов

Внимание! Сумма пониженных величин в каждой точке равна общему вольтажу источника питания.

Схема с несколькими резисторами

Резисторы используют в принципиальных схемах с источником питания постоянного тока. В цепях переменного напряжения присутствует еще и реактивное сопротивление, куда входят конденсаторы, индуктивные катушки и другие элементы с электромагнитными полями.

В цепях с синусоидальным током в качестве резистивного элемента выступает конденсатор или катушка. Их называют емкостными. Расчет ведется уже по другой формуле, так как емкость конденсаторов обратно пропорциональна их реактивному сопротивлению. Для вычисления резистивной составляющей необходимо учитывать постоянное число ПИ, частоту синусоидального тока (Гц) и емкость (Фарад). Таким образом получается, что с увеличением емкости падает сопротивление и наоборот.

Кроме конденсаторов, в качестве реактивных компонентов также могут выступать индуктивные катушки, которые могут присутствовать в платах переменного тока. Коэффициент реактивного сопротивления обмоток также прямо пропорционален их номинальным значениям. Для вычислений также необходимо постоянное число ПИ, частота переменного магнитного поля (Гц) и индуктивность (Генри).

Делитель на индукционных катушках

Внимание! В описании выше токовая нагрузка равна бесконечности, поэтому все значения верны только при полученных показателях делителя на сопротивления нагрузки. Они в несколько раз больше внутреннего.

Схема делителя напряжения на резисторах

Схема делителя напряжения включает в себя входной источник напряжения и два резистора. Ниже вы можете увидеть несколько схематических вариантов изображения делителя, но все они несут один и тот же функционал.

Обозначим резистор, который находится ближе к плюсу входного напряжения (Uin) как R1, а резистор находящийся ближе к минусу как R2. Падение напряжения (Uout) на резисторе R2 — это пониженное напряжение, полученное в результате применения резисторного делителя напряжения.

Формула для расчета делителя напряжения

Начинающие радиолюбители часто задаются главным вопросом, как правильно рассчитать напряжение после резистора. Для этого необходимо знать, какой ток пойдет по цепи. В простейших схемах постоянного тока его вычисляют по линейному закону Ома. Формула расчета выглядит U=I*R, где:

• U — напряжение, В;
• I — ток, А;

В цепях с синусоидальным током, где присутствует реактивное сопротивление катушки или конденсатора, формула выглядит как R=1/(2*pi*f*L) и R=1/(2*pi*f*C) соответственно. В формуле использованы показатели:

График зависимости показателей от сопротивления

• R — реактивное сопротивление;
• R — сопротивление, Ом.
• pi — постоянное число Пи, равное 3,14;
• f — частота, Гц;
• L — индуктивность катушки, Генри;
• C — емкость конденсатора, Фарад.

Получив в расчетах внутреннюю резистивность элементов, далее можно воспользоваться линейной формулой для вычисления выходного значения.

На резисторе

В схеме делителя всегда участвует не меньше двух узлов нагрузки. Их коэффициенты могут быть равны другу, но и отличаться. Поэтому порой возникает необходимость получить номинал выходного вольтажа для каждого из них. Для этого используют всем известную формулу закона Ома: U=I*R.

Вам это будет интересно Особенности формулы заряда q

После резистора

Для расчета показателя после резистора необходимо учитывать номиналы обоих элементов, так как они работают совместно друг с другом. Применив закон Ома, получается следующая формула: Uвых=Uпит*R1/(R1+R2), где:

• Uвых — вольтаж на выходе, В;
• Uпит — входной вольтаж, В;
• R1 — первый узел, Ом;
• R2 — второй узел, Ом.

Падение потенциалов за резистором рассчитывают для каждого узла в отдельности. То есть для второго элемента формула будет выглядеть так: Uвых=Uпит*R2/(R1+R2).

Делитель позволяет разработчикам получить несколько номинальных значений выходного напряжения от одного питающего источника. По этой причине схема получила широкое применение в электронике как в понижающих блоках питания, так и в качестве интегрированного узла электроцепи.

Делитель напряжения из трех последовательно включенных резисторов с равными сопротивлениями

На рисунке 3 изображен делитель напряжения, состоящий из трех одинаковых резисторов сопротивлением в 1 кОм каждый. Вычислим напряжение в точках А и В относительно точки Е.

Рисунок 3. Делитель напряжения из трех резисторов.

Общее сопротивление R= R1+R2+R3 = 1 кОм + 1 кОм + 1 кОм = 3 кОм

Напряжение в точке А относительно точки Е будет равно:

Тгда Ua-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*1 кОм = 10 В.

Напряжение в точке В относительно точки Е будет равно:

Тгда Ub-e =30 В/(1 кОм + 1 кОм + 1 кОм)*(1 кОм + 1 кОм) = 20 В.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

• Электрическая цепь и ее элементы
• Закон Ома для участка цепи
• Видеоурок: Закон Ома для участка цепи — практические расчеты
• Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
• Замкнутая электрическая цепь

Комментарии

дефлоратор228 14.05.2019 09:27 спс большое, написал контрольную на 5

Ната 20.02.2018 15:57 а если решить через падение напряжения на R1, так можно вообще? То , что останется и будет напряжением Ube?

РРР 04.01.2016 11:18 Замечательно. Нужно только разобраться в математике. Особенно формула минующая вычисления тока очень удобна.

ТОРЧЁК 11.06.2015 11:00 НИЧЕГО НЕ ПОНЯЛ

Иван 24.01.2015 18:17 Очень доступно! Рекомендую начинающим!

BekOn Master 08.05.2013 16:47 норм

Обновить список комментариев

Применение делителя напряжения на резисторах

В радиоэлектронике есть много способов применения делителя напряжения. Вот только некоторые примеры где вы можете обнаружить их.

Потенциометры

Потенциометр представляет собой переменный резистор, который может быть использован для создания регулируемого делителя напряжения.

Изнутри потенциометр представляет собой резистор и скользящий контакт, который делит резистор на две части и передвигается между этими двумя частями. С внешней стороны, как правило, у потенциометра имеется три вывода: два контакта подсоединены к выводам резистора, в то время как третий (центральный) подключен к скользящему контакту.

Формула закона Ома

Свои опыты Ом направлял на изучение такой физической величины, как сопротивление, в результате чего в 1826 году он стал автором закона, который не потерял совей актуальность вплоть до сегодняшнего дня. Из своих опытов Ом вывел, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью, и происходит это по мере увеличения напряжения.

Также, Ом сделал вывод, что каждый проводник обладает индивидуальными свойствами проводимости.

Сопротивление обозначается заглавной латинской [R] и измеряется в Омах. Сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника оказывать влияние на идущий по нему ток. Оно прямо пропорционально напряжению в сети и обратно пропорционально силе тока. В виде формулы данный закон можно записать как R = U/I, где U – напряжение, а I – сила тока. 1 Ом равняется 1 Вольту, деленному на 1 Ампер.

Запомните! Реостат – прибор, обеспечивающий возможность изменять сопротивление. Прежде всего, он влияет на показатель R в цепи, а, следовательно, на 2 другие величины, описанные в законе Ома. Силу тока может помочь определить амперметр.

Как найти силу тока через сопротивление и напряжение

Сила тока обозначается латинскими [I] или [Y], и она зависит от количества заряда, перенесенного от одного полюса к другому за определенный промежуток времени, т.е. I = q/t. Измеряется сила тока в амперах, а узнать её значение в цепи можно при помощи амперметра.

Мужчина считает силу тока

Существуют формулы определения силы тока через напряжение и сопротивление. В первом случае произведение силы тока на время равняется работе, деленной на напряжение: I*t = A/U, во втором – по закону Ома, I = U/R. Через мощность сила будет равняться P/U.

При последовательном соединении, сила тока одинакова на всех участках цепи, следовательно, равна общему значению в цепи. В противоположном случае сила электрического тока равняется сумме силы тока всех нагрузок.

Таким образом, существует огромное множество формул для нахождения силы тока, напряжения и сопротивления. Они всегда могут пригодиться для теории, а на практике всегда помогут специальные приборы – амперметр и вольтметр.