Naponski razdelnik

U elektronici, naponski razdelnik (takođe poznat i kao potencijalni razdelnik) je linearno kolo koje daje izlazni napon (V_out) koji predstavlja deo njegovog ulaznog napona (V_in). Naponski razdelnik se odnosi na podelu napona između komponente kola.

Primer naponskog razdelnika se sastoji od dva otpornika ili potenciometra u rednoj vezi. Obično se koristi za dobijanje referentnog napona, ili da je niski napon signala proporcionalan naponu koji se meri, i takođe se mogu koristiti kao signal Prigušnik na niskim frekvencijama. Za jednosmernu struju relativno niskih frekvencija, Naponski razdelnik može biti dovoljno precizan ako su samo otpornika, gde se frekventni odgovor traži preko širokog opsega, (kao što je u osciloskop sonde), naponski razdelnik može imati kapacitivni element dodat da omogući kompenzaciju za kapacitivnost opterećenja. U prenos električne energije, kapacitivni naponski razdelnik se koristi za merenje visokog napona.

Opšti slučaj

Naponski razdelnik naveden na teren je stvorena spajanjem dva električna impedansa u seriji, kao što je prikazano na slici 1. Ulazni napon se primenjuje preko serije impedansi Z₁ and Z₂ i izlazni napon je preko Z₂. Z₁ and Z₂ može da se sastoji od bilo koje kombinacije elemenata, kao što su otpornik, induktor i kondenzator. Primena Omov zakonu, odnos između ulaznog napona, V_in i izlaznog napona, V_out, mogu se naći:

V_{\mathrm {out} }={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }

Dokaz: :

V_{\mathrm {in} }=I\cdot (Z_{1}+Z_{2})

V_{\mathrm {out} }=I\cdot Z_{2}

I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{Z_{1}+Z_{2}}}

V_{\mathrm {out} }=V_{\mathrm {in} }\cdot {\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}

Funkcija prenosa (takođe poznat kao Pregrada za 'naponskog odnosa') ovog kola je jednostavno:

H={\frac {V_{out}}{V_{in}}}={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}

U principu ova funkcija prenosa je kompleksih, racionalna funkcija od frekvencija.

Primeri

Slika 2: Jednostavan otporni naponski razdelnik

Otporni razdelnik je slučaj gde su obe impedanse, Z₁ and Z₂, su čisti otpornici (slika 2). Zamenom Z₁ = R₁ and Z₂ = R₂ u prethodnom izrazu daje:

V_{\mathrm {out} }={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }

Ako R₁ = R₂ onda

V_{\mathrm {out} }={\frac {1}{2}}\cdot V_{\mathrm {in} }

Ako V_out=6V and V_in=9V (oba najčešće koriste napon), onda:

{\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}={\frac {6}{9}}={\frac {2}{3}}

i rešavanjem koristeći algebre, R₂ mora biti dvostruko vrednost R₁. Da biste rešili za R1:

R_{1}={\frac {R_{2}\cdot V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-R_{2}

Da biste rešili za R2:

R_{2}={\frac {R_{1}}{({{\frac {V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-1})}}

Svaki odnos V_out/V_in veće od 1 nije moguće. To je, koristeći otpornike kamoli to nije moguće ili obrnuti napona ili povećavaju V_out preko V_in.

Nisko-frekvencijski filtar RC

Uzmite u obzir razdelnik koji se sastoji od otpornika i kondenzatora kao što je prikazano na slici 3. Poredeći sa opštim slučajem, vidimo Z₁ = R and Z₂ je impedansa kondenzatora, dao

Z_{2}=-jX_{\mathrm {C} }={\frac {1}{j\omega C}}

\ ,

Gde je X_C reaktanse od kondenzatora, C je kapacitivnost od kondenzatora, j je imaginarna jedinica, a ω (omega) je ugaona frekvencija od ulaznog napona. Ovaj razdelnik će onda imati odnos napona:

{V_{\mathrm {out} } \over V_{\mathrm {in} }}={Z_{\mathrm {2} } \over Z_{\mathrm {1} }+Z_{\mathrm {2} }}={{1 \over j\omega C} \over {1 \over j\omega C}+R}={1 \over 1+j\omega \ RC}

.

Proizvod τ (tau) = RC se zove vremenska konstanta kola. Odnos zatim zavisi od frekvencije, u ovom slučaju opadanja kao frekvencija povećava. Ovo kolo je, u stvari, osnovni (prvog reda) niskofrekvencijski filter. Odnos sadrži imaginarni broj, a zapravo sadrži i amplitudu i fazna informacionog filtera. Da biste izdvojili samo amplitude odnos, izračunati na magnituda od odnosa, to je:

\left|{\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}\right|={\frac {1}{\sqrt {1+(\omega RC)^{2}}}}\ .

Induktivni razdelnik

Induktivni Staklene razdelnik AC ulaz prema induktivnosti: $V_{out}=V_{in}\cdot {\frac {L_{2}}{L_{1}+L_{2}}}$ Jednačina je za ne-interakciju induktora, uzajamna induktivnost (kao u autotransformatoru) će izmeniti rezultate. Induktivni Staklene podeliti DC ulaz prema otpornosti elemenata kao za resistive delitelja iznad.

Kapacitivni razdelnik

Kapacitivni razdelnik ne prolazi DC ulaz. Za AC ulaz jednostavna jednačina je kapacitivna: $V_{out}=V_{in}\cdot {\frac {C_{1}}{C_{1}+C_{2}}}$ Bilo koja struja curenja u capactive elementima zahteva upotrebu generalizovanog izraza sa dve impedanse. Izborom paralelnog R i C elemenata u odgovarajućim proporcijama, ista podela odnos može da se održava preko korisnog raspon frekvencija. Ovo se princip primenjuje u plaćenim osciloskopskim sondama za povećanje propusnog opsega merenja.

Efekat učitavanja

Izlazni napon od napona razdelnik nije fiksna već varira u zavisnosti od opterećenja. Da biste dobili razumno stabilan izlazni napon izlazna struja treba da bude mali deo ulazne struje. Mana ovoga je da je većina ulazne struje se gubi u obliku toplote u delitelja. Alternativa je da koristite regulator napona.

Aplikacije

Naponsnki razdelnici se koriste za podešavanje nivoa signala, pristrasnosti aktivnih uređaja pojačalima, i za merenje napona. Vitstonov most i multimetar oba uključuju napona pregrade. Potenciometar se koristi kao promenljive napona razdelnik u kontroli zapremine radio. Naponski razdelnici se takođe može koristiti da bi mikrokontroler za merenje otpornost senzora.^[1] Senzor je povezao u napona razdelnik pored poznatog otpornika, a poznato ulazni napon je dat, a izlazni napon se meri, a zatim se koristi za određivanje otpor senzora.

Vidi još

Strujni razdelnik

Reference

^ „Arhivirana kopija”. Arhivirano iz originala 08. 02. 2014. g. Pristupljeno 22. 01. 2014.

Literatura

Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The Art of Electronics. Cambridge University Press.

Spoljašnje veze

[1] „Arhivirana kopija”. Arhivirano iz originala 08. 02. 2014. g. Pristupljeno 22. 01. 2014.

[1]