Напонски разделник

Слика 1: Напонски разделник

У eлектроници, напонски разделник (такође познат и као потенцијални разделник) је линеарно коло које даје излазни напон (V_out) који представља део његовог улазног напона (V_in). Напонски разделник се односи на поделу напона између компоненте кола.

Пример напонског разделника се састоји од два отпорника или потенциометра у редној вези. Обично се користи за добијање референтног напона, или да је ниски напон сигнала пропорционалан напону који се мери, и такође се могу користити као сигнал Пригушник на ниским фреквенцијама. За једносмерну струју релативно ниских фреквенција, Напонски разделник може бити довољно прецизан ако су само отпорника, где се фреквентни одговор тражи преко широког опсега, (као што је у осцилоскоп сонде), напонски разделник може имати капацитивни елемент додат да омогући компензацију за капацитивност оптерећења. У пренос електричне енергије, капацитивни напонски разделник се користи за мерење високог напона.

Општи случај

Напонски разделник наведен на терен је створена спајањем два електрична импеданса у серији, као што је приказано на слици 1. Улазни напон се примењује преко серије импеданси Z₁ and Z₂ и излазни напон је преко Z₂. Z₁ and Z₂ може да се састоји од било које комбинације елемената, као што су отпорник, индуктор и кондензатор. Примена Омов закону, однос између улазног напона, V_in и излазног напона, V_out, могу се наћи:

$V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\cdot V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}$

Доказ: :

$V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}=I\cdot (Z_1+Z_2)$

$V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=I\cdot Z_2$

$I=\frac{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}{Z_1+Z_2}$

$V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}\cdot \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}$

Функција преноса (такође познат као Преграда за 'напонског односа') овог кола је једноставно:

$H=\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{Z_2}{Z_1+Z_2}$

У принципу ова функција преноса је комплексих, рационална функција од фреквенција.

Примери

Слика 2: Једноставан отпорни напонски разделник

Отпорни разделник је случај где су обе импедансе, Z₁ and Z₂, су чисти отпорници (слика 2). Заменом Z₁ = R₁ and Z₂ = R₂ у претходном изразу даје:

$V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=\frac{R_2}{R_1+R_2}\cdot V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}$

Ако R₁ = R₂ онда

$V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}=\frac{1}{2}\cdot V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}$

Ако V_out=6V and V_in=9V (оба најчешће користе напон), онда:

$\frac{V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}=\frac{R_2}{R_1+R_2}=\frac{6}{9}=\frac{2}{3}$

и решавањем користећи алгебре, R₂ мора бити двоструко вредност R₁. Да бисте решили за R1:

$R_1=\frac{R_2\cdot V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}{V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}-R_2$

Да бисте решили за R2:

$R_2=\frac{R_1}{(\frac{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}{V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}-1)}$

Сваки однос V_out/V_in веће од 1 није могуће. То је, користећи отпорнике камоли то није могуће или обрнути напона или повећавају V_out преко V_in.

Ниско-фреквенцијски филтар RC

Слика 3: Отпорник / кондензатор напонског разделника

Узмите у обзир разделник који се састоји од отпорника и кондензатора као што је приказано на слици 3. Поредећи са општим случајем, видимо Z₁ = R and Z₂ је импеданса кондензатора, дао

$Z_2=-j{X}_{\mathrm{C}}=\frac{1}{j\omega C}$ $,$

Где је X_C реактансе од кондензатора, C је капацитивност од кондензатора, ј је имагинарна јединица, а ω (омега) је угаона фреквенција од улазног напона. Овај разделник ће онда имати однос напона:

$\frac{V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}=\frac{Z_{\mathrm{2}}}{Z_{\mathrm{1}}+Z_{\mathrm{2}}}=\frac{\frac{1}{j\omega C}}{\frac{1}{j\omega C}+R}=\frac{1}{1+j\omega RC}$.

Производ τ (tau) = RC се зове временска константа кола. Однос затим зависи од фреквенције, у овом случају опадања као фреквенција повећава. Ово коло је, у ствари, основни (првог реда) нискофреквенцијски филтер. Однос садржи имагинарни број, а заправо садржи и амплитуду и фазна информационог филтера. Да бисте издвојили само амплитуде однос, израчунати на магнитуда од односа, то је:

$\left|\frac{V_{\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{t}}}{V_{\mathrm{i}\mathrm{n}}}\right|=\frac{1}{\sqrt{1+(\omega RC{)}^2}}.$

Индуктивни разделник

Индуктивни Стаклене разделник AC улаз према индуктивности: $V_{out}=V_{in}\cdot \frac{L_2}{L_1+L_2}$ Једначина је за не-интеракцију индуктора, узајамна индуктивност (као у аутотрансформаторu) ће изменити резултате. Индуктивни Стаклене поделити ДЦ улаз према отпорности елемената као за ресистиве делитеља изнад.

Капацитивни разделник

Капацитивни разделник не пролази ДЦ улаз. За АЦ улаз једноставна једначина је капацитивна: $V_{out}=V_{in}\cdot \frac{C_1}{C_1+C_2}$ Било која струја цурења у цапацтиве елементима захтева употребу генерализованог израза са две импедансе. Избором паралелног R и C елемената у одговарајућим пропорцијама, иста подела однос може да се одржава преко корисног распон фреквенција. Ово се принцип примењује у плаћеним осцилоскопским сондама за повећање пропусног опсега мерења.

Ефекат учитавања

Излазни напон од напона разделник није фиксна већ варира у зависности од оптерећења. Да бисте добили разумно стабилан излазни напон излазна струја треба да буде мали део улазне струје. Мана овога је да је већина улазне струје се губи у облику топлоте у делитеља. Алтернатива је да користите регулатор напона.

Апликације

Напонснки разделници се користе за подешавање нивоа сигнала, пристрасности активних уређаја појачалима, и за мерење напона. Витстонов мост и мултиметар оба укључују напона преграде. Потенциометар се користи као променљиве напона разделник у контроли запремине радио. Напонски разделници се такође може користити да би микроконтролер за мерење отпорност сензора. Сензор је повезао у напона разделник поред познатог отпорника, а познато улазни напон је дат, а излазни напон се мери, а затим се користи за одређивање отпор сензора.

Види још

• Струјни разделник

Литература

• Шаблон:Cite book

Спољашње везе

• Voltage divider and current calculator with variable count of resistors
• Voltage divider or potentiometer calculations
• Voltage divider tutorial video in HD
• Online calculator to choose the values by series E24, E96
• Online voltage divider calculator: chooses the best pair from a given series and also gives the color code
• Java based search tool for analysing a potential divider circuit
• Voltage divider theory Шаблон:Wayback - RC low-pass filter example and voltage divider using Thévenin's theorem

Шаблон:Нормативна контрола