Qual è la regola del divisore di tensione: esempi e sue applicazioni

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi





In elettronica, la regola del divisore di tensione è semplice e molto importante circuito elettronico , che viene utilizzato per modificare una tensione elevata in una piccola. Usando solo una tensione i / p e due resistori in serie possiamo ottenere una tensione o / p. Qui, la tensione di uscita è una frazione della tensione i / p. Il miglior esempio per un partitore di tensione è che due resistori sono collegati in serie. Quando la tensione i / p viene applicata attraverso la coppia del resistore e la tensione o / p apparirà dalla connessione tra di loro. Generalmente, questi divisori vengono utilizzati per ridurre l'ampiezza della tensione o per creare una tensione di riferimento e anche utilizzati a basse frequenze come attenuatore del segnale. Per le frequenze CC e relativamente basse, un partitore di tensione può essere adeguatamente perfetto se costituito solo da resistori in cui è richiesta la risposta in frequenza su un ampio intervallo.

Qual è la regola del divisore di tensione?

Definizione: Nel campo dell'elettronica, un partitore di tensione è un circuito di base, utilizzato per generare una parte della sua tensione di ingresso come un'uscita. Questo circuito può essere progettato con due resistori altrimenti qualsiasi componente passivo insieme a una sorgente di tensione. I resistori nel circuito possono essere collegati in serie mentre una sorgente di tensione è collegata a questi resistori. Questo circuito è anche chiamato potenziale divisore. La tensione di ingresso può essere trasmessa tra le due resistenze nel circuito in modo che abbia luogo la divisione della tensione.




Quando utilizzare la regola del divisore di tensione?

La regola del divisore di tensione viene utilizzata per risolvere i circuiti per semplificare la soluzione. L'applicazione di questa regola può anche risolvere a fondo circuiti semplici. Il concetto principale di questa regola del partitore di tensione è 'La tensione è divisa tra due resistori collegati in serie in proporzione diretta alla loro resistenza. Il partitore di tensione coinvolge due parti importanti che sono il circuito e l'equazione.

Schemi di divisori di tensione diversi

Un partitore di tensione include una sorgente di tensione su una serie di due resistori. È possibile vedere i diversi circuiti di tensione disegnati in modi diversi mostrati di seguito. Ma questi circuiti diversi dovrebbe essere sempre lo stesso.



Schemi del divisore di tensione

Schemi del divisore di tensione

Nei circuiti divisori di tensione diversi sopra, il resistore R1 è il più vicino alla tensione di ingresso Vin e il resistore R2 è il più vicino al terminale di terra. La caduta di tensione attraverso il resistore R2 è chiamata Vout, che è la tensione divisa del circuito.

Calcolo del divisore di tensione

Consideriamo il seguente circuito collegato utilizzando due resistori R1 e R2. Dove il resistore variabile è collegato tra la sorgente di tensione. Nel circuito sottostante, R1 è la resistenza tra il contatto scorrevole della variabile e il terminale negativo. R2 è la resistenza tra il terminale positivo e il contatto scorrevole. Ciò significa che i due resistori R1 e R2 sono in serie.


Regola del divisore di tensione che utilizza due resistori

Regola del divisore di tensione che utilizza due resistori

La legge di Ohm afferma che V = IR

Dall'equazione sopra, possiamo ottenere le seguenti equazioni

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Applicazione della legge sulla tensione di Kirchhoff

Il KVL afferma che quando la somma algebrica della tensione attorno a un percorso chiuso in un circuito è uguale a zero.

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0

V (t) = V1 (t) + v2 (t)

Perciò

V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

Quindi

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Sostituzione di III nelle equazioni I e II

V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R1 / R1 + R2)

V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R2 / R1 + R2)

Il circuito sopra mostra il partitore di tensione tra i due resistori che è direttamente proporzionale alla loro resistenza. Questa regola del divisore di tensione può essere estesa a circuiti progettati con più di due resistori.

Regola del divisore di tensione che utilizza tre resistori

Regola del divisore di tensione che utilizza tre resistori

Regola di divisione della tensione per circuiti sopra due resistori

V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4

V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4

V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4

V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4

Equazione del divisore di tensione

L'equazione della regola del divisore di tensione accetta quando si conoscono i tre valori nel circuito sopra, sono la tensione di ingresso ei due valori del resistore. Utilizzando la seguente equazione, possiamo trovare la tensione di uscita.

Vault = Vin. R2 / R1 + R2

L'equazione precedente afferma che Vout (tensione o / p) è direttamente proporzionale a Vin (tensione di ingresso) e al rapporto tra due resistori R1 e R2.

Divisore di tensione resistivo

Questo è un circuito molto facile e semplice da progettare e da capire. Il tipo base di un circuito partitore di tensione passivo può essere costruito con due resistori collegati in serie. Questo circuito utilizza la regola del partitore di tensione per misurare la caduta di tensione su ogni resistore in serie. Di seguito è mostrato il circuito del partitore di tensione resistivo.

Nel circuito divisore resistivo, i due resistori come R1 e R2 sono collegati in serie. Quindi il flusso di corrente in questi resistori sarà lo stesso. Pertanto, fornisce una caduta di tensione (I * R) su ogni resistivo.

Tipo resistivo

Tipo resistivo

Utilizzando una sorgente di tensione, viene applicata una tensione di alimentazione a questo circuito. Applicando la legge KVL e Ohms a questo circuito, possiamo misurare la caduta di tensione attraverso il resistore. Quindi il flusso di corrente nel circuito può essere dato come

Applicando KVL

VS = VR1 + VR2

Secondo la legge di Ohm

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

Il flusso di corrente attraverso il circuito in serie è I = V / R secondo la legge di Ohm. Quindi il flusso di corrente è lo stesso in entrambi i resistori. Quindi ora puoi calcolare la caduta di tensione attraverso il resistore R2 nel circuito

IR2 = VR2 / R2

Vs / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

Allo stesso modo, la caduta di tensione attraverso il resistore R1 può essere calcolata come

IR1 = VR1 / R1

Vs / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Divisori di tensione capacitivi

Il circuito del divisore di tensione capacitivo genera cadute di tensione sui condensatori collegati in serie con un'alimentazione CA. Di solito, questi vengono utilizzati per ridurre tensioni estremamente elevate per fornire un segnale a bassa tensione di uscita. Attualmente, questi divisori sono applicabili a tablet, cellulari e dispositivi di visualizzazione basati su touchscreen.

A differenza dei circuiti divisori di tensione resistivi, i divisori di tensione capacitivi funzionano con un'alimentazione CA sinusoidale perché la divisione di tensione tra i condensatori può essere calcolata con l'aiuto della reattanza dei condensatori (XC) che dipende dalla frequenza dell'alimentazione CA.

Tipo capacitivo

Tipo capacitivo

La formula della reattanza capacitiva può essere derivata come

Xc = 1 / 2πfc

Dove:

Xc = reattanza capacitiva (Ω)

π = 3.142 (una costante numerica)

ƒ = Frequenza misurata in Hertz (Hz)

C = Capacità misurata in Farad (F)

La reattanza di ciascun condensatore può essere misurata dalla tensione e dalla frequenza dell'alimentazione CA e sostituirli nell'equazione precedente per ottenere le cadute di tensione equivalenti su ogni condensatore. Il circuito del divisore di tensione capacitivo è mostrato di seguito.

Utilizzando questi condensatori che sono collegati in serie, possiamo determinare la caduta di tensione RMS su ogni condensatore in termini di reattanza una volta collegati a una sorgente di tensione.

Xc1 = 1 / 2πfc1 e Xc2 = 1 / 2πfc2

XCT= XC1+ XC2

VC1= Vs (XC1/ XCT)

VC2= Vs (XC2/ XCT)

I divisori capacitivi non consentono l'ingresso CC.

Una semplice equazione capacitiva per un ingresso CA è

Vault = (C1 / C1 + C2) .Vin

Divisori di tensione induttivi

I divisori di tensione induttivi creeranno cadute di tensione attraverso le bobine altrimenti gli induttori sono collegati in serie attraverso un'alimentazione CA. È costituito da una bobina altrimenti un unico avvolgimento che è separato in due parti ogniqualvolta la tensione o / p viene ricevuta da una delle parti.

Il miglior esempio di questo partitore di tensione induttivo è l'autotrasformatore che include diversi punti di presa con il suo avvolgimento secondario. Un partitore di tensione induttivo tra due induttori può essere misurato attraverso la reattanza dell'induttore indicato con XL.

Tipo induttivo

Tipo induttivo

La formula della reattanza induttiva può essere derivata come

XL = 1 / 2πfL

'XL' è una reattanza induttiva misurata in Ohm (Ω)

π = 3.142 (una costante numerica)

'Ƒ' è la frequenza misurata in Hertz (Hz)

'L' è un'induttanza misurata in Henries (H)

La reattanza dei due induttori può essere calcolata una volta che conosciamo la frequenza e la tensione dell'alimentazione CA e li utilizziamo attraverso la legge del partitore di tensione per ottenere la caduta di tensione su ogni induttore è mostrato di seguito. Di seguito è mostrato il circuito del partitore di tensione induttivo.

Utilizzando due induttori collegati in serie nel circuito, possiamo misurare le cadute di tensione RMS su ogni condensatore in termini di reattanza una volta che sono collegati a una sorgente di tensione.

XL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2

XLT = XL1+ XL2

VL1 = Vs ( XL1/ XLT)

VL2 = Vs ( XL2/ XLT)

L'ingresso CA può essere suddiviso da divisori induttivi basati sull'induttanza:

Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin

Questa equazione è per gli induttori che non interagiscono e l'induttanza reciproca in un autotrasformatore cambierà i risultati. L'ingresso CC può essere suddiviso in base alla resistenza degli elementi secondo la regola del divisore resistivo.

Problemi di esempio del divisore di tensione

I problemi di esempio del partitore di tensione possono essere risolti utilizzando i circuiti resistivi, capacitivi e induttivi di cui sopra.

1). Supponiamo che la resistenza totale di un resistore variabile sia 12 Ω. Il contatto scorrevole è posizionato in un punto in cui la resistenza è divisa in 4 Ω e 8Ω. Il resistore variabile è collegato tramite una batteria da 2,5 V. Esaminiamo la tensione che appare ai capi del voltmetro collegato alla sezione da 4 Ω del resistore variabile.

Secondo la regola del divisore di tensione, le cadute di tensione saranno,

Vout = 2,5 V x 4 Ohm / 12 Ohm = 0,83 V.

2). Quando i due condensatori C1-8uF e C2-20uF sono collegati in serie nel circuito, le cadute di tensione RMS possono essere calcolate su ogni condensatore quando sono collegati all'alimentazione RMS a 80 Hz e 80 volt.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 ohm

Xc2 = 1 / 2πfc2

1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 ohm

XCT = XC1 + XC2

= 248,8 + 99,52 = 348,32

VC1 = Vs (XC1 / XCT)

80 (248,8 / 348,32) = 57,142

VC2 = Vs (XC2 / XCT)

80 (99,52 / 348,32) = 22,85

3). Quando i due induttori L1-8 mH e L2- 15 mH sono collegati in serie, possiamo calcolare la caduta di tensione RMS su ogni condensatore che può essere calcolata una volta collegati a 40 volt, alimentazione RMS 100Hz.

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohm

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3,14x100x15x10-3

9,42 ohm

XLT = XL1 + XL2

14,444 ohm

VL1 = Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 volt

VL2 = Vs (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 volt

Punti di presa della tensione in una rete divisoria

Quando il numero di resistori è collegato in serie su una sorgente di tensione Vs in un circuito, i vari punti di presa della tensione possono essere considerati come A, B, C, D ed E

La resistenza totale nel circuito può essere calcolata sommando tutti i valori di resistenza come 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohm. Questo valore di resistenza limiterà il flusso di corrente in tutto il circuito che genera la tensione di alimentazione (VS).

Le diverse equazioni utilizzate per calcolare la caduta di tensione sui resistori sono VR1 = VAB,

VR2 = VBC, VR3 = VCD e VR4 = VDE.

I livelli di tensione in ogni punto di presa sono calcolati rispetto al terminale GND (0V). Pertanto, il livello di tensione al punto 'D' sarà equivalente a VDE, mentre il livello di tensione al punto 'C' sarà equivalente a VCD + VDE. Qui, il livello di tensione nel punto 'C' è la quantità delle due cadute di tensione sui due resistori R3 e R4.

Quindi, selezionando un insieme appropriato di valori di resistenza, possiamo effettuare una serie di cadute di tensione. Queste cadute di tensione avranno un valore di tensione relativo che si ottiene dalla sola tensione. Nell'esempio precedente, ogni valore di tensione o / p è positivo poiché il terminale negativo (VS) dell'alimentazione di tensione è collegato al terminale di terra.

Applicazioni del divisore di tensione

Il applicazioni del divisore di voto include il seguente.

  • Il partitore di tensione viene utilizzato solo dove la tensione viene regolata facendo cadere una particolare tensione in un circuito. Viene utilizzato principalmente in tali sistemi in cui l'efficienza energetica non deve necessariamente essere considerata seriamente.
  • Nella nostra vita quotidiana, più comunemente il partitore di tensione viene utilizzato nei potenziometri. I migliori esempi per i potenziometri sono la manopola di regolazione del volume collegata ai nostri sistemi musicali e transistor radio, ecc. Il design di base del potenziometro include tre pin che sono mostrati sopra. In quanto due pin sono collegati al resistore che si trova all'interno del potenziometro e il pin rimanente è collegato con un contatto strisciante che scorre sul resistore. Quando qualcuno cambia la manopola sul potenziometro, la tensione apparirà attraverso i contatti stabili e il contatto di cancellazione secondo la regola del divisore di tensione.
  • I divisori di tensione vengono utilizzati per regolare il livello del segnale, per la misurazione della tensione e la polarizzazione dei dispositivi attivi negli amplificatori. Un multimetro e un ponte di Wheatstone includono divisori di tensione.
  • I divisori di tensione possono essere utilizzati per misurare la resistenza del sensore. Per formare un partitore di tensione, il sensore è collegato in serie con una resistenza nota e la tensione nota viene applicata attraverso il divisore. Il convertitore da analogico a digitale del microcontrollore è collegato alla presa centrale del divisore in modo da poter misurare la tensione della presa. Utilizzando la resistenza nota, è possibile calcolare la resistenza del sensore di tensione misurata.
  • I divisori di tensione vengono utilizzati nella misurazione del sensore, della tensione, dello spostamento del livello logico e della regolazione del livello del segnale.
  • Generalmente, la regola del divisore di resistenza viene utilizzata principalmente per produrre le tensioni di riferimento riducendo altrimenti l'ampiezza della tensione in modo che la misurazione sia molto semplice. Inoltre funzionano come attenuatori di segnale a bassa frequenza
  • Viene utilizzato nel caso di un numero estremamente ridotto di frequenze e DC
  • Partitore di tensione capacitivo utilizzato nella trasmissione di potenza per compensare la capacità di carico e la misurazione dell'alta tensione.

Questo è tutto sulla divisione della tensione regola con i circuiti, questa regola è applicabile sia per le sorgenti di tensione CA che CC. Inoltre, eventuali dubbi in merito a questo concetto o progetti elettronici ed elettrici , per favore dai il tuo feedback commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la funzione principale della regola del partitore di tensione?