Divizor de tensiune pentru stabilizarea tensiunii
Fiecare nou-venit la electronică se va ocupa la un moment dat de un divizor de tensiune (circuit de serie de rezistențe). În special, studentul sau stagiarul care se încearcă se va lupta cu ideea că divizorul de tensiune ar trebui să fie potrivit pentru a „împărți” o tensiune mare într-o tensiune mai mică pentru a o opera ca sursă de tensiune pentru un alt circuit.
Practicantul cu cunoștințe electronice va bate din palme cu mâna peste cap la acest gând. Nu, adică aici, divizorul de tensiune format din două sau mai multe rezistențe nu este potrivit pentru construirea unei surse de tensiune stabilă din acesta.
De ce un divizor de tensiune nu este potrivit pentru a genera o tensiune mai mică?
Următoarele considerații sunt de natură teoretică și se bazează pe calcule matematice. Matematică, deoarece face foarte ușor să arate ce se întâmplă într-un circuit divizor de tensiune.
Se dă o tensiune totală de 9V. Aceasta corespunde tensiunii de ieșire a unei baterii de bloc de 9V. Este foarte posibil ca un începător în electronică să folosească o astfel de baterie pentru primele lor încercări de artizanat. De asemenea, este dată o tensiune de 5V, care corespunde tensiunii de funcționare și nivelului de tensiune al circuitelor TTL. Scopul este de a transforma o tensiune de 9V într-o tensiune de 5V.
În acest moment este încă relativ ușor de făcut. Luați două rezistențe și alegeți valorile lor, astfel încât tensiunea totală de 9V să fie împărțită în 4V și 5V. Să ne ușurăm singuri și să luăm un rezistor de 400 ohmi și 500 ohmi. Conform legii conexiunii în serie, tensiunea totală Uges este împărțită între cele două rezistențe parțiale R1 și R2. Tensiunile se comportă ca rezistențele asociate. Cea mai mare parte a tensiunii totale scade la cea mai mare rezistență. Partea mai mică din tensiunea totală scade la cea mai mică rezistență.
Asta inseamna:
- R1 = 400 ohmi/U1 = 4 V
- R2 = 500 Ohm/U2 = 5 V.
Din păcate, aceste rezistențe cu valorile 400 și 500 ohmi nu există. Pentru a atinge aceste valori, va trebui să creați un lanț din rezistențe individuale și să atingeți tensiunea de 5V la locul potrivit. Deci este necesară o lucrare manuală.
Dar să presupunem că am generat valorile rezistenței cu două rezistențe reglabile (potențiometre cu câte 1 kOhm).
Deci, acum am reușit să setăm tensiunea dorită. Dar tensiunea singură nu este suficientă. Această tensiune ar trebui să ne furnizeze un curent. Asta înseamnă că trebuie să ne întrebăm cât de mult curent folosește circuitul ulterior. Oricine dorește să furnizeze un circuit cu energie trebuie să se ocupe de această întrebare. Dacă circuitul de alimentare nu poate furniza suficient curent, circuitul de consum nu va funcționa niciodată.
Să presupunem doar că circuitul consumator de energie consumă 50 mA. Pentru a simplifica reprezentarea și alte calcule, reducem circuitul consumator de energie la un rezistor.
Prin urmare, circuitul consumator de curent are o rezistență echivalentă de 100 ohmi.
Dacă aruncați o privire mai atentă la divizorul de tensiune încărcat, puteți vedea un circuit mixt. Deci, o conexiune paralelă a două rezistențe, care la rândul lor sunt conectate în serie cu un alt rezistor.
Aceasta înseamnă că circuitul se schimbă de la un circuit de serie la un circuit mixt de circuit paralel (R2 || RL) și circuit de serie (R1 + (R2 || RL)).
Acest lucru are următoarele consecințe: divizorul de tensiune descărcat este încărcat. Și acest lucru schimbă întreaga distribuție a tensiunii și curentului în circuit. Calculele anterioare sunt astfel depășite.
Curentul I1 nu mai curge doar prin rezistorul R2. Curentul I1 este împărțit în I2 (prin R2) și IL (prin RL).
Ce înseamnă acest lucru pentru raporturile de tensiune la rezistențele R1 și R2 || RL? Se schimbă. Dacă valoarea rezistenței RL se schimbă constant, raporturile de tensiune se schimbă și ele. Acest lucru este normal într-un circuit în care nu este aprins un singur LED.
Aceasta înseamnă: divizorul de tensiune nu este potrivit pentru alimentarea cu energie electrică.
Dar pasionatul de electronice dedicat nu este mulțumit atât de ușor. Trebuie să funcționeze cumva.
Condiții pentru utilizarea unui divizor de tensiune ca furnizor de tensiune
- Tensiunea totală de 9V trebuie să fie exactă și stabilă. Deoarece tensiunea scade odată cu scăderea capacității bateriei, aceasta are efecte fatale asupra dimensionării divizorului de tensiune. În loc de o baterie, utilizați o sursă de alimentare cu tensiune fixă.
- Rezistențele reale ale valorilor de rezistență calculate nu trebuie să aibă nicio toleranță, altfel valorile de tensiune și curent calculate nu pot fi respectate. Rezultatul este că tensiunea sau sursa de alimentare a circuitului ulterior nu mai pot fi menținute.
- Curentul de încărcare tras de următorul circuit trebuie să fie întotdeauna același. Curentul nu trebuie să fluctueze niciodată.
A vrea să păstrezi aceste condiții în realitate ar fi același lucru cu încercarea de a plasa două bile una peste alta.
Stabilizarea tensiunii cu un divizor de tensiune este o prostie absolută. Condițiile necesare pentru divizorul de tensiune sunt prea mari. Este greu de păstrat. Aproape orice circuit nu poate fi dezvoltat în așa fel încât să atragă întotdeauna exact același curent. Din cauza modificărilor termice, există întotdeauna schimbări de curent și tensiune într-un circuit. Mai ales atunci când componentele semiconductoare sunt interconectate.
Care este treaba unui divizor de tensiune?
De obicei, aveți nevoie de un divizor de tensiune pentru a produce un anumit potențial de tensiune care este sub tensiunea de funcționare. Dacă tensiunea divizată este acum exploatată și partea de circuit ulterioară are o rezistență foarte mică (rezistență mică), un curent IL curge acolo. Astfel, raportul de tensiune la rezistențele R1 și R2 se schimbă, de asemenea. Dar, din moment ce dorim un potențial de tensiune fixă, avem o problemă. Acest lucru este rezolvat prin dimensionarea circuitului care urmează divizorului de tensiune, astfel încât acesta să aibă o rezistență ridicată pe partea de intrare. O rezistență mare înseamnă un curent mic. Și, ca urmare, tensiunea abia se schimbă.