Qu'est-ce qu'un diviseur de tension et à quoi sert-il
Définition
Un diviseur de tension est un appareil ou un appareil qui abaisse le niveau de la tension de sortie par rapport à l'entrée, proportionnellement au coefficient de transmission (il sera toujours inférieur à zéro). Il a obtenu ce nom parce qu'il représente deux ou plusieurs sections de la chaîne connectées en série.
Ils sont linéaires et non linéaires. Dans ce cas, les premiers sont des résistances actives ou réactives, dans lesquelles le coefficient de transmission est déterminé par le rapport de La loi d'Ohm. Les diviseurs non linéaires prononcés comprennent des stabilisateurs de tension paramétriques. Voyons comment cet appareil est organisé et pourquoi il est nécessaire.
Types et principe d'action
Il convient de noter immédiatement que le principe de fonctionnement du diviseur de tension est généralement le même, mais dépend des éléments qui le composent. Il existe trois principaux types de circuits linéaires:
- résistif;
- capacitif;
- inductif.
Le diviseur le plus courant sur les résistances, en raison de sa simplicité et de sa facilité de calcul. Sur son exemple, et considérez les informations de base sur cet appareil.
Tout diviseur de tension a Uinput et Uoutput s'il se compose de deux résistancess'il y a trois résistances, alors il y aura deux tensions de sortie, et ainsi de suite. Vous pouvez effectuer n'importe quel nombre d'étapes de division.
Uinput est égal à la tension d'alimentation, Uoutput dépend du rapport des résistances dans les bras du diviseur. Si nous considérons un circuit avec deux résistances, le bras de trempe supérieur ou, comme on l'appelle également, sera R1. Le bras inférieur ou de sortie sera R2.
Supposons que nous ayons une alimentation de 10V, la résistance R1 est de 85 Ohms et la résistance R2 de 15 Ohms. Besoin de calculer Uoutput.
Ensuite:
U = I * R
Puisqu'ils sont connectés en série, alors:
U1 = I * R1
U2 = I * R2
Ensuite, si vous ajoutez les expressions:
U1 + U2 = I (R1 + R2)
Si nous exprimons le courant d'ici, nous obtenons:
En remplaçant l'expression précédente, nous avons la formule suivante:
Calculons pour notre exemple:
Le diviseur de tension peut être réalisé sur des réactances:
- sur condensateurs (capacitif);
- sur inductances (inductives).
Ensuite, les calculs seront similaires, mais la résistance est calculée en utilisant les formules ci-dessous.
Pour les condensateurs:
Pour l'inductance:
Une caractéristique et une différence de ces types de diviseurs est que le diviseur résistif peut être utilisé dans les circuits AC et DC, et capacitif et inductif uniquement dans les circuits AC, car ce n'est qu'alors que leur réactance.
Intéressant! Dans Dans certains cas, un diviseur capacitif fonctionnera dans les circuits CC, un bon exemple est l'utilisation d'une telle solution dans le circuit d'entrée des alimentations informatiques.
L'utilisation de la réactance est due au fait que pendant leur fonctionnement, moins de chaleur est libérée que lors de l'utilisation de résistances actives (résistances) dans les structures
Exemples d'utilisation dans le circuit
Il existe de nombreux schémas où des diviseurs de tension sont utilisés. Par conséquent, nous donnerons plusieurs exemples à la fois.
Supposons que nous concevions un étage amplificateur sur un transistor qui fonctionne en classe A. Sur la base de son principe de fonctionnement, nous devons définir la tension de polarisation (U1) sur la base du transistor de sorte que son point de fonctionnement se trouve sur le segment linéaire de la caractéristique I - V, de sorte que le courant traversant le transistor n'était pas excessif. Supposons que nous devons fournir un courant de base de 0,1 mA à U1 de 0,6 Volts.
Ensuite, nous devons calculer la résistance dans les épaules du diviseur, et c'est le calcul inverse par rapport à ce que nous avons donné ci-dessus. Tout d'abord, ils trouvent le courant à travers le diviseur. Pour que le courant de charge n'affecte pas considérablement la tension sur ses épaules, nous réglons le courant à travers le diviseur à un ordre de grandeur supérieur au courant de charge dans notre cas 1 mA. L'alimentation soit de 12 volts.
La résistance totale du diviseur est alors:
Rd = alimentation U / I = 12 / 0,001 = 12000 Ohm
R2 / R = U2 / U
Ou:
R2 / (R1 + R2) = puissance U2 / U
10/20=3/6
20*3/6=60/6/10
R2 = (R1 + R2) * Puissance U1 / U = 12000 * 0,6 / 12 = 600
R1 = 12000-600 = 11400
Vérifiez les calculs:
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 600/12000 = 7200/12000 = 0,6 Volts.
L'épaule supérieure correspondante s'éteindra
U2 = U * R2 / (R1 + R2) = 12 * 11400/12000 = 136800/12000 = 11,4 Volts.
Mais ce n'est pas tout le calcul. Pour un calcul complet du diviseur, il est nécessaire de déterminer la puissance des résistances afin qu'elles ne brûlent pas. À un courant de 1 mA, la puissance sera allouée à R1:
P1 = 11,4 * 0,001 = 0,0114 watts
Et sur R2:
P2 = 0,6 * 0,001 = 0,000006 watts
Ici, c'est négligeable, mais imaginez quel type de puissance aurait besoin de résistances si le courant du diviseur était de 100 mA ou 1 A?
Pour le premier cas:
P1 = 11,4 * 0,1 = 1,14 watts
P2 = 0,6 * 0,1 = 0,06 watts
Pour le deuxième cas:
P1 = 11,4 * 1 = 11,4 watts
P2 = 0,6 * 1 = 0,6 watts
Ce sont déjà des chiffres considérables pour l'électronique, notamment pour les amplificateurs. Ceci n'est pas efficace, par conséquent, des circuits pulsés sont actuellement utilisés, bien que des circuits linéaires continuent d'être utilisés soit dans des constructions amateurs, soit dans des équipements spécifiques ayant des exigences particulières.
Le deuxième exemple est un diviseur pour former la référence U pour la diode zener réglable TL431. Ils sont utilisés dans la plupart des alimentations et chargeurs bon marché pour téléphones portables. Le schéma de connexion et les formules de calcul que vous voyez ci-dessous. À l'aide de deux résistances, un point avec une référence U de 2,5 volts est créé ici.
Un autre exemple est la connexion de toutes sortes de capteurs à des microcontrôleurs. Considérez plusieurs schémas de connexion des capteurs à l'entrée analogique du microcontrôleur AVR populaire, en utilisant la famille de cartes Arduino comme exemple.
Les instruments de mesure ont des limites de mesure différentes. Une telle fonction est également réalisée à l'aide d'un groupe de résistances.
Mais cela ne met pas fin à la portée des diviseurs de tension. C'est de cette façon que les volts supplémentaires sont éteints lorsque le courant est limité à travers la LED, la tension des ampoules dans la guirlande est également distribuée, et vous pouvez également alimenter une charge de faible puissance.
Diviseurs non linéaires
Nous avons mentionné que les diviseurs non linéaires comprennent un stabilisateur paramétrique. Dans sa forme la plus simple, il se compose d'une résistance et d'une diode zener. La diode Zener dans le circuit est similaire à une diode semi-conductrice conventionnelle. La seule différence est la présence d'une caractéristique supplémentaire sur la cathode.
Le calcul est basé sur la stabilisation de la diode Zener. Ensuite, si nous avons une diode zener de 3,3 volts et que l'alimentation est de 10 volts, le courant de stabilisation est pris de la fiche technique à la diode zener. Par exemple, qu'il soit égal à 20 mA (0,02 A) et au courant de charge 10 mA (0,01 A).
Ensuite:
R = 12-3,3 / 0,02 + 0,01 = 8,7 / 0,03 = 290 Ohms
Voyons comment fonctionne un tel stabilisateur. La diode zener est incluse dans le circuit dans la connexion inverse, c'est-à-dire que si la sortie U est inférieure à la stabilisation, le courant ne la traverse pas. Lorsque l'alimentation en U augmente jusqu'à la stabilisation en U, une avalanche ou une rupture en tunnel de la jonction PN se produit et un courant, appelé courant de stabilisation, le traverse. Elle est limitée par la résistance R1, sur laquelle la différence entre l'entrée U et la stabilisation U est supprimée. Si le courant de stabilisation maximum est dépassé, une panne thermique se produit et la diode Zener brûle.
Au fait, vous pouvez parfois mettre en place un stabilisateur sur les diodes. La tension de stabilisation sera alors égale à la chute directe des diodes ou à la somme des gouttes dans le circuit de diodes. Vous réglez le courant adapté à la valeur nominale des diodes et aux besoins de votre circuit. Néanmoins, une telle solution est utilisée extrêmement rarement. Mais un tel dispositif sur diodes est mieux appelé un limiteur, pas un stabilisateur. Et une variante du même circuit pour les circuits alternatifs. Vous limitez donc l'amplitude du signal variable au niveau de la baisse directe - 0,7V.
Nous avons donc compris ce qu'est ce diviseur de tension et pourquoi il est nécessaire. Des exemples où n'importe laquelle des variantes des circuits considérés est utilisée peuvent être donnés encore plus, même le potentiomètre est essentiellement un diviseur avec un coefficient de transmission réglable en continu, et est souvent utilisé en conjonction avec une résistance constante. Dans tous les cas, le principe d'action, de sélection et de calcul des éléments reste inchangé.
En fin de compte, nous vous recommandons de regarder une vidéo sur laquelle nous examinons plus en détail le fonctionnement de cet élément et sa composition:
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