Co to jest dzielnik napięcia?
Dzielnik napięcia to jeden z najbardziej znanych i najczęściej wykorzystywanych układów w elektronice. Jego głównym zadaniem jest podzielić napięcie wejściowe, aby uzyskać ściśle określone napięcie na wyjściu. Dzięki swojej prostocie i efektywności, dzielniki napięcia znajdują szerokie zastosowanie w różnorodnych projektach elektronicznych.
Jak działa dzielnik napięcia?
W najprostszej formie, dzielnik napięcia składa się z dwóch rezystorów połączonych szeregowo. Na poniższym schemacie można zobaczyć podstawową konfigurację:
rys.1 podstawowy dzielnik napięcia
Wzorem na stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego w takim dzielniku jest:
Gdzie:
Uwy to napięcie wyjściowe,
Uwe to napięcie wejściowe.
Obliczanie prądu w dzielniku napięcia
Z założenia, prąd płynący przez rezystory w dzielniku napięcia jest wszędzie taki sam (jeżeli dzielnik nie jest niczym obciążony). Prąd ten można obliczyć za pomocą wzoru:
Jak obliczyć napięcie wyjściowe (Uwy)?
Napięcie wyjściowe to napięcie, które odkłada się na rezystorze R2. Można je obliczyć na dwa sposoby:
LUB:
Trochę sporo tych wzorów ale jak przyjrzysz się im bliżej to okazuje się ze wszystkie są oparte na prawie Ohma i wzorach na rezystancje w połączeniach rezystorów. Nie takie straszne prawda?
Zastosowania dzielników napięcia
Regulacja napięcia
Dzielniki napięcia często wykorzystuje się jako małe (niskiej mocy) regulatory napięcia. Do ich budowy używa się potencjometru połączonego z rezystorem bądź samego potencjometru. (Potencjometr to specjalny rezystor z możliwością regulacji, najczęściej za pomocą pokrętła.) np:
rys.2 regulowany dzielnik napięcia(z potencjometrem)
rys.3 przykładowy dzielnik napięcia z potencjometrem na płytce stykowej
Zastosowanie dzielników napięcia z czujnikami rezystancyjnymi
Dzielniki napięcia znajdują szerokie zastosowanie w układach z czujnikami rezystancyjnymi, takimi jak fotorezystory.
Fotorezystory zmieniają swoją rezystancję w zależności od natężenia światła, co pozwala na wykrywanie zmian w oświetleniu.
Mikrokontrolery, takie jak Arduino, nie są w stanie bezpośrednio mierzyć rezystancji, ale mogą mierzyć napięcie. Dlatego dzielnik napięcia jest idealnym rozwiązaniem:
fotorezystor połączony szeregowo z rezystorem tworzy dzielnik napięcia, gdzie zmiana oświetlenia wpływa na napięcie wyjściowe.
rys.4 przykładowe użycie fotorezystora w dzielniku napięcia pracującego w układzie z Arduino
Przykładowe zastosowanie to automatyczne oświetlenie: gdy natężenie światła spada, rezystancja fotorezystora rośnie, zmieniając napięcie wyjściowe dzielnika.
Mikrokontroler mierzy to napięcie i w zależności od jego wartości może np. włączyć lub wyłączyć lampę.
To proste, ale efektywne zastosowanie pozwala na tworzenie inteligentnych systemów oświetleniowych i innych aplikacji reagujących na zmiany w otoczeniu.
Ograniczenia dzielników napięcia
Jednakże, dzielnik napięcia nie może być używany jako źródło zasilania z powodu swojej niskiej mocy. Każdorazowa próba zasilenia układu przekraczającego prąd maksymalny dzielnika skończy się jego uszkodzeniem lub spaleniem. Do takich zadań lepiej nadają się przetwornice DC-DC lub inne urządzenia z odpowiednią mocą, ale o tym opowiemy w kolejnych artykułach.
rys.5 Przetwornica niskiej mocy DC-DC
Podsumowanie
Dzielnik napięcia to prosty, ale niezwykle użyteczny układ w elektronice. Jego zrozumienie i umiejętność stosowania są kluczowe dla każdego, kto zajmuje się projektowaniem układów elektronicznych. Mimo że na pierwszy rzut oka wzory mogą wydawać się skomplikowane, to wszystkie one opierają się na podstawowych zasadach prawa Ohma i wzorach na rezystancje w połączeniach rezystorów. Dlatego warto poświęcić chwilę na ich przyswojenie – w praktyce okażą się one nie takie straszne, jak mogło się wydawać.
ElectroHub KS
Comments