Делитель напряжения

Делитель напряжения применяют с целью получения части напряжения, для отдельных компонентов схемы, используя всего один источник питания.

Принципиальная схема делителя напряжения до элементарного проста и состоит всего из двух резисторов. Главным в ее сборке остается правильный расчет сопротивления резисторов, необходимый для получения конкретного напряжения, и мощности, проходящей через них.

К примеру, для делителя напряжения возьмем сопротивлением исходя из расчетов:

Расчет резисторов для делителя напряжения происходит с конца схемы, а именно имеем изначальные данные: Нагрузка устройства (части компонентов на схеме), для которого рассчитываем делитель напряжения (I) – 20 mA; необходимо получить ток (U_out) – 5 v.

R₂ = U_out / I = 5 v / 0.02A = 250 Om;

Зная сопротивление резистора R₂, можем найти сопротивление резистора R₁:

R₁ = U_in / I – R₂ = 12 v / 0.02A – 250 Om = 350 Om;

Расчет делителя напряжения окончен, но не все на практике так хорошо, как в теории. Так как нагрузка на выходе делителя напряжения имеет свое сопротивление, расчет необходимо производить с поправкой на это.

Помним, что нагрузка у нас составляет 20 mA, исходя из этого, по закону Ома, рассчитываем сопротивление нагрузки:

R_нагр = U / I = 5 v / 0.02 A = 250 Om;

Как видно, данный расчет мы уже производили выше для резистора R₂ делителя напряжения.

В данном случае нагрузка служит параллельным сопротивлением резистору R₂, и все расчеты следует поправить, иначе мы потеряем почти 2v:

R_общ(R_{нагр и} R₂₎ = R_нагр * R₂ / (R_нагр + R₂) = 250 * 250 / 250 + 250 = 125 Om;

U_out = U_in ( R_общ / (R₁ + R_общ ) ) =  12 v ( 125 Om / ( 350 Om + 125 Om) ) = 3,16 v;

Исходя из этого, сопротивление резистора R₁ необходимо рассчитывать по формуле:

R₁ = U_in / U_out * R_общ – R_общ = 12 v / 5 v * 125 Om – 125 Om = 175 Om;

Делаем проверку:

U_out = U_in ( R_общ / (R₁ + R_общ ) ) = 12 v ( 125 Om / ( 175 Om + 125 Om) ) = 5 v;

Расчет резисторов необходимых для нашего делителя напряжения закончен, осталось выяснить тип резистора, способный выдержать нагрузку. Рассчитываем мощность, проходящую через резистор делителя напряжения:

P = U_in² / R₁ = 12 v * 12 v / 175 Om ≈ 0,823 Watt;

Делаем вывод, что нам подойдут резисторы, например МЛТ-1 – мощностью не менее 1 Watt.

Применять такого типа делители напряжения можно, только если подключаемая нагрузка потребляет от долей до нескольких десятков миллиампер тока. Данный делитель напряжения никак нельзя использовать для питания мощных приборов, таких как ламп, двигателей и т.д.

Также в качестве эксперимента можно произвести масштабируемость сопротивлений делителя напряжения. Но помните, что чем меньше сопротивление в резисторах делителя напряжения, тем больше на них нагрузка и больше расход энергии.

Делители напряжения удачно подходят для преобразования сигнала с датчиков на основе резисторов. Такие резисторы как фоторезисторы, терморезисторы, тензорезисторы и т.д. способны изменять свое сопротивление в ходе воздействия на них окружающей среды. Подключение такого сенсора к выходу делителя напряжения или вместо одного из резисторов R₁ и R₂ и вольтметра к точке U_out можно снимать показания.