Разделител на напрежение за стабилизация на напрежението
Всеки новодошъл в електрониката в даден момент ще се справи с делител на напрежението (последователна верига от резистори). По-конкретно студентът или стажантът ще се бори с идеята, че делителят на напрежението трябва да е подходящ за "разделяне" на голямо напрежение на по-малко напрежение, за да го използва като източник на напрежение за друга верига.
Опитният специалист по електроника ще пляска с ръце по главата при тази мисъл. Не, това е казано тук, делителят на напрежение, състоящ се от два или повече резистора, не е подходящ за изграждане на стабилно захранване от него.
Защо делителят на напрежение не е подходящ за генериране на по-ниско напрежение?
Следващите съображения имат теоретичен характер и се основават на математически изчисления. Математика, защото го прави много лесно да покажете какво се случва във верига на делителя на напрежението.
Дадено е общо напрежение 9V. Това съответства на изходното напрежение на 9V блокова батерия. Напълно възможно е начинаещ в електрониката да използва такава батерия за първите си опити в занаятите. Дадено е и напрежение от 5V, което съответства на работното напрежение и нивото на напрежение на TTL веригите. Целта е да се превърне напрежение от 9V в напрежение от 5V.
В този момент все още е сравнително лесно да се направи. Вземете два резистора и изберете стойностите им, така че общото напрежение от 9V да бъде разделено на 4V и 5V. Нека да го улесним и да вземем 400 ома и 500 ома резистор. Съгласно закона за последователното свързване, общото напрежение Uges се разделя между двата частични резистора R1 и R2. Напрежението се държи като свързаните съпротивления. Повечето от общото напрежение пада при най-голямо съпротивление. По-малката част от общото напрежение пада при най-малкото съпротивление.
Това означава:
- R1 = 400 ома/U1 = 4 V
- R2 = 500 ома/U2 = 5 V.
За съжаление тези резистори със стойности 400 и 500 ома не съществуват. За да постигнете тези стойности, ще трябва да създадете верига от отделни резистори и да почукате напрежението от 5V на правилното място. Така че се изисква някаква ръчна работа.
Но нека приемем, че сме генерирали стойностите на съпротивлението с два регулируеми резистора (потенциометри с по 1 kOhm всеки).
И така, всъщност успяхме да зададем желаното напрежение. Но само напрежението не е достатъчно. Това напрежение трябва да ни доставя ток. Това означава, че трябва да се запитаме колко ток използва следващата верига. Всеки, който иска да захрани верига с мощност, трябва да се справи с този въпрос. Ако веригата за захранване не може да достави достатъчно ток, веригата за консумация на енергия никога няма да работи.
Нека просто приемем, че веригата за консумация на енергия използва 50 mA. За да опростим представянето и по-нататъшните изчисления, ние намаляваме консумиращата енергия схема до резистор.
Следователно консумиращата ток верига има еквивалентно съпротивление от 100 ома.
Ако погледнете отблизо натоварения делител на напрежението, можете да видите смесена верига. Така че паралелно свързване на два резистора, които от своя страна са свързани последователно с друг резистор.
Това означава, че веригата преминава от последователна верига към смесена верига от паралелна верига (R2 || RL) и последователна верига (R1 + (R2 || RL)).
Това има следните последствия: Неразтовареният делител на напрежението е натоварен. И това променя цялото разпределение на напрежението и тока във веригата. По този начин предишните изчисления са остарели.
Токът I1 вече не тече само през резистора R2. Токът I1 е разделен на I2 (през R2) и IL (чрез RL).
Какво означава това за съотношенията на напрежението на резисторите R1 и R2 || RL? Те се променят. Ако стойността на съпротивлението RL се променя постоянно, съотношенията на напрежението също се променят. Това е нормално при схема, в която свети не само един светодиод.
Това означава: Разделителят на напрежение е неподходящ за захранването.
Но специалният любител на електрониката не се задоволява толкова лесно. Трябва да работи по някакъв начин.
Условия за използване на делител на напрежение като доставчик на напрежение
- Общото напрежение от 9V трябва да бъде точно и стабилно. Тъй като напрежението намалява с намаляването на капацитета на батерията, това има фатални последици за оразмеряването на делителя на напрежението. Вместо батерия използвате захранване с фиксирано напрежение.
- Реалните съпротивления на изчислените стойности на съпротивлението не трябва да имат никакъв толеранс, тъй като в противен случай изчислените стойности на напрежение и ток не могат да се спазват. Резултатът е, че напрежението или захранването на следващата верига вече не могат да се поддържат.
- Токът на натоварване, изтеглен от следната верига, винаги трябва да бъде еднакъв. Токът никога не трябва да варира.
Да искаш да запазиш тези условия в действителност би било същото като да се опиташ да поставиш две топки една върху друга.
Стабилизирането на напрежението с делител на напрежението е абсолютна глупост. Условията, които се изискват за делителя на напрежението, са твърде високи. Едва ли е възможно да ги задържите. Едва ли някоя схема може да бъде разработена по такъв начин, че тя винаги да изтегля абсолютно един и същ ток. Поради термичните промени, винаги има промени в тока и напрежението във веригата. Особено когато полупроводниковите компоненти са взаимно свързани.
Каква е работата на делителя на напрежението?
Обикновено се нуждаете от делител на напрежението, за да генерирате определен потенциал на напрежението, който е под работното напрежение. Ако разделеното напрежение сега е подслушвано и следващата част от веригата има много ниско съпротивление (малко съпротивление), там протича ток IL. И по този начин съотношението на напрежението на резисторите R1 и R2 също се променя. Но тъй като всъщност искаме да имаме фиксиран потенциал за напрежение, имаме проблем. Това може да се постигне чрез оразмеряване на веригата, която следва делителя на напрежението, така че да има високо съпротивление от входната страна. Голямо съпротивление означава малък ток. И в резултат на това напрежението почти не се променя.