I elektronik är spänningsdelarens regel en enkel och viktigast elektrisk krets , som används för att ändra en stor spänning till en liten spänning. Med bara en i / p-spänning och två seriemotstånd kan vi få en o / p-spänning. Här är utspänningen en bråkdel av i / p-spänningen. Det bästa exemplet för en spänningsdelare är att två motstånd är seriekopplade. När i / p-spänningen appliceras över motståndsparet och o / p-spänningen visas från anslutningen mellan dem. Generellt används dessa avdelare för att minska spänningen eller för att skapa referensspänning och används också vid låga frekvenser som en signaldämpare. För likström och relativt låga frekvenser kan en spänningsdelare vara lämpligt perfekt om den endast är gjord av motstånd där frekvenssvaret krävs över ett brett område.

Vad är spänningsdelarregeln?

Definition: Inom elektronikområdet är en spänningsdelare en grundkrets som används för att generera en del av ingångsspänningen som en utgång. Denna krets kan utformas med två motstånd, annars passiva komponenter tillsammans med en spänningskälla. Motstånden i kretsen kan kopplas i serie medan en spänningskälla är ansluten över dessa motstånd. Denna krets kallas också en potentiell delare. Ingångsspänningen kan överföras mellan de två motstånden i kretsen så att spänningsdelningen sker.

När ska jag använda spänningsdelarregeln?

Spänningsdelarregeln används för att lösa kretsar för att förenkla lösningen. Att tillämpa denna regel kan också lösa enkla kretsar noggrant. Huvudkonceptet för denna spänningsdelarregel är 'Spänningen är uppdelad mellan två motstånd som är seriekopplade i direkt proportion till deras motstånd. Spänningsdelaren involverar två viktiga delar, de är kretsen och ekvationen.

Olika spänningsdelningsscheman

En spänningsdelare inkluderar en spänningskälla över en serie med två motstånd. Du kan se de olika spänningskretsarna ritade på olika sätt som visas nedan. Men dessa olika kretsar bör alltid vara densamma.

Spänningsdelningsscheman

I ovanstående olika spänningsdelarkretsar är R1-motståndet närmast ingångsspänningen Vin och motståndet R2 är närmast jordanslutningen. Spänningsfallet över motståndet R2 kallas Vout, vilket är kretsens uppdelade spänning.

Beräkning av spänningsdelare

Låt oss överväga följande krets ansluten med två motstånd R1 och R2. Där det variabla motståndet är anslutet mellan spänningskällan. I nedanstående krets är R1 motståndet mellan glidkontakten för variabeln och den negativa terminalen. R2 är motståndet mellan den positiva terminalen och glidkontakten. Det betyder att de två motstånden R1 och R2 är i serie.

Spänningsdelningsregel med två motstånd

Ohms lag säger att V = IR

Från ovanstående ekvation kan vi få följande ekvationer

V1 (t) = R1i (t) …………… (I)

V2 (t) = R2i (t) …………… (II)

Tillämpar Kirchhoffs spänningslag

KVL anger att när den algebraiska summan av spänning runt en sluten bana i en krets är lika med noll.

-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0

V (t) = V1 (t) + v2 (t)

Därför

V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)

Därmed

i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)

Ersätter III i ekvationerna I och II

V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R1 / R1 + R2)

V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)

V (t) (R2 / R1 + R2)

Ovanstående krets visar spänningsdelaren mellan de två motstånden som är direkt proportionell mot deras motstånd. Denna spänningsdelarregel kan utökas till kretsar som är utformade med mer än två motstånd.

Spänningsdelningsregel med tre motstånd

Spänningsdelningsregel för över två motståndskretsar

VI (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4

V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4

“produkt av summor sanningstabell ”

V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4

V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4

Spänningsdelningsekvation

Spänningsdelarens regelekvation accepterar när du känner till de tre värdena i ovanstående krets är de ingångsspänningen och de två motståndsvärdena. Genom att använda följande ekvation kan vi hitta utspänningen.

Vault = Vin. R2 / R1 + R2

Ovanstående ekvation anger att Vout (o / p-spänning) är direkt proportionell mot Vin (ingångsspänning) och förhållandet mellan två motstånd R1 och R2.

Resistiv spänningsdelare

Detta är en mycket enkel och enkel krets att utforma och förstå. Grundtypen för en passiv spänningsdelarkrets kan byggas med två motstånd som är seriekopplade. Denna krets använder spänningsdelarens regel för att mäta spänningsfallet över varje seriemotstånd. Den resistiva spänningsdelarkretsen visas nedan.

I resistivdelarkretsen är de två motstånden som R1 och R2 anslutna i serie. Så strömflödet i dessa motstånd kommer att vara detsamma. Därför ger den ett spänningsfall (I * R) över varje resistiv.

Resistiv typ

Med en spänningskälla matas en strömförsörjning till denna krets. Genom att tillämpa KVL & Ohms Law på denna krets kan vi mäta spänningsfallet över motståndet. Så strömflödet i kretsen kan ges som

Genom att tillämpa KVL

VS = VR1 + VR2

Enligt Ohms lag

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)

I = VS / R1 + R2

Strömmen genom seriekretsen är I = V / R enligt Ohms lag. Så strömflödet är detsamma i båda motstånden. Så nu kan beräkna spänningsfallet över R2-motståndet i kretsen

IR2 = VR2 / R2

Vs / (R1 + R2)

VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)

På samma sätt kan spänningsfallet över R1-motståndet beräknas som

IR1 = VR1 / R1

Vs / (R1 + R2)

VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)

Kapacitiva spänningsdelare

Kapacitiv spänningsdelarkrets genererar spänningsfall över kondensatorer som är anslutna i serie med en växelströmskälla. Vanligtvis används dessa för att minska extremt höga spänningar för att tillhandahålla en låg utspänningssignal. För närvarande är dessa avdelare tillämpliga på pekskärmsbaserade surfplattor, mobiler och displayenheter.

Inte som resistiva spänningsdelarkretsar, kapacitiva spänningsdelare fungerar med en sinusformad växelströmförsörjning eftersom spänningsdelningen mellan kondensatorerna kan beräknas med hjälp av kondensatorns reaktans (X_C) som beror på nätanslutningens frekvens.

Kapacitiv typ

Den kapacitiva reaktansformeln kan härledas som

Xc = 1 / 2πfc

Var:

Xc = kapacitiv reaktans (Ω)

π = 3,142 (en numerisk konstant)

ƒ = Frekvens uppmätt i Hertz (Hz)

C = kapacitans mätt i Farads (F)

Varje kondensatorns reaktans kan mätas av spänningen såväl som frekvensen för växelströmskällan och ersätter dem i ovanstående ekvation för att få motsvarande spänningsfall över varje kondensator. Den kapacitiva spänningsdelarkretsen visas nedan.

Genom att använda dessa kondensatorer som är anslutna i serien kan vi bestämma RMS-spänningsfallet över varje kondensator när det gäller deras reaktans när de är anslutna till en spänningskälla.

Xc1 = 1 / 2πfc1 & Xc2 = 1 / 2πfc2

X_CT= X_C1+ X_C2

V_C1= Vs (X_C1/ X_CT)

V_C2= Vs (X_C2/ X_CT)

Kapacitiva avdelare tillåter inte DC-ingång.

En enkel kapacitiv ekvation för en växelströmsingång är

Valv = (C1 / C1 + C2). Vin

Induktiva spänningsdelare

Induktiva spänningsdelare skapar spänningsfall över spolar annars är induktorer kopplade i serie över en växelströmskälla. Den består av en spole annars enkel lindning som är uppdelad i två delar var som helst o / p-spänningen tas emot från en av delarna.

Det bästa exemplet på denna induktiva spänningsdelare är auto-transformatorn inklusive flera tapppunkter med sekundärlindning. En induktiv spänningsdelare mellan två induktorer kan mätas genom reaktansen hos induktorn betecknad med XL.

Induktiv typ

Den induktiva reaktansformeln kan härledas som

XL = 1 / 2πfL

'XL' är en induktiv reaktans mätt i ohm (Ω)

π = 3,142 (en numerisk konstant)

'Ƒ' är frekvensen uppmätt i Hertz (Hz)

'L' är en induktans mätt i Henries (H)

Reaktansen hos de två induktorerna kan beräknas när vi känner till frekvensen och spänningen för växelströmsförsörjningen och använder dem genom spänningsdelarens lag för att få spänningsfallet över varje induktor visas nedan. Den induktiva spänningsdelarkretsen visas nedan.

Genom att använda två induktorer som är seriekopplade i kretsen kan vi mäta RMS-spänningsfallet över varje kondensator när det gäller deras reaktans när de är anslutna till en spänningskälla.

X_L1= 2πfL1 & X_L2= 2πfL2

X_LT = X_L1+ X_L2

V_L1 = Vs ( X_L1/ X_LT)

V_L2 = Vs ( X_L2/ X_LT)

AC-ingång kan delas med induktiva delare baserat på induktans:

Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin

Denna ekvation är för induktorer som inte interagerar och ömsesidig induktans i en autotransformator kommer att förändra resultaten. DC-ingången kan delas baserat på elementens motstånd enligt den resistiva delningsregeln.

Exempel på spänningsdelare

Problemen med spänningsdelaren kan lösas med hjälp av ovanstående resistiva, kapacitiva och induktiva kretsar.

1). Låt oss anta att den totala resistansen för ett variabelt motstånd är 12 Ω. Glidkontakten är placerad vid en punkt där motståndet är uppdelat i 4 Ω och 8Ω. Det variabla motståndet är anslutet över ett 2,5 V batteri. Låt oss undersöka spänningen som visas över voltmätaren ansluten över 4 Ω-sektionen av det variabla motståndet.

Enligt spänningsdelarens regel kommer spänningsfall att vara,

Vout = 2,5Vx4 Ohm / 12Ohm = 0,83V

2). När de två kondensatorerna C1-8uF & C2-20uF är anslutna i serie i kretsen kan RMS-spänningsfallet beräknas över varje kondensator när de är anslutna till 80Hz RMS-matning och 80 volt.

Xc1 = 1 / 2πfc1

1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6

= 248,8 ohm

Xc2 = 1 / 2πfc2

1/2 × 3.14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 ohm

XCT = XC1 + XC2

= 248,8 + 99,52 = 348,32

VC1 = Vs (XC1 / XCT)

80 (248,8 / 348,32) = 57,142

VC2 = Vs (XC2 / XCT)

80 (99,52 / 348,32) = 22,85

3). När de två induktorerna L1-8 mH & L2- 15 mH är anslutna i serie kan vi beräkna RMS-spänningsfallet över varje kondensator kan beräknas när de är anslutna till 40 volt, 100Hz RMS-matning.

XL1 = 2πfL1

= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohm

XL2 = 2πfL2

= 2 × 3,14x100x15x10-3

9,42 ohm

XLT = XL1 + XL2

14.444 ohm

VL1 = Vs (XL1 / XLT)

= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 volt

VL2 = Vs (XL2 / XLT)

= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 volt

Spänningsuttag i ett avdelningsnätverk

När antalet motstånd är seriekopplade över en spänningskälla V i en krets, då kan olika spänningsuttagspunkter betraktas som A, B, C, D & E

Det totala motståndet i kretsen kan beräknas genom att lägga till alla motståndsvärden som 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohm. Detta motståndsvärde begränsar strömflödet genom hela kretsen som genererar spänningsförsörjningen (VS).

De olika ekvationerna som används för att beräkna spänningsfallet över motstånden är VR1 = VAB,

VR2 = VBC, VR3 = VCD och VR4 = VDE.

Spänningsnivåerna vid varje tappningspunkt beräknas med avseende på GND (0V) terminal. Därför kommer spänningsnivån vid 'D' -punkten att motsvara VDE, medan spänningsnivån vid 'C' -punkten kommer att motsvara VCD + VDE. Här är spänningsnivån vid punkten 'C' mängden av de två spänningsfallet över två motstånd R3 & R4.

Så genom att välja en lämplig uppsättning motståndsvärden kan vi göra en serie spänningsfall. Dessa spänningsfall kommer att ha ett relativt spänningsvärde som uppnås från endast spänning. I exemplet ovan är varje o / p-spänningsvärde positivt eftersom spänningsförsörjningens negativa terminal (VS) är ansluten till jordterminalen.

Tillämpningar av spänningsdelare

De röstdelarens ansökningar inkluderar följande.

Spänningsdelaren används bara där där spänningen regleras genom att tappa en viss spänning i en krets. Den används huvudsakligen i sådana system där energieffektivitet inte nödvändigtvis måste betraktas på allvar.
I vårt dagliga liv används oftast spänningsdelaren i potentiometrar. De bästa exemplen för potentiometrarna är volyminställningsknappen som är ansluten till våra musiksystem och radiotransistorer, etc. Potentiometern har en grundläggande design som innehåller tre stift som visas ovan. I och med att två stift är anslutna till motståndet som är inne i potentiometern och den återstående stiftet är ansluten med en torkkontakt som glider på motståndet. När någon byter vred på potentiometern kommer spänningen att synas över de stabila kontakterna och torkkontakten enligt spänningsdelarens regel.
Spänningsdelare används för att justera signalens nivå för spänningsmätning och förspänning av aktiva enheter i förstärkare. En multimeter och en Wheatstone-bro inkluderar spänningsdelare.
Spänningsdelare kan användas för att mäta sensorns motstånd. För att bilda en spänningsdelare är sensorn ansluten i serie med ett känt motstånd och känd spänning appliceras över avdelaren. De analog till digital omvandlare av mikrokontrollern är ansluten till avdelarens mittkran så att kretsspänningen kan mätas. Genom att använda det kända motståndet kan uppmätt spänningssensormotstånd beräknas.
Spänningsdelare används vid mätning av sensor, spänning, förskjutning av logisk nivå och justering av signalnivå.
Generellt används motståndsdelarregeln huvudsakligen för att producera referensspänningarna, annars minskar spänningsstorleken så att mätningen är mycket enkel. Dessutom fungerar detta som signaldämpare vid låg frekvens
Den används vid extremt färre frekvenser och likström
Kapacitiv spänningsdelare som används i kraftöverföring för att kompensera lastkapacitans och högspänningsmätning.

Detta är allt om spänningsdelningen regel med kretsar, är denna regel tillämplig på både AC- och DC-spänningskällor. Dessutom är alla tvivel angående detta koncept eller elektronik- och elprojekt , ge din feedback genom att kommentera i kommentarsektionen nedan. Här är en fråga till dig, vad är spänningsdelarens huvudfunktion?