באלקטרוניקה, כלל מחלק המתח הוא פשוט וחשוב ביותר מעגל חשמלי , המשמש לשינוי מתח גדול למתח קטן. בעזרת מתח i / p בלבד ושני נגדי סדרה נוכל לקבל מתח o / p. כאן, מתח המוצא הוא שבריר ממתח ה- i / p. הדוגמה הטובה ביותר למחלק מתח היא שני נגדים המחוברים בסדרה. כאשר מתח ה- i / p מוחל על פני זוג הנגד ומתח ה- o / p יופיע מהחיבור ביניהם. באופן כללי, מחיצים אלה משמשים להפחתת גודל המתח או ליצירת מתח התייחסות ומשמשים גם בתדרים נמוכים כמקדם אות. עבור DC ותדרים נמוכים יחסית, מחלק מתח עשוי להיות מושלם כראוי אם הוא עשוי רק מנגדים בהם תגובת התדר נדרשת בטווח רחב.
מהו כלל מחלק המתח?
הַגדָרָה: בתחום האלקטרוניקה, מחלק מתח הוא מעגל בסיסי, המשמש לייצור חלק ממתח הכניסה שלו כמו פלט. מעגל זה יכול להיות מתוכנן עם שני נגדים אחרת כל רכיב פסיבי יחד עם מקור מתח. ניתן לחבר את הנגדים במעגל בסדרה ואילו מקור מתח מחובר נגד נגדים אלה. מעגל זה נקרא גם מחלק פוטנציאלי. ניתן להעביר את מתח הכניסה בין שני הנגדים במעגל כך שחלוקת המתח תתבצע.
מתי להשתמש בכלל מחלק המתח?
כלל מחלק המתח משמש לפתרון מעגלים כדי לפשט את הפתרון. יישום כלל זה יכול גם לפתור מעגלים פשוטים ביסודיות הרעיון העיקרי של כלל מחלק המתח הזה הוא 'המתח מחולק בין שני נגדים המחוברים בסדרה ביחס ישר להתנגדותם. מחלק המתח כולל שני חלקים חשובים שהם המעגל והמשוואה.
סכימות מחלקי מתח שונים
מחלק מתח כולל מקור מתח על פני סדרה של שני נגדים. ייתכן שתראה את מעגלי המתח השונים שצוירו בדרכים שונות המוצגות להלן. אבל אלו מעגלים שונים תמיד צריך להיות זהה.
סכימות מחלקי מתח
במעגלי מחלקי המתח השונים לעיל, הנגד R1 הוא הכי קרוב למתח הכניסה Vin, והנגד R2 הוא הכי קרוב למסוף הקרקע. ירידת המתח על פני הנגד R2 נקראת Vout שהוא המתח המחולק של המעגל.
חישוב מחלק מתח
הבה נבחן את המעגל הבא המחובר באמצעות שני נגדים R1 ו- R2. כאשר הנגד המשתנה מחובר בין מקור המתח. במעגל שלהלן, R1 הוא ההתנגדות בין מגע הזזה של המשתנה למסוף השלילי. R2 הוא ההתנגדות בין המסוף החיובי למגע הזזה. כלומר שני הנגדים R1 ו- R2 הם בסדרה.
כלל מחלק מתח באמצעות שני נגדים
החוק של אוהם קובע כי V = IR
מהמשוואה לעיל נוכל לקבל את המשוואות הבאות
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
החלת חוק המתח של קירכהוף
ה- KVL קובע שכאשר סכום המתח האלגברי סביב נתיב סגור במעגל שווה לאפס.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
לָכֵן
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
לָכֵן
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
החלפת III במשוואות I ו- 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)
המעגל שלעיל מציג את מחלק המתח בין שני הנגדים שהוא פרופורציונלי ישירות להתנגדותם. ניתן להרחיב את כלל מחלק המתח למעגלים שתוכננו עם יותר משני נגדים.
כלל מחלק מתח באמצעות שלושה נגדים
כלל חלוקת מתח עבור שני מעגלי נגדים
V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4
V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4
V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4
V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4
משוואת מחיצות מתח
משוואת כלל מחלק המתח מקבלת כאשר אתה מכיר את שלושת הערכים במעגל הנ'ל הם מתח הכניסה ושני ערכי הנגד. באמצעות המשוואה הבאה אנו יכולים למצוא את מתח המוצא.
קמרון = וין. R2 / R1 + R2
המשוואה לעיל קובעת כי ה- Vout (מתח o / p) הוא פרופורציונלי ישירות ל- Vin (מתח כניסה) והיחס בין שני הנגדים R1 ו- R2.
מחלק מתח עמיד
זהו מעגל קל ופשוט מאוד לעיצוב כמו גם הבנה. ניתן לבנות את הסוג הבסיסי של מעגל מתח פסיבי עם שני נגדים המחוברים בסדרה. מעגל זה משתמש בכלל מחלק המתח למדידת ירידת המתח בכל נגדי סדרה. מעגל מחלק המתח המתנגד מוצג להלן.
במעגל מחיצות התנגדות, שני הנגדים כמו R1 ו- R2 מחוברים בסדרה. אז זרימת הזרם בנגדים אלה תהיה זהה. לכן, הוא מספק ירידת מתח (I * R) בכל התנגדות.
סוג התנגדות
באמצעות מקור מתח, מוחל אספקת מתח על מעגל זה. על ידי יישום חוק KVL ו- Ohms במעגל זה, אנו יכולים למדוד את ירידת המתח על פני הנגד. אז ניתן לתת את זרימת הזרם במעגל כ-
על ידי יישום KVL
VS = VR1 + VR2
על פי חוק אוהם
VR1 = אני x R1
VR2 = אני x R2
VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)
אני = VS / R1 + R2
זרם הזרם דרך מעגל הסדרה הוא I = V / R על פי חוק אוהם. אז זרימת הזרם זהה בשני הנגדים. אז עכשיו ניתן לחשב את ירידת המתח על פני הנגד R2 במעגל
IR2 = VR2 / R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
באופן דומה ניתן לחשב את ירידת המתח על פני הנגד R1
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
מפרידי מתח קיבוליים
מעגל חלוקת מתח קיבולי מייצר ירידות מתח על פני קבלים המחוברים בסדרה עם אספקת AC. בדרך כלל, אלה משמשים להפחתת מתח גבוה במיוחד למתן אות מתח יציאה נמוך. נכון להיום, מחיצות אלה ישימות בטאבלטים מבוססי מסך מגע, ניידים ומכשירי תצוגה.
לא כמו מעגלי מחלקי מתח התנגדותיים, מחלקי מתח קיבוליים עובדים עם ספק זרם זרם סינוסי כיוון שניתן לחשב את חלוקת המתח בין הקבלים בעזרת תגובת הקבלים (Xג) תלוי בתדירות אספקת החשמל.
סוג קיבולי
ניתן לגזור את נוסחת התגובה הקיבולית כ-
Xc = 1 / 2πfc
איפה:
Xc = ריאקטיביות קיבולית (Ω)
π = 3,142 (קבוע מספרי)
ƒ = תדירות שנמדדה בהרץ (הרץ)
C = קיבול נמדד בפאראדס (F)
ניתן למדוד את התגובה של כל קבלים על ידי המתח, כמו גם את תדירות אספקת ה- AC ולהחליף אותם במשוואה הנ'ל כדי לקבל את טיפות המתח המקבילות בכל קבלים. מעגל מחלק המתח הקיבולי מוצג להלן.
על ידי שימוש בקבלים אלה המחוברים בסדרה, אנו יכולים לקבוע את ירידת מתח ה- RMS בכל קבלים מבחינת תגובתם ברגע שהם מתחברים למקור מתח.
Xc1 = 1 / 2πfc1 & Xc2 = 1 / 2πfc2
איקסCT= XC1+ XC2
וC1= Vs (XC1/ איקסCT)
וC2= Vs (XC2/ איקסCT)
מחיצות קיבוליות אינן מאפשרות קלט DC.
משוואה קיבולית פשוטה עבור כניסת AC היא
קמרון = (C1 / C1 + C2). Vin
מחלקי מתח אינדוקטיביים
מפרידי מתח אינדוקטיביים ייצרו טיפות מתח על פני סלילים אחרת המשרנים מחוברים בסדרה על פני אספקת AC. זה מורכב סליל אחרת מתפתל יחיד אשר מופרד לשני חלקים בכל מקום שמתח o / p מתקבל מאחד החלקים.
הדוגמה הטובה ביותר למחלק מתח אינדוקטיבי זה הוא שנאי אוטומטי כולל מספר נקודות הקשה עם סלילה משנית שלו. ניתן למדוד מחלק מתח אינדוקטיבי בין שני משרנים באמצעות תגובת המשרן המסומנת באמצעות XL.
סוג אינדוקטיבי
ניתן לגזור את נוסחת התגובה ההשראה כ-
XL = 1 / 2πfL
'XL' הוא תגובת אינדוקציה הנמדדת באום (Ω)
π = 3,142 (קבוע מספרי)
'Ƒ' הוא התדר הנמדד בהרץ (הרץ)
'L' הוא השראות שנמדדו בהנריס (H)
ניתן לחשב את התגובה של שני המשרנים ברגע שנדע את התדירות והמתח של אספקת החשמל ולנצל אותם באמצעות חוק מחלק המתח בכדי לגרום לירידת המתח בכל משרן מוצג להלן. מעגל חלוקת המתח אינדוקטיבי מוצג להלן.
על ידי שימוש בשני משרנים המחוברים בסדרה במעגל, אנו יכולים למדוד את נפילות מתח ה- RMS בכל קבלים מבחינת תגובתם לאחר שהתחברו למקור מתח.
איקסL1= 2πfL1 ו- XL2= 2πfL2
איקסLT = איקסL1+ XL2
וL1 = Vs ( איקסL1/ איקסLT)
וL2 = Vs ( איקסL2/ איקסLT)
ניתן לחלק את קלט ה- AC על ידי מחיצות אינדוקטיביות על סמך השראות:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
משוואה זו מיועדת למשרנים שאינם מתקשרים, וההשראות ההדדית בממיר אוטומטי תשנה את התוצאות. קלט ה- DC יכול להתפצל על בסיס התנגדות האלמנטים על פי כלל המחלק ההתנגדות.
בעיות דוגמה של מפריד מתח
ניתן לפתור את הבעיות לדוגמא של מחלק המתח באמצעות המעגלים ההתנגדותיים, הקיבוליים וההשראות שלעיל.
1). נניח שההתנגדות הכוללת של נגד משתנה היא 12 Ω. מגע ההזזה ממוקם בנקודה בה ההתנגדות מחולקת ל -4 Ω ו- 8Ω. הנגד המשתנה מחובר על פני סוללת 2.5 וולט. בואו נבדוק את המתח המופיע על פני מד המתח המחובר על פני קטע 4 Ω של הנגד המשתנה.
על פי כלל מחלק המתח, ירידות המתח יהיו,
Vout = 2.5Vx4 אוהם / 12Ohm = 0.83V
2). כאשר שני הקבלים C1-8uF ו- C2-20uF מחוברים בסדרה במעגל, ניתן לחשב את טיפות מתח ה- RMS בכל קבלים כאשר הם מחוברים לאספקת RMS 80Hz ו -80 וולט.
Xc1 = 1 / 2πfc1
1/2 × 3.14x80x8x10-6 = 1 / 4019.2 × 10-6
= 248.8 אוהם
Xc2 = 1 / 2πfc2
1/2 × 3.14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6
= 99.52 אוהם
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). כאשר שני המשרנים L1-8 mH & L2- 15 mH מחוברים בסדרה, אנו יכולים לחשב את ירידת המתח RMS על כל קבל ניתן לחשב לאחר שהם מתחברים ל 40 וולט, אספקת RMS 100 הרץ.
XL1 = 2πfL1
= 2 × 3.14x100x8x10-3 = 5.024 אוהם
XL2 = 2πfL2
= 2 × 3.14x100x15x10-3
9.42 אוהם
XLT = XL1 + XL2
14.444 אוהם
VL1 = Vs (XL1 / XLT)
= 40 (5.024 / 14.444) = 13.91 וולט
VL2 = Vs (XL2 / XLT)
= 40 (9.42 / 14.444) = 26.08 וולט
נקודות הקשה על מתח ברשת מחיצה
כאשר מספר הנגדים מחובר בסדרה על פני מקור מתח V במעגל, אזי נקודות הקשה על מתח יכולות להיחשב A, B, C, D & E
ניתן לחשב את ההתנגדות הכוללת במעגל על ידי הוספת כל ערכי ההתנגדות כמו 8 + 6 + 3 + 2 = 19 קילו-אוהם. ערך התנגדות זה יגביל את זרימת הזרם בכל המעגל המייצר את אספקת המתח (VS).
המשוואות השונות המשמשות לחישוב ירידת המתח על פני הנגדים הן VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD ו- VR4 = VDE.
רמות המתח בכל נקודת הקשה מחושבות ביחס למסוף GND (0V). לכן, רמת המתח בנקודת 'D' תהיה שווה ערך ל- VDE, ואילו רמת המתח בנקודת 'C' תהיה שווה ערך ל- VCD + VDE. כאן, רמת המתח בנקודה 'C' היא כמות שתי טיפות המתח על פני שני נגדים R3 & R4.
אז על ידי בחירת קבוצה מתאימה של ערכי נגדים, אנו יכולים ליצור סדרה של טיפות מתח. לירידות מתח אלו יהיה ערך מתח יחסי שמושג ממתח בלבד. בדוגמה שלעיל, כל ערך מתח o / p חיובי כאשר המסוף השלילי של אספקת המתח (VS) מחובר למסוף הקרקע.
יישומים של מחלק מתח
ה יישומים של מחלק ההצבעה כלול את הבאים.
- מחלק המתח משמש רק שם כאשר המתח מווסת על ידי צניחת מתח מסוים במעגל. זה משמש בעיקר במערכות כאלה שבהן אין צורך בהתחשבות ברמת יעילות אנרגטית.
- בחיי היומיום שלנו, לרוב מחלק המתח משמש בפוטנציומטרים. הדוגמאות הטובות ביותר לפוטנציומטרים הן כפתור כוונון עוצמת הקול המחובר למערכות המוזיקה שלנו ולטרנזיסטורי הרדיו וכו '. העיצוב הבסיסי של הפוטנציומטר כולל שלושה פינים המוצגים לעיל. בכך ששני סיכות מחוברים לנגד שנמצא בתוך הפוטנציומטר והסיכה שנותרה מחוברת במגע ניגוב שמחליק על הנגד. כאשר מישהו מחליף את הכפתור בפוטנציומטר אז המתח יופיע על פני המגעים היציבים ומגע הנגב לפי הכלל של מחלק המתח.
- מחיצות מתח משמשות להתאמת רמת האות, למדידת מתח והטיה של מכשירים פעילים במגברים. מולטימטר וגשר וויטסטון כוללים מפרידי מתח.
- ניתן להשתמש במפרידי מתח למדידת התנגדות החיישן. כדי ליצור מחלק מתח, החיישן מחובר בסדרה עם התנגדות ידועה, ומתח ידוע מוחל על פני המחלק. ה ממיר מאנלוגי לדיגיטלי של המיקרו-בקר מחובר לברז המרכזי של המחלק, כך שניתן למדוד את מתח הברז. באמצעות ההתנגדות הידועה ניתן לחשב התנגדות חיישני מתח נמדדת.
- מחיצות מתח משמשות למדידת חיישן, מתח, הסטת רמת ההיגיון והתאמת רמת האות.
- באופן כללי, כלל מחלק הנגד משמש בעיקר להפקת מתח הייחוס, אחרת מפחית את גודל המתח כך שהמדידה תהיה פשוטה מאוד. בנוסף, מדובר בעבודות כמחליטי אות בתדירות נמוכה
- משתמשים בו במקרה של פחות תדרים ו- DC
- מחלק מתח קיבולי המשמש בהעברת כוח לצורך פיצוי קיבול עומס ומדידת מתח גבוה.
זה הכל על חלוקת המתח כלל עם מעגלים, כלל זה חל על שני מקורות מתח AC ו- DC. יתר על כן, כל ספק בנוגע למושג זה או פרויקטים של אלקטרוניקה וחשמל , בבקשה תן משוב על ידי תגובה בקטע ההערות למטה. הנה שאלה עבורך, מה הפונקציה העיקרית של כלל מחלק המתח?
