Делитель напряжения. Расчет делителя напряжения.

Делитель напряжения, одна из широко используемых схем соединения резисторов. Делитель напряжения позволяет уменьшить выходное напряжение. Например, на вход делителя подается 12 Вольт, а на выходе 3 Вольта, или сколько нужно, но не больше входного напряжения делителя. Схема соединения резисторов, о которой мы говорим, может использоваться только для слаботочной нагрузки, чуть позже я объясню почему. Вот собственно и сама схема делителя:

Делитель напряжения вы все ни один раз видели, например, регулятор громкости. Регулятором громкости является переменный резистор, соединенный по схеме потенциометра.

Потенциометр, можно представить как два резистора, соединённых последовательно, при вращении рукоятки один резистор уменьшает свое сопротивление, другой увеличивает.

В делителе напряжения, входное напряжение полностью падает на двух резисторах. Например, входное напряжение 40 Вольт и если на одном резисторе падает 3 Вольта, то на другом 37 Вольт.

Расчет делителя напряжения.

Сразу скажу одно правило, ток, протекающий через резистор R1 и R2 должен быть как минимум в 10 раз больше, чем ток нагрузки (иначе будет просадка напряжения на выходе). Например, если к нашему девайсу будет подсоединена лампа, потребляющая ток 40 мА, то делитель нужно рассчитывать так, чтобы ток, текущий через резисторы R1 и R2 был минимум 400 мА (в 10 и более раз больше).

И еще один нюанс. Ток делителя не только должен быть больше тока нагрузки в 10 раз, но и должен быть меньше тока, выдаваемого источником тока. Вот пример, мы посадили на выход делителя напряжения лампу, потребляющую 200 мА, соответственно ток через делитель потечет как минимум в 10 раз больше (2 Ампер), но если источник тока у нас рассчитан выдавать 1 Ампер, то он просто напросто не вытянет и сгорит, либо сработает защита.

Поэтому есть правило. При расчете делитель напряжения нужно рассчитывать так, чтобы ток через него был как минимум в 10 раз больше тока нагрузки и меньше максимального тока источника. Отсюда делитель напряжения используют для слаботочных нагрузок.

Входной ток (ток делителя) ищется по такой формуле:

Например, у меня входное напряжение 12 Вольт (10 Ампер), мне нужен делитель напряжения, у которого на выходе нагрузка напряжением 3 Вольта и током потребления 20 мА (зацеплю светодиод).

Ток делителя Iвх должен быть минимум в 10 раз больше тока нагрузки, возьму в 20 раз. Получается Iвх = 20 мА*20=400мА.

Найдем теперь сумму резисторов R1 и R2 (Rобщ) зная ток, текущий через них 0,4 Ампер и напряжение на них 12 Вольт. Rобщ=12 Вольт/0,4 Ампер = 30 Ом.

Далее нахожу номинал резистора R2 по следующей формуле:

R2 = (3 Вольта*30 Ом)/12 Вольт = 7,5 Ом.

Теперь нахожуу R1, R1 = Rобщ – R2 = 30 – 7,5 = 22,5 Ом.

Давайте проверим по этой формуле:

Iвх = 3 Вольт / 7,5 Ом = 0,4 Ампер.

Iвх = 12 Вольт / 30 Ом = 0,4 Ампер.

Рассчитаем мощность резисторов. Напряжение на R2 = 3 Вольт, значит напряжение на R1 = Uвх-Uвых = 9 Вольт (я уже говорил, если на одном падает 3 Вольта, то на втором резисторе делителя падает остальное напряжение).

Мощность ищется по следующей формуле:

P1 = 9 Вольт* 0,4 Ампер = 3,6 Вт (из стандартного ряда 5 Вт);

P2 = 3 Вольт* 0,4 Ампер = 1,2 Вт (из стандартного ряда 2 Вт);

Расчет закончен.

Вот еще несколько формул, вы их можете использовать для расчета делителя напряжение в зависимости от того, какими известными значениями вы владеете.

• Проверка расчета практически.

Соберем схему:

При расчете мы получили следующие номиналы резисторов, R1 = 22,5 Ом (из стандартного рядя 22 Ом), R2 = 7,5 Ом.

По мощности у меня оба резистора 2 Вт, поэтому R1 у меня сильно греется.

Входное напряжение делителя 12 Вольт.

Напряжение, которое падает на R1 = 22 Ом почти 9 Вольт.

Напряжение, которое падает на R2 = 7,5 Ом (наше выходное напряжение делителя) = 3 Вольта.

Ток, текущий через R1 и R2 (входной ток делителя) = 430 мА.

Светодиод загорается и горит в нормальном режиме, не перегорая.

Если пренебрегать погрешностями резисторов и прибора, то расчет верен.

Делитель напряжения — это простая схема, которая позволяет получить из высокого напряжения пониженное напряжение.

Используя только два резистора и входное напряжение, мы можем создать выходное напряжение, составляющее определенную часть от входного. Делитель напряжения является одной из наиболее фундаментальных схем в электронике. В вопросе изучения работы делителя напряжения следует отметить два основных момента – это сама схема и формула расчета.

Расчет делителя напряжения на резисторах

Расчет делителя напряжения предполагает, что нам известно, по крайней мере, три величины из приведенной выше схемы: входное напряжение и сопротивление обоих резисторов. Зная эти величины, мы можем рассчитать выходное напряжение.

Формула делителя напряжения

Это не сложное упражнение, но очень важное для понимания того, как работает делитель напряжения. Расчет делителя основан на законе Ома.

Для того чтобы узнать какое напряжение будет на выходе делителя, выведем формулу исходя из закона Ома. Предположим, что мы знаем значения Uin, R1 и R2. Теперь на основании этих данных выведем формулу для Uout. Давайте начнем с обозначения токов I1 и I2, которые протекают через резисторы R1 и R2 соответственно:

Наша цель состоит в том, чтобы вычислить Uout, а это достаточно просто используя закон Ома:

Хорошо. Мы знаем значение R2, но пока неизвестно сила тока I2. Но мы знаем кое-что о ней. Мы можем предположить, что I1 равно I2. При этом наша схема будет выглядеть следующим образом:

Что мы знаем о Uin? Ну, Uin это напряжение на обоих резисторах R1 и R2. Эти резисторы соединены последовательно, при этом их сопротивления суммируются:

И, на какое-то время, мы можем упростить схему:

Закон Ома в его наиболее простом вид: Uin = I *R. Помня, что R состоит из R1+R2, формула может быть записана в следующем виде:

А так как I1 равно I2, то:

Это уравнение показывает, что выходное напряжение прямо пропорционально входному напряжению и отношению сопротивлений R1 и R2.

Применение делителя напряжения на резисторах

В радиоэлектронике есть много способов применения делителя напряжения. Вот только некоторые примеры где вы можете обнаружить их.

Потенциометры

Потенциометр представляет собой переменный резистор, который может быть использован для создания регулируемого делителя напряжения.

Изнутри потенциометр представляет собой резистор и скользящий контакт, который делит резистор на две части и передвигается между этими двумя частями. С внешней стороны, как правило, у потенциометра имеется три вывода: два контакта подсоединены к выводам резистора, в то время как третий (центральный) подключен к скользящему контакту.

Если контакты резистора подключения к источнику напряжения (один к минусу, другой к плюсу), то центральный вывод потенциометра будет имитировать делитель напряжения.

Переведите движок потенциометра в верхнее положение и напряжение на выходе будет равно входному напряжению. Теперь переведите движок в крайнее нижнее положение и на выходе будет нулевое напряжение. Если же установить ручку потенциометра в среднее положение, то мы получим половину входного напряжения.

Резистивные датчики

Большинство датчиков применяемых в различных устройствах представляют собой резистивные устройства. Фоторезистор представляет собой переменный резистор, который изменяет свое сопротивление, пропорциональное количеству света, падающего на него. Так же есть и другие датчики, такие как датчики давления, ускорения и термисторы и др.

Так же резистивный делитель напряжения помогает измерить напряжение при помощи микроконтроллера (при наличии АЦП).

Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе.

Допустим, сопротивление фоторезистора изменяется от 1 кОм (при освещении) и до 10 кОм (при полной темноте). Если мы дополним схему постоянным сопротивлением примерно 5,6 кОм, то мы можем получить широкий диапазон изменения выходного напряжения при изменении освещенности фоторезистора.

Как мы видим, размах выходного напряжения при уровне освещения от яркого до темного получается в районе 2,45 вольт, что является отличным диапазоном для работы большинства АЦП.

Аттенюатор приемника

Устройство для понижения интенсивности электромагнитных колебаний

Аттенюатор (фр. attenuer — смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний.

Аттенюатор — это электронное устройство, которое уменьшает амплитуду или мощность сигнала без существенного искажения его формы. С точки зрения работы, аттенюатор является противоположностью усилителя, хотя оба эти устройства имеют различные принципы работы. В то время как усилитель обеспечивает усиление, аттенюатор обеспечивает ослабление.

Аттенюаторы — это, как правило, пассивные устройства, сделанные из сетей простых делителей напряжения. Переключение между различными сопротивлениями формирует регулируемые ступенчатые и плавно регулируемые аттенюаторы, использующие потенциометры. Для высоких частот используются тщательно подстроенные резистивные схемы для снижения коэффициента стоячей волны (КСВ).

Аттенюаторы используются в тех случаях, когда необходимо ослабить сильный сигнал до приемлемого уровня, например, во избежание перегрузки входа радиоприемника чрезмерно мощным сигналом. Полезным побочным эффектом является то, что использование аттенюатора между линией и нагрузкой улучшает коэффициент бегущей волны и коэффициент стоячей волны в подводящей линии в случае, когда нагрузка плохо согласована с линией.

В случае, когда аттенюатор является отдельным устройством, он должен быть помещен между источником сигнала и нагрузкой в разрыв пути прохождения сигнала. Кроме того, его импеданс (волновое сопротивление) должен совпадать и с импедансом источника, и с импедансом нагрузки, обеспечивая при этом согласованность цепи.

История иногда повторяется, и разным людям, в разное время, могут приходить похожие мысли, идеи, решения. Мне вспомнились далёкие 70-е и 80-е годы, когда на диапазоне 3,5 МГц проводил телеграфом радиосвязи с Австралией, Океанией, Южной и Северной Америкой, работая на транзисторном трансивере собственной конструкции с одним преобразованием частоты и лампой ГУ-70Б на выходе, качаемой в катод транзистором КТ907, и антенной LW протянутой из окна дома к 35-метровой трубе котельной.

В то время ещё не было засилья импульсных источников питания, засоряющих эфир непосредственным излучением и через разветвлённые системы электроснабжения. Шум эфира был мягким, чистым, равномерным, близким по спектру к «белому шуму». Коротковолновики использовали в своих приёмных трактах перестраиваемые входные контура, позволяющие сузить полосу принимаемых частот и уменьшить уровень шума поступающего на смеситель, а также ослабить сигнал передатчика близкого соседа, работающего на том же диапазоне.

Поскольку в схемах приёмных трактов использовались радиолампы с высоким входным сопротивлением, их управляющий электрод подключался непосредственно к входным контурам. Проблематичным, однако, оставался вопрос согласования входного контура с антенной. Одни подключали «горячий конец» катушки через небольшую ёмкость к П-контуру передатчика, другие использовали катушку связи. Но в обоих случаях наблюдалось просачивание внеполосных сигналов через паразитную ёмкость на вход УВЧ или смеситель.

Для устранения этого эффекта, с целью получения максимальной чувствительности и избирательности, мне пришлось применить катушку с объёмным витком, в которой связь с антенной происходила исключительно электромагнитным путём на частоте резонанса контура, полностью исключая паразитную ёмкостную связь. Катушка состояла из ферритового трансфлюктора, на который наматывалась контурная обмотка, а катушка связи представляла собой пропущенный через оба отверстия отрезок тонкого коаксиального кабеля.

В моём варианте трансивера на входе тракта стоял полевой транзистор типа КП313В производства местного радиолампового завода, почившего в Бозе за годы независимости вместе с многими другими предприятиями города. Поэтому схема входного каскада выглядела как на рисунке внизу. Для перекрытия диапазонов 160, 80 и 40 метров катушка состояла из 44 витков, по 22 витка на каждой половине, провода типа литцендрат, при этом обе половины мотались в разные стороны, а провод перекидывался через перемычку, как показано на рисунке.

Современные импортные трансиверы имеют входное сопротивление 50 Ом и неперестраиваемые широкополосные входные контура, поэтому для приёма слабых сигналов, в условиях сегодняшнего перегруженного и замусоренного эфира, особенно на низкочастотных диапазонах, требуют применения на входе узкополосного контура, настраиваемого на рабочую частоту. Так, более чем через 30 лет мне пришлось повторить свою конструкцию, адаптировав её к низкому входному сопротивлению трансивера.

Для этого кабель антенной катушки связи пропускается через одно окно трансфлюктора, а кабель связи с трансивером пропускается через другое. Вся конструкция размещается в усилителе мощности, поскольку в нём есть достаточно свободного места, да и сигнал с антенны в трансивер проходит через него. В режиме передачи схему необходимо отключать, делая обвод с помощью реле. Это не сложно, поскольку сама идея себя полностью оправдывает. Пробная настольная конструкция выглядела следующим образом.

Принципиальная схема селективной приставки к трансиверу показана на рисунке ниже. В отличие от конструкции Евгения Ерохова US4EM входная и выходная катушки связи выполнены коаксиальным кабелем, поэтому полностью экранированы друг от друга и от контурной катушки. Наличие ферритового сердечника практически не сказывается на динамике трансивера, что очень важно. Оплётки кабелей катушек связи заземляются в одном месте только с одного конца, как показано на схеме, чтобы не было замкнутых витков.

Концы внутренних жил кабелей катушек связи заземляются через реле, управляемое отдельным тумблером. Когда контакты реле замкнуты, схема работает как селективная приставка, позволяющая настраиваться на рабочую частоту с помощью переменного конденсатора и выделять сигнал корреспондента. Когда контакты реле разомкнуты, схема работает как перестраиваемый фильтр-пробка, позволяющий на несколько децибел (по причине слабой связи) ослабить сигнал мешающей станции. Как говорил Сократ «non est terminus» – «нет предела совершенству», и в технике тоже.

Сопротивление Линейного входа (Line-In) звуковой карты

1. Ссылку я посмотрел, кое что пригодится, особенно генераторы.
2. Для просмотра сигналов со звуковой карточки я использую программу PowerGraph 2.1 ….
Программа очень функциональна, freeware, при русском helpe.
3. Схема делителя напряжения мне не приглянулась:
a) Не люблю резисторов в общем проводе(R2)
b) Подстроечный резистор здесь нафиг не нужен, учитывая программные крутелки в миксере ЗК.
Считаю, что надо иметь три делителя (1:2, 1:10, 1:50) и хватит их практически для любых целей, а если приспичит, то всегда можно слепить нужный.
Т.О. по схеме из ссылки — R2 выкидывается и вместо него перемычка.
R1 будет постоянным —
для 1:2 R1=R3,
для 1:10 R1=9*R3,
для 1:50 R1=49*R3.
R3, ну скажем 10 ком.
Об измерении входного сопротивления входа «Line In».
Замечание: Этот вход «закрытый», то есть постоянная составляющая не проходит. Обычно на входе стоит последовательно конденсатор. Китайский (да и русский тоже) тестер покажет бесконечность, если правильно мерять.
Измерить входное сопротивление можно и без приборов, причем достаточно точно, используя программу генератор и программу осцилограф. Я использовал NCH Tone Generator. Вид сигнала синусоида частотой 100 Герц и амплитудой 1в. Для просмотра сигналов использовал PowerGraph. Резистор у меня был 180 кОм. Входное сопротивление у моей карточки получилось равным 21 кОм.
Подробности на рисунке.
Из личного опыта. Делители, разного типа согласователи удобно делать в телефонных розетках, как на фото.

2.6. Переменный аттенюатор

При градуировке 8-метров, измерении чувствительности приемников, настройке антенн большую помощь может оказать переменный аттенюатор. Аттенюатор это устройство, позволяющее уменьшать (ослаблять) электрический сигнал в заданное число раз. Переменный аттенюатор позволяет изменять величину ослабления. В радиотехнике величина ослабления и усиления часто указывается в логарифмических единицах — децибелах. Соотношение между относительными единицами (разами) и децибелами приведено в таблице:

раз	1,00	1,12	1,26	1,41	1,58	1,78	2,00	2,24	2,51	2,82	3,16

раз	3,55	3,98	4,47	5,01	5,62	6,31	7,08	7,94	8,91	10,0

На рис. 2.9 изображена схема аттенюатора, позволяющего изменять затухание через 1 дБ в пределах от 0 до 51 дБ. Аттенюатор состоит из 6 П-образных звеньев, которые могут быть включены в различных комбинациях (на схеме условно показаны два звена). Величины резисторов для звеньев различным ослаблением приведены в таблице:

					68,7	61,1
	5,77	11,6	23,9	52,9

Ослабление более 20 дБ на одно звено делать нецелесообразно, так как при этом увеличивается погрешность и зависимость ослабления от частоты сигнала.

В аттенюаторе могут применяться только пленочные резисторы. Применение проволочных резисторов недопустимо из-за их значительной индуктивности.

Резисторы подбираются с помощью цифрового омметра с точностью не хуже 1%. При необходимости требуемую величину сопротивления можно получить при параллельном или последовательном соединении двух резисторов. Величины этих резисторов должны отличаться примерно в десять раз. Мощность резисторов определяет допустимую подводимую к аттенюатору мощность. При использовании аттенюатора только в режиме приема мощность резисторов может быть любой. Из практики установлено, что аттенюатор, выполненный на резисторах МЛТ-0,25, выдерживает кратковременное включение (2…3 секунды) и в тракте передачи 4-х ваттного трансивера.

Рис. 2.9

Конструктивно аттенюатор смонтирован в коробке, спаянной из фольгированного стелотекстолита. Размеры коробки определяются в основном габаритами применяемых сдвоенных тумблеров. При использовании тумблеров типа МТЗ размеры коробки составляют 25х50х140 мм. На торцевых стенках коробки установлены коаксиальные разъемы СР 50-73. Возможно применение и других типов сдвоенных тумблеров и коаксиальных разъемов. Точность подбора резисторов можно проверить, измерив величину ослабления постоянного напряжения с помощью цифрового мультиметра. При этом необходимо помнить о необходимости подключения к выходу аттенюатора нагрузочного резистора 50 Ом.

Как использовать переменный аттенюатор на практике? Часто корреспонденты просят оценить, какое увеличение сигнала на приеме дает применение усилителя мощности. Оценка «на слух» очень субъективна, да и обычные S-метры дают неточные результаты. Переменный аттенюатор позволяет провести такое измерение с точностью до 1 дБ. Для этого переменный аттенюатор включается между трансивером и антенным кабелем, как показано на рис. 2.10.

Рис. 2.10

Устанавливается нулевое затухание и по стрелочному S-ме-тру отмечается уровень сигнала при работе без усилителя. Затем корреспондент включает усилитель и сигнал на приеме возрастает. С помощью переключателей на аттенюаторе добиваются прежнего показания S-метра. Затухание аттенюатора при этом оказывается равным усилению усилителя мощности. Аналогично можно проводить и сравнение различных антенн у одного корреспондента, а также снимать диаграмму направленности поворотной антенны. Для обеспечения точности измерений необходимо, чтобы оба корреспондента работали в стационарных условиях, уровень помех был значительно меньше уровня сигнала, а связь и уровень сигнала не менялись с течением времени.