L'opzione economica per convertire i parametri principali della corrente elettrica sono i divisori di tensione. Un tale dispositivo è facile da realizzare da solo, ma per farlo è necessario conoscere lo scopo, le applicazioni, il principio di funzionamento e gli esempi di calcolo.
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Scopo e applicazione
Un trasformatore viene utilizzato per convertire la tensione alternata, grazie al quale è possibile mantenere un valore di corrente sufficientemente elevato. Se è necessario collegare un carico che consuma una piccola corrente (fino a centinaia di mA) a un circuito elettrico, non è consigliabile l'uso di un trasformatore di tensione (U).
In questi casi è possibile utilizzare il più semplice divisore di tensione (DN), il cui costo è molto inferiore. Dopo aver ottenuto il valore richiesto, U viene raddrizzato e viene fornita alimentazione al consumatore. Se necessario, per aumentare la corrente (I), è necessario utilizzare lo stadio di uscita per aumentare la potenza.Inoltre, ci sono divisori e U costante, ma questi modelli sono usati meno spesso di altri.
I DN vengono spesso utilizzati per caricare vari dispositivi in cui è necessario ottenere valori di U inferiori e correnti da 220 V per diversi tipi di batterie. Inoltre, è consigliabile utilizzare dispositivi per la divisione U per creare strumenti di misura elettrici, apparecchiature informatiche, nonché alimentatori pulsati e ordinari da laboratorio.
Principio di funzionamento
Un partitore di tensione (DN) è un dispositivo in cui l'uscita e l'ingresso U sono interconnessi utilizzando un coefficiente di trasferimento. Il coefficiente di trasferimento è il rapporto tra i valori di U in uscita e in ingresso del divisore. Il circuito del partitore di tensione è semplice ed è una catena di due consumatori collegati in serie: elementi radio (resistori, condensatori o induttori). Differiscono in termini di prestazioni.
La corrente alternata ha tali grandezze principali: tensione, corrente, resistenza, induttanza (L) e capacità (C). Formule per calcolare le quantità di base di elettricità (U, I, R, C, L) quando le utenze sono collegate in serie:
- I valori di resistenza si sommano;
- Gli stress si sommano;
- La corrente sarà calcolata secondo la legge di Ohm per la sezione del circuito: I = U / R;
- Le induttanze si sommano;
- Capacità dell'intera catena di condensatori: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Per la fabbricazione di un semplice resistore DN, viene utilizzato il principio dei resistori collegati in serie. Convenzionalmente, lo schema può essere diviso in 2 spalle. La prima spalla è quella superiore e si trova tra l'ingresso e il punto zero del DN, e la seconda è quella inferiore e l'uscita U viene rimossa da essa.
La somma di U su questi bracci è uguale al valore risultante della U in entrata. Esistono tipi di RP lineari e non lineari. I dispositivi lineari includono dispositivi con uscita U, che varia linearmente a seconda del valore di ingresso. Servono per impostare la U desiderata in varie parti dei circuiti. I non lineari sono usati nei potenziometri funzionali. La loro resistenza può essere attiva, reattiva e capacitiva.
Inoltre, DN può anche essere capacitivo. Utilizza una catena di 2 condensatori collegati in serie.
Il suo principio di funzionamento si basa sulla componente reattiva della resistenza dei condensatori in un circuito di corrente a componente variabile. Il condensatore ha non solo caratteristiche capacitive, ma anche resistenza Xc. Questa resistenza è chiamata capacitiva, dipende dalla frequenza della corrente ed è determinata dalla formula: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, dove w è la frequenza ciclica, C è il valore del condensatore .
La frequenza ciclica è calcolata dalla formula: w = 2 * PI * f, dove PI = 3,1416 ef è la frequenza CA.
Il tipo a condensatore, o capacitivo, consente di ricevere correnti relativamente elevate rispetto ai dispositivi resistivi. È stato ampiamente utilizzato nei circuiti ad alta tensione, in cui il valore di U deve essere ridotto più volte. Inoltre, ha un vantaggio significativo: non si surriscalda.
Il tipo induttivo di DN si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica nei circuiti di corrente a componente variabile. La corrente scorre attraverso il solenoide, la cui resistenza dipende da L ed è chiamata induttiva. Il suo valore è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata: Xl \u003d w * L, dove L è il valore dell'induttanza del circuito o della bobina.
Induttivo DN funziona solo in circuiti con corrente, che ha una componente variabile e ha una resistenza induttiva (Xl).
Vantaggi e svantaggi
I principali svantaggi di un DN resistivo sono l'impossibilità del suo utilizzo nei circuiti ad alta frequenza, una significativa caduta di tensione sui resistori e una diminuzione della potenza. In alcuni circuiti è necessario selezionare la potenza delle resistenze, poiché si verifica un riscaldamento significativo.
Nella maggior parte dei casi, i circuiti in corrente alternata utilizzano DN con un carico attivo (resistivo), ma con l'utilizzo di condensatori di compensazione collegati in parallelo a ciascuna delle resistenze. Questo approccio consente di ridurre il calore, ma non elimina lo svantaggio principale, ovvero la perdita di potenza. Il vantaggio è l'uso nei circuiti DC.
Per eliminare la perdita di potenza su un DN resistivo, gli elementi attivi (resistenze) dovrebbero essere sostituiti con quelli capacitivi. L'elemento capacitivo relativo al DN resistivo presenta una serie di vantaggi:
- È utilizzato nei circuiti CA;
- Nessun surriscaldamento;
- La perdita di potenza è ridotta, poiché il condensatore non ha, a differenza del resistore, potenza;
- È possibile l'applicazione in sorgenti di alta tensione;
- Fattore di alta efficienza (COP);
- Meno perdite su I.
Lo svantaggio è che non può essere utilizzato in circuiti con U costante. Ciò è dovuto al fatto che il condensatore nei circuiti CC non ha capacità, ma agisce solo come capacità.
Anche il DN induttivo nei circuiti a componente variabile presenta una serie di vantaggi, ma può essere utilizzato anche nei circuiti con un valore U costante.L'induttore ha resistenza, ma a causa dell'induttanza questa opzione non è adatta, in quanto si verifica un calo significativo di U. I principali vantaggi rispetto al tipo resistivo di DN:
- Applicazione in reti con U variabile;
- Leggero riscaldamento degli elementi;
- Minore perdita di potenza nei circuiti AC;
- Efficienza relativamente alta (superiore a quella capacitiva);
- Utilizzo in apparecchiature di misurazione ad alta precisione;
- Ha un errore più piccolo;
- Il carico collegato all'uscita del divisore non influisce sul rapporto di divisione;
- La perdita di corrente è inferiore a quella dei divisori capacitivi.
Gli svantaggi includono quanto segue:
- L'uso di U costante nelle reti elettriche porta a significative perdite di corrente. Inoltre, la tensione diminuisce drasticamente a causa del consumo di energia elettrica per l'induttanza.
- Il segnale di uscita nella risposta in frequenza (senza l'uso di un ponte raddrizzatore e di un filtro) cambia.
- Non applicabile ai circuiti CA ad alta tensione.
Calcolo del partitore di tensione su resistori, condensatori e induttanze
Dopo aver scelto il tipo di divisore di tensione per il calcolo, è necessario utilizzare le formule. Se il calcolo non è corretto, il dispositivo stesso, lo stadio di uscita per l'amplificazione della corrente e il consumatore potrebbero bruciarsi. Le conseguenze di calcoli errati possono essere anche peggiori del guasto dei componenti radio: incendio a seguito di un cortocircuito e scosse elettriche.
Durante il calcolo e l'assemblaggio del circuito, è necessario seguire rigorosamente le regole di sicurezza, verificare il corretto montaggio del dispositivo prima di accenderlo e non testarlo in un ambiente umido (la probabilità di scosse elettriche aumenta). La legge principale utilizzata nei calcoli è la legge di Ohm per la sezione del circuito.La sua formulazione è la seguente: l'intensità della corrente è direttamente proporzionale alla tensione nella sezione del circuito e inversamente proporzionale alla resistenza di questa sezione. La voce della formula è simile a questa: I = U / R.
Algoritmo per il calcolo del partitore di tensione sui resistori:
- Tensione totale: Upit \u003d U1 + U2, dove U1 e U2 sono i valori U su ciascuno dei resistori.
- Tensioni del resistore: U1 = I * R1 e U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Corrente a vuoto: I = U / (R1 + R2).
- U caduta su ciascuno dei resistori: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit e U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
I valori di R1 e R2 dovrebbero essere 2 volte inferiori alla resistenza di carico.
Per calcolare il partitore di tensione sui condensatori è possibile utilizzare le formule: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit e U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Le formule per il calcolo del DN sulle induttanze sono simili: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit e U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
I divisori vengono utilizzati nella maggior parte dei casi con un ponte a diodi e un diodo zener. Un diodo zener è un dispositivo a semiconduttore che funge da stabilizzatore U. I diodi devono essere selezionati con una U inversa superiore a quella consentita in questo circuito. Il diodo zener viene selezionato in base al libro di riferimento per il valore della tensione di stabilizzazione richiesto. Inoltre, nel circuito di fronte deve essere incluso un resistore, poiché senza di esso il dispositivo a semiconduttore si brucerà.
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