Un'opzione economica per convertire i parametri di base della corrente elettrica sono i divisori di tensione. Un tale dispositivo è facile da realizzare da soli, ma per fare questo, è necessario conoscere lo scopo, i casi d'uso, il principio di funzionamento e gli esempi di calcolo.
Contenuto
Designazione e uso
Un trasformatore è utilizzato per trasformare le tensioni alternate in modo che un valore di corrente sufficientemente alto possa essere immagazzinato. Se si devono aggiungere al circuito dei carichi con un basso consumo di corrente (fino a centinaia di mA), un convertitore di tensione (U) non sarebbe appropriato.
In questi casi, si può usare un semplice divisore di tensione (DN), che costa molto meno. Una volta ottenuto il valore desiderato di U, viene raddrizzato e la potenza viene fornita al consumatore. Se necessario, bisogna utilizzare uno stadio di uscita di potenza per aumentare la corrente (I). Inoltre, ci sono anche divisori a U costante, ma questi modelli sono meno usati.
I DN sono spesso utilizzati per caricare vari dispositivi in cui è necessario ottenere valori U e correnti inferiori per diversi tipi di batterie da 220 V. Inoltre, è ragionevole utilizzare i dispositivi U-sharing per la creazione di strumenti di misurazione elettrici, la tecnologia informatica, così come gli impulsi di laboratorio e gli alimentatori ordinari.
Principio di funzionamento
Un divisore di tensione (DN) è un dispositivo in cui l'uscita U e l'ingresso U sono correlati per mezzo di un coefficiente di trasferimento. Il fattore di trasferimento è il rapporto dei valori U all'uscita e all'ingresso del divisore. Il circuito di un divisore di tensione è semplice e consiste in una catena di due consumatori collegati in serie - elementi radio (resistenze, condensatori o induttori). Differiscono nelle loro caratteristiche di uscita.
Le principali grandezze della corrente alternata sono tensione, corrente, resistenza, induttanza (L) e capacità (C). Formule per calcolare i valori di base dell'elettricità (U, I, R, C, L) quando i consumatori sono collegati in serie:
- I valori di resistenza si sommano;
- Le tensioni sono aggiunte;
- La corrente sarà calcolata secondo la legge di Ohm per la sezione del circuito: I = U / R;
- Le induttanze vengono aggiunte;
- La capacità dell'intera catena di condensatori: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
Il principio delle resistenze collegate in serie è usato per fare una semplice resistenza DN. Il circuito può essere convenzionalmente diviso in 2 bracci. Il primo braccio è quello superiore e si trova tra l'ingresso e il punto zero del DN, e il secondo braccio è quello inferiore, da cui viene presa l'uscita U.
La somma delle U su questi bracci è uguale al valore risultante della U in arrivo. I DN possono essere di tipo lineare e non lineare. I dispositivi lineari sono quelli con un'uscita U che varia linearmente con il valore di ingresso. Sono utilizzati per impostare la corretta U in diverse parti dei circuiti. I non lineari sono usati nei potenziometri funzionali. La loro resistenza può essere attiva, reattiva e capacitiva.
Inoltre, un 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 a componente variabile. Un condensatore non ha solo caratteristiche capacitive ma anche una resistenza Xc. Questa resistenza è chiamata capacità, dipende dalla frequenza della corrente ed è determinata dalla formula Xc = (1 / C) * w = w / C, dove w è la frequenza ciclica, C è il valore del condensatore.
La frequenza ciclica è calcolata con la formula: w = 2 * PI * f, dove PI = 3,1416 e f è la frequenza AC.
Il condensatore, o tipo capacitivo, permette correnti relativamente più alte rispetto ai dispositivi resistivi. È ampiamente utilizzato nei circuiti ad alta tensione dove il valore U deve essere ridotto di diverse volte. Ha anche il vantaggio significativo di non surriscaldarsi.
Il tipo induttivo si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica nei circuiti a corrente alternata. La corrente scorre attraverso un solenoide, la cui resistenza dipende da L ed è chiamata induttiva. Il suo valore è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata: Xl = w * L, dove L è il valore di induttanza del circuito o della bobina.
Un DN induttivo funziona solo in circuiti con una corrente che ha una componente variabile, e ha una resistenza induttiva (Xl).
Vantaggi e svantaggi
I principali svantaggi dei DN resistivi sono che non possono essere utilizzati in circuiti ad alta frequenza, la notevole caduta di tensione attraverso i resistori e la riduzione della potenza. In alcuni circuiti è necessario selezionare la potenza delle resistenze, perché si verifica un notevole riscaldamento.
Nella maggior parte dei circuiti AC, vengono utilizzati dei DN a carico attivo (resistivi), ma con condensatori di compensazione collegati in parallelo a ciascuna delle resistenze. Questo approccio riduce il riscaldamento ma non elimina lo svantaggio principale che è la perdita di potenza. Un vantaggio è l'uso in circuiti DC.
Gli elementi attivi (resistenze) devono essere sostituiti da elementi capacitivi per eliminare la perdita di potenza in un DN resistivo. Un elemento capacitivo ha diversi vantaggi rispetto a un DN resistivo:
- È usato nei circuiti AC;
- Non c'è surriscaldamento;
- La perdita di potenza è ridotta perché il condensatore non ha potenza, al contrario di un resistore;
- Può essere usato in alimentatori ad alta tensione;
- Alta efficienza;
- Minore perdita di I.
Lo svantaggio è che non può essere usato in circuiti a U costante. Questo perché il condensatore nei circuiti DC non ha capacità, ma agisce solo come un condensatore.
Un DN induttivo nei circuiti AC ha anche una serie di vantaggi, ma può anche essere usato in circuiti U costanti. Una bobina di induttore ha una resistenza, ma a causa dell'induttanza, questa opzione non è adatta perché c'è una caduta significativa di U. I principali vantaggi rispetto al tipo resistivo di DN:
- Applicazione in reti con U variabile;
- Riscaldamento degli elementi minori;
- Meno perdite di potenza nei circuiti AC;
- Efficienza relativamente alta (superiore a quella capacitiva);
- Utilizzo in apparecchiature di misurazione di alta precisione;
- Minore imprecisione;
- Il carico collegato all'uscita del divisore non influenza il fattore di divisione;
- La perdita di corrente è inferiore a quella dei divisori capacitivi.
Gli svantaggi sono i seguenti:
- L'uso di DC U nelle reti di alimentazione porta a significative perdite di corrente. Inoltre, la tensione scende drasticamente a causa del consumo di energia elettrica per l'induttanza.
- La risposta in frequenza del segnale di uscita (senza l'uso di un ponte raddrizzatore e di un filtro) varia.
- Non adatto a circuiti AC ad alta tensione.
Calcolo del divisore di tensione con resistenze, condensatori e induttori
Dopo aver selezionato il tipo di divisore di tensione è necessario utilizzare le formule per calcolare. Un calcolo errato può bruciare il dispositivo stesso, lo stadio di uscita di amplificazione della corrente e il consumatore. Le conseguenze di calcoli errati possono essere peggiori di un guasto dei componenti della radio: un incendio a causa di un cortocircuito e la folgorazione.
Durante il calcolo e il montaggio del circuito, le norme di sicurezza devono essere chiaramente osservate, il dispositivo deve essere controllato prima dell'accensione per il corretto montaggio e non deve essere testato in una stanza umida (la possibilità di elettrocuzione aumenta). La legge di base usata nei calcoli è la legge di Ohm per una sezione di circuito. La sua formulazione è la seguente: la corrente è direttamente proporzionale alla tensione in una sezione del circuito e inversamente proporzionale alla resistenza di quella sezione. La voce sotto forma di formula è la seguente: I = U / R.
Algoritmo per calcolare un divisore di tensione con resistenze:
- Tensione totale: Upit = U1 + U2, dove U1 e U2 sono i valori di U su ciascuna delle resistenze.
- Tensioni sulle resistenze: U1 = I * R1 e U2 = I * R2.
- Upit = I * (R1 + R2).
- Corrente a vuoto: I = U / (R1 + R2).
- La caduta di U di ogni resistenza: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi e U2 = (R2 / (R1 + R2)) * U pi.
I valori di R1 e R2 devono essere 2 volte inferiori alla resistenza del carico.
Per calcolare il divisore di tensione sui condensatori, si possono usare le seguenti formule: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit e U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Formule simili per calcolare il DN alle induttanze: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit e U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
I divisori sono utilizzati nella maggior parte dei casi con un ponte di diodi e uno stabilitron. Uno stabilitron è un dispositivo a semiconduttore che funge da stabilizzatore U. I diodi dovrebbero essere selezionati con una U inversa superiore alla U consentita in questo circuito. Selezionare lo stabilitron secondo il libro di riferimento per il valore richiesto della tensione di stabilizzazione. Inoltre, si dovrebbe includere un resistore davanti ad esso nel circuito, poiché senza di esso il dispositivo a semiconduttore si brucerà.
Articoli correlati:
