Was ist ein Spannungsteiler und wie berechnet man ihn?

Die Budgetoption zum Umwandeln der Hauptparameter des elektrischen Stroms sind Spannungsteiler. Ein solches Gerät lässt sich leicht selbst herstellen, dazu müssen Sie jedoch den Zweck, die Anwendungen, das Funktionsprinzip und die Berechnungsbeispiele kennen.

Zweck und Anwendung

Zur Umwandlung der Wechselspannung wird ein Transformator verwendet, wodurch ein ausreichend hoher Stromwert aufrechterhalten werden kann. Wenn es notwendig ist, eine Last, die einen kleinen Strom (bis zu Hunderten von mA) verbraucht, an einen Stromkreis anzuschließen, ist die Verwendung eines Spannungswandlers (U) nicht ratsam.

In diesen Fällen können Sie den einfachsten Spannungsteiler (DN) verwenden, dessen Kosten viel geringer sind. Nach Erhalt des erforderlichen Werts wird U begradigt und der Verbraucher mit Strom versorgt. Um den Strom (I) zu erhöhen, müssen Sie gegebenenfalls die Endstufe verwenden, um die Leistung zu erhöhen.Außerdem gibt es Teiler und Konstante U, aber diese Modelle werden seltener verwendet als andere.

DNs werden häufig zum Laden verschiedener Geräte verwendet, bei denen es erforderlich ist, niedrigere U-Werte und Ströme von 220 V für verschiedene Batterietypen zu erhalten. Darüber hinaus ist es ratsam, Geräte zum Teilen von U zu verwenden, um elektrische Messgeräte, Computergeräte sowie gepulste und gewöhnliche Laborstromversorgungen herzustellen.

Arbeitsprinzip

Ein Spannungsteiler (DN) ist ein Gerät, bei dem Ausgang und Eingang U über einen Übertragungskoeffizienten miteinander verbunden sind. Der Übertragungskoeffizient ist das Verhältnis der Werte von U am Ausgang und am Eingang des Teilers. Die Spannungsteilerschaltung ist einfach und besteht aus einer Kette von zwei in Reihe geschalteten Verbrauchern - Funkelementen (Widerständen, Kondensatoren oder Induktivitäten). Sie unterscheiden sich in der Leistung.

Wechselstrom hat solche Hauptgrößen: Spannung, Strom, Widerstand, Induktivität (L) und Kapazität (C). Formeln zur Berechnung der Grundstrommengen (U, I, R, C, L) bei Reihenschaltung von Verbrauchern:

1. Die Widerstandswerte addieren sich;
2. Die Belastungen summieren sich;
3. Der Strom wird nach dem Ohmschen Gesetz für den Schaltungsabschnitt berechnet: I = U / R;
4. Induktivitäten addieren sich;
5. Kapazität der gesamten Kondensatorkette: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

Zur Herstellung eines einfachen Widerstands DN wird das Prinzip der Reihenschaltung von Widerständen verwendet. Herkömmlicherweise kann das Schema in 2 Schultern unterteilt werden. Die erste Schulter ist die obere und befindet sich zwischen dem Eingang und dem Nullpunkt des DN, und die zweite ist die untere, und der Ausgang U wird davon entfernt.

Die Summe von U auf diesen Armen ist gleich dem resultierenden Wert des eingehenden U. Es gibt lineare und nichtlineare Arten von RPs. Zu den linearen Geräten gehören Geräte mit Ausgang U, der abhängig vom Eingangswert linear variiert. Sie werden verwendet, um das gewünschte U in verschiedenen Teilen der Schaltung einzustellen. Nichtlineare werden in funktionalen Potentiometern verwendet. Ihr Widerstand kann aktiv, reaktiv und kapazitiv sein.

Außerdem kann DN auch kapazitiv sein. Es verwendet eine Kette von 2 Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind.

Sein Funktionsprinzip basiert auf der reaktiven Komponente des Widerstands von Kondensatoren in einem Stromkreis mit einer variablen Komponente. Der Kondensator hat nicht nur kapazitive Eigenschaften, sondern auch einen Widerstand Xc. Dieser Widerstand wird als kapazitiv bezeichnet, hängt von der Frequenz des Stroms ab und wird durch die Formel bestimmt: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, wobei w die zyklische Frequenz ist, C der Wert des Kondensators .

Die zyklische Frequenz wird nach folgender Formel berechnet: w = 2 * PI * f, wobei PI = 3,1416 und f die AC-Frequenz ist.

Mit dem Kondensator- oder kapazitiven Typ können Sie relativ große Ströme empfangen als mit resistiven Geräten. Es ist weit verbreitet in Hochspannungsschaltungen verwendet worden, in denen der Wert von U mehrmals reduziert werden muss. Darüber hinaus hat es einen wesentlichen Vorteil - es überhitzt nicht.

Die induktive Bauart DN basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion in Stromkreisen mit veränderlichem Anteil. Der Strom fließt durch die Magnetspule, deren Widerstand von L abhängt und als induktiv bezeichnet wird. Sein Wert ist direkt proportional zur Frequenz des Wechselstroms: Xl \u003d w * L, wobei L der Wert der Induktivität des Stromkreises oder der Spule ist.

Induktiv DN funktioniert nur in Stromkreisen mit Strom, der eine variable Komponente hat, und einen induktiven Widerstand (Xl) hat.

Vorteile und Nachteile

Die Hauptnachteile eines resistiven DN sind die Unmöglichkeit seiner Verwendung in Hochfrequenzschaltungen, ein erheblicher Spannungsabfall über Widerständen und eine Leistungsabnahme. In einigen Schaltungen muss die Leistung der Widerstände ausgewählt werden, da eine erhebliche Erwärmung auftritt.

In den meisten Fällen verwenden Wechselstromkreise DN mit einer aktiven Last (ohmsch), jedoch unter Verwendung von Kompensationskondensatoren, die parallel zu jedem der Widerstände geschaltet sind. Dieser Ansatz ermöglicht es Ihnen, die Wärme zu reduzieren, beseitigt jedoch nicht den Hauptnachteil, nämlich den Leistungsverlust. Der Vorteil liegt in der Verwendung in Gleichstromkreisen.

Um Leistungsverluste an einem resistiven DN zu eliminieren, sollten aktive Elemente (Widerstände) durch kapazitive ersetzt werden. Das kapazitive Element gegenüber dem resistiven DN hat eine Reihe von Vorteilen:

1. Es wird in Wechselstromkreisen verwendet;
2. Keine Überhitzung;
3. Die Verlustleistung wird reduziert, da der Kondensator im Gegensatz zum Widerstand keine Leistung hat;
4. Anwendung in Hochvolt-Spannungsquellen möglich;
5. Hoher Wirkungsgrad (COP);
6. Weniger Verlust auf I.

Der Nachteil ist, dass es nicht in Stromkreisen mit konstantem U verwendet werden kann. Dies liegt daran, dass der Kondensator in Gleichstromkreisen keine Kapazität hat, sondern nur als Kapazität wirkt.

Induktives DN in Schaltungen mit variablem Anteil hat ebenfalls eine Reihe von Vorteilen, kann aber auch in Schaltungen mit konstantem Wert von U verwendet werden.Der Induktor hat einen Widerstand, aber aufgrund der Induktivität ist diese Option nicht geeignet, da U erheblich abfällt. Die Hauptvorteile gegenüber dem resistiven DN-Typ:

1. Anwendung in Netzen mit variablem U;
2. Leichte Erwärmung der Elemente;
3. Weniger Leistungsverlust in Wechselstromkreisen;
4. Relativ hoher Wirkungsgrad (höher als kapazitiv);
5. Einsatz in hochpräzisen Messgeräten;
6. Hat einen kleineren Fehler;
7. Die am Ausgang des Teilers angeschlossene Last beeinflusst das Teilungsverhältnis nicht;
8. Der Stromverlust ist geringer als bei kapazitiven Teilern.

Zu den Nachteilen gehören die folgenden:

1. Die Verwendung von konstantem U in Stromnetzen führt zu erheblichen Stromverlusten. Außerdem fällt die Spannung durch den Verbrauch elektrischer Energie für die Induktivität stark ab.
2. Das Ausgangssignal im Frequenzgang (ohne Verwendung einer Gleichrichterbrücke und eines Filters) ändert sich.
3. Gilt nicht für Hochspannungs-Wechselstromkreise.

Berechnung des Spannungsteilers an Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten

Nachdem Sie den Spannungsteilertyp für die Berechnung ausgewählt haben, müssen Sie die Formeln verwenden. Bei falscher Berechnung können das Gerät selbst, die Endstufe zur Stromverstärkung und der Verbraucher durchbrennen. Noch schlimmer als der Ausfall von Funkkomponenten können die Folgen falscher Berechnungen sein: Brand durch Kurzschluss sowie Stromschlag.

Bei der Berechnung und Montage des Stromkreises müssen Sie die Sicherheitsregeln strikt befolgen, das Gerät vor dem Einschalten auf korrekte Montage überprüfen und nicht in einem feuchten Raum testen (die Wahrscheinlichkeit eines Stromschlags steigt). Das Hauptgesetz, das in den Berechnungen verwendet wird, ist das Ohmsche Gesetz für den Schaltungsabschnitt.Seine Formulierung lautet wie folgt: Die Stromstärke ist direkt proportional zur Spannung im Schaltungsabschnitt und umgekehrt proportional zum Widerstand dieses Abschnitts. Die Formeleingabe sieht so aus: I = U / R.

Algorithmus zur Berechnung des Spannungsteilers an Widerständen:

1. Gesamtspannung: Upit \u003d U1 + U2, wobei U1 und U2 die U-Werte an jedem der Widerstände sind.
2. Widerstandsspannungen: U1 = I * R1 und U2 = I * R2.
3. Upit \u003d Ich * (R1 + R2).
4. Leerlaufstrom: I = U / (R1 + R2).
5. U-Abfall über jedem der Widerstände: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit und U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.

Die Werte von R1 und R2 sollten 2-mal kleiner sein als der Lastwiderstand.

Um den Spannungsteiler an Kondensatoren zu berechnen, können Sie die Formeln verwenden: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit und U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Die Formeln zur Berechnung von DN auf Induktivitäten sind ähnlich: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit und U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Teiler werden in den meisten Fällen mit einer Diodenbrücke und einer Zenerdiode verwendet. Eine Zenerdiode ist ein Halbleiterbauelement, das als Stabilisator U fungiert. Dioden sollten mit einem umgekehrten U ausgewählt werden, das höher ist als das in dieser Schaltung zulässige. Die Zenerdiode wird gemäß dem Nachschlagewerk für den erforderlichen Stabilisierungsspannungswert ausgewählt. Außerdem muss ein Widerstand in die Schaltung davor eingebaut werden, da ohne ihn das Halbleiterbauelement durchbrennt.

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