Дільник напруги для стабілізації напруги
Кожен новачок в електроніці в якийсь момент матиме справу з дільником напруги (послідовна схема резисторів). Зокрема, стурбований студент або слухач тоді буде боротися з ідеєю, що дільник напруги повинен бути добре пристосований для того, щоб "розділити" велику напругу на меншу напругу, щоб використовувати її як джерело напруги для іншої схеми.
Досвідчений практик електроніки буде плескати в долоні по цій голові. Ні, тобто тут дільник напруги, що складається з двох або більше резисторів, не підходить для побудови стабільного джерела напруги.
Чому дільник напруги не підходить для генерації нижчої напруги?
Наступні міркування мають теоретичний характер і базуються на математичних розрахунках. Математика, оскільки дозволяє дуже легко показати, що відбувається в ланцюзі дільника напруги.
Дано загальну напругу 9В. Це відповідає вихідній напрузі акумуляторної батареї 9В. Цілком можливо, що початківець електроніки використовує такий акумулятор для перших спроб рукоділля. Також дається напруга 5В, що відповідає робочій напрузі та рівню напруги ланцюгів TTL. Метою є перетворення напруги 9В у напругу 5В.
На даний момент це все ще відносно легко зробити. Ви берете два резистори і вибираєте їх значення так, щоб загальна напруга 9 В ділилася на 4 В і 5 В. Давайте полегшимо собі це і візьмемо резистор 400 Ом і 500 Ом. Відповідно до закону послідовного підключення, загальна напруга Uges ділиться між двома частковими резисторами R1 і R2. Напруга поводиться як пов'язаний з цим опір. Більшість загальної напруги падає при найбільшому опорі. Менша частина загальної напруги падає при найменшому опорі.
Це означає:
- R1 = 400 Ом/U1 = 4 В
- R2 = 500 Ом/U2 = 5 В.
На жаль, цих резисторів зі значеннями 400 і 500 Ом не існує. Для досягнення цих значень вам довелося б створити ланцюжок з окремих резисторів і натиснути напругу 5 В у потрібному місці. Тож потрібна якась ручна робота.
Але припустимо, що ми створили значення опору за допомогою двох регульованих резисторів (потенціометри по 1 кОм кожен).
Отже, тепер нам фактично вдалося встановити бажану напругу. Але однієї напруги недостатньо. Ця напруга повинна забезпечувати нас струмом. Це означає, що ми повинні запитати себе, скільки струму споживає наступна схема. Той, хто хоче забезпечити ланцюг живленням, повинен мати справу з цим питанням. Якщо схема живлення не може забезпечити достатню кількість струму, схема споживання енергії ніколи не спрацює.
Давайте просто припустимо, що схема споживання енергії використовує 50 мА. Для спрощення подання та подальших розрахунків ми зменшуємо енергоємну схему до резистора.
Тому схема, що споживає струм, має еквівалентний опір 100 Ом.
Якщо уважніше розглянути навантажений дільник напруги, можна побачити змішаний контур. Отже паралельне з'єднання двох резисторів, які в свою чергу з'єднані послідовно з іншим резистором.
Це означає, що ланцюг змінюється із послідовного на змішаний з паралельним (R2 || RL) та послідовним (R1 + (R2 || RL)).
Це має наступні наслідки: Нерозвантажений дільник напруги завантажений. І це змінює весь розподіл напруги та струму в ланцюзі. Таким чином, попередні розрахунки застаріли.
Струм I1 більше не протікає лише через резистор R2. Струм I1 ділиться на I2 (через R2) та IL (через RL).
Що це означає для коефіцієнтів напруги на резисторах R1 і R2 || RL? Вони змінюються. Якщо значення опору RL постійно змінюється, відношення напруги також змінюються. Це нормально для схеми, в якій горить не тільки один світлодіод.
Це означає: Дільник напруги непридатний для живлення.
Але відданого любителя електроніки це не так легко задовольнити. Це має якось спрацювати.
Умови використання дільника напруги як постачальника напруги
- Загальна напруга 9 В повинна бути точною і стабільною. Оскільки напруга зменшується із зменшенням ємності акумулятора, це має фатальний вплив на розмірність дільника напруги. Замість акумулятора ви використовуєте джерело живлення з фіксованою напругою.
- Реальні опори розрахованих значень опору не повинні мати будь-яких допусків, інакше не можна дотримуватися розрахункових значень напруги та струму. Результатом є те, що напруга або джерело живлення наступної схеми більше не можуть підтримуватися.
- Струм навантаження, наведений наступною ланцюгом, повинен завжди бути однаковим. Струм ніколи не повинен коливатися.
Хотіти зберегти ці умови в реальності було б так само, як намагатися поставити дві кулі одна на одну.
Стабілізація напруги за допомогою дільника напруги - абсолютна нісенітниця. Умови, необхідні для дільника напруги, занадто високі. Утримати їх навряд чи можливо. Навряд чи будь-яку схему можна розробити таким чином, щоб вона завжди отримувала абсолютно однаковий струм. Через температурні зміни в ланцюзі завжди відбуваються зміни струму та напруги. Особливо, коли напівпровідникові компоненти взаємопов’язані.
Яка робота дільника напруги?
Зазвичай дільник напруги потрібен для того, щоб отримати певний потенціал напруги, який нижче робочої напруги. Якщо розподілена напруга тепер прослуховується, а наступна частина ланцюга має дуже низький опір (малий опір), тоді струм ІЛ протікає туди. Таким чином, відношення напруги на резисторах R1 і R2 також змінюється. Але оскільки ми насправді хочемо мати фіксований потенціал напруги, у нас є проблема. Цього можна досягти, розміривши ланцюг, що йде за дільником напруги, так, щоб він мав високий опір на вхідній стороні. Великий опір означає малий струм. І як результат, напруга майже не змінюється.