Емкостный делитель напряжения:подробное руководство

Емкостные делители напряжения становятся все более популярными; вы обнаружите, что они используются во многих электрических проектах, таких как генераторы Колпитца и другие.

Однако, прежде чем вы решите использовать емкостные делители напряжения, вы должны четко понимать, как они работают.

В этой статье определяются емкостные делители напряжения и правило делителя напряжения. Вы также рассмотрите различные принципиальные схемы емкостного делителя напряжения и многое другое.

Что такое емкостный делитель напряжения?

Делитель напряжения

Источник:Википедия

Емкостный делитель напряжения — это схема, которая берет разность потенциалов и разделяет ее на две части, сохраняя при этом постоянное соотношение напряжений.

Кроме того, емкостной делитель обычно имеет пару конденсаторов, расположенных на одной линии друг с другом.

Основной целью этой схемы является распределение различных величин напряжения на другие части схемы в соответствии с законом Ома:

В=ИК

Где; V представляет собой напряжение, I означает ток, а R сопротивление.

Например, если у вас есть блок питания на 12 вольт, вы включаете четыре конденсатора последовательно друг с другом (и все они по 1 мкФ). Тогда конденсаторы будут обеспечивать выходное напряжение 6 вольт, что вдвое меньше 12 вольт.

Что такое правило делителя напряжения?

Делитель напряжения

Источник:Викисклад.

В среднем входное напряжение распределяется между элементами, когда несколько элементов схемы соединены последовательно.

Точно так же, когда вы соединяете некоторые элементы цепи параллельно, ток также будет разделяться между компонентами.

Следовательно, мы используем правило делителя тока для параллельных цепей, а для последовательной цепи мы используем правило делителя напряжения при анализе хода.

Правило делителя напряжения, также называемое правилом делителя потенциала, играет важную роль в анализе цепей, поскольку помогает нам рассчитать напряжение отдельных элементов.

В зависимости от элементов, используемых в цепи, правило делителя напряжения делится на три категории.

А именно;

• Индуктивный делитель напряжения
• Емкостной делитель напряжения
• Резистивный делитель напряжения

Давайте подробнее рассмотрим каждый из вышеперечисленных элементов.

Правило делителя напряжения для резистивных цепей

Чтобы понять правило резистивного делителя напряжения, воспользуемся схемой с парой резисторов, последовательно соединенных с источником напряжения.

Поскольку вы соединили резисторы последовательно, они (резисторы) имеют одинаковую величину тока, протекающего через них.

Резисторы

Однако резисторы имеют противоположное напряжение; входное напряжение схемы разделяется на пару резисторов. Кроме того, сопротивление напрямую влияет на величину отдельного напряжения.

Ниже приведена схема, которую вы можете использовать для дальнейшего понимания:

Резистивная цепь

Из приведенной выше принципиальной схемы резисторы R₁ и R₂ соединение последовательно с V_S (источник напряжения). Источник напряжения обеспечивает общий ток 1 ампер.

Тем не менее, дизайнер нанес все элементы последовательно; следовательно, будет петля, и ток, протекающий через них, останется постоянным на уровне 1 ампера.

Теперь для расчета суммарного напряжения можно использовать формулу;

В_С =В _{Р 1} + В _{Р 2} … (1)

Где,

V_R1 представляет собой напряжение через резистор, R₁ и V_R2 представить напряжение через резистор R₂ . Более того, все обеспечиваемое напряжение делится между этими двумя резисторами. Таким образом, вы можете получить суммарное напряжение, добавив V_R1 и V_R2 .

Следуя закону ОМ;

V_R1 =ИК₁ +ИК₂ …. (2)

Таким образом, из уравнений (1) и (2);

В_С =ИК₁ +ИК₂

В_С =I(R₁ +R₂ )

Затем поместите значение из первого тока в уравнение (2)

V_R1 =ИК₁

Аналогично

V_R2 =ИК₂

Таким образом, правило делителя напряжения резистивной цепи противоречит правилу делителя тока.

Правило делителя напряжения для индуктивных цепей

Когда вы соединяете три или более катушек индуктивности в цепи в последовательном режиме, ток, протекающий через катушки индуктивности, остается постоянным. Тем не менее, напряжение источника распространяется на все катушки индуктивности.

Дроссели

Таким образом, вы можете использовать правило делителя напряжения катушки индуктивности, чтобы рассчитать величину напряжения в отдельной катушке индуктивности.

Индуктивная цепь

Конструктор соединил обе катушки индуктивности L₁ и L₂ в последовательном режиме из приведенной выше принципиальной схемы. Кроме того, V_L1 представляет напряжение через L₁ , а также V_L2 представляет напряжение через L₂ . V_S показывает напряжение питания.

Чтобы найти V_L1 и V_L2 , мы используем правило делителя напряжения индуктора. Как вы уже знаете, уравнение для напряжения катушки индуктивности:

Где L_экв равна суммарной индуктивности цепи, инженер-электрик соединил катушки индуктивности последовательно в нашей примерной схеме. Таким образом, суммарная индуктивность представляет собой комбинацию двух индуктивностей;

L_экв =L₁ + L₂

Из уравнения (3);

Напряжение через дроссель L₁ есть;

Аналогично, напряжение через дроссель L₂ есть;

Таким образом, мы можем заключить, что правило делителя напряжения катушки индуктивности аналогично резисторам.

Правило делителя напряжения для емкостных цепей

Давайте воспользуемся приведенной ниже схемой для расчета правила делителя напряжения конденсатора.

Емкостная цепь

Где;

Инженер подключил пару конденсаторов последовательно с V_S , напряжение источника. Далее напряжение источника разделяется на два. Один проходит через конденсатор C₁ а другой через конденсатор С₂ .

Конденсаторы

Кроме того, V_C1 представляет собой напряжение через конденсатор C₁ и V_C2 обозначает напряжение через конденсатор C₂ .

Таким образом, общая емкость равна

Суммарный заряд, предоставленный источником:Q =C_eq В_С , что по существу

Конденсатор C₁ напряжение;

В_C1 =Q₁ / С₁

Конденсатор C₂ напряжение;

V_C2 =Q₂ / С₂

Таким образом, отдельное напряжение на конденсаторе представляет собой отношение противоположной емкости, умноженное на общую емкость и общее напряжение.

Формула емкостного делителя напряжения

Емкостный делитель напряжения — это схема, в которой используется пара конденсаторов, параллельных выходу и соединенных с входом переменного тока (переменного тока).

Вы можете получить соотношение входного и выходного напряжения, используя формулу;

V_выход /V_в =1/(1+С_S /С_Р )

Где;

• С_С представляет собой полную емкость всех последовательно соединенных конденсаторов.

• С_Р представляет собой суммарную емкость каждого параллельно соединенного конденсатора.

Приведенная выше формула дает сигнал переменного тока (AC) с амплитудой, которая зависит от V_in со смещением.

Однако смещение зависит от величины емкости C_S. или С_P .

Принципиальная схема емкостного делителя напряжения

Цепь емкостного делителя переменного напряжения

Формула X _С =1/ (2πf _с ) управляет делением напряжения через отдельные конденсаторы в цепи емкостного делителя напряжения.

Тем не менее, чтобы рассчитать величину напряжения, выделяемого на конденсаторы схемы, вам необходимо сначала рассчитать импеданс конденсатора. Вы можете сделать это, используя приведенную выше формулу.

После расчета импеданса вы можете использовать формулу Ома, чтобы узнать величину напряжения, проходящего через каждый конденсатор.

Например:

Схема емкостного делителя переменного напряжения

Вышеупомянутая схема имеет два конденсатора и напряжение питания 120 В переменного тока; следовательно, напряжение будет поступать на оба конденсатора. Помните, что конденсаторы подключены последовательно.

Теперь вы можете использовать простой делитель напряжения, чтобы узнать выделенное напряжение, где конденсатор емкостью 1 мкФ получит удвоенное напряжение.

Следовательно, в нашем случае это будет 80В, а конденсатор 2μ получит 40В

Схема емкостного делителя постоянного напряжения

Напряжение распределяется по схеме делителя постоянного напряжения по формуле V=Q/C. При этом напряжение противоположно симметрично значению емкости конденсатора.

По сути, конденсатор с меньшей емкостью получит более высокое напряжение. С другой стороны, конденсатор с большей емкостью получит меньшее напряжение.

Например:

Схема емкостного делителя постоянного напряжения

Вышеуказанные цепи подают постоянное напряжение 15 В, что означает, что 15 В будут поступать на пару конденсаторов.

Напряжение будет подаваться на оба конденсатора, так что в сумме оно будет равно 15 В источника питания.

Предполагая, что конденсаторы имеют одинаковый заряд, вы можете рассчитать напряжение по значениям их емкости.

Учитывая, что емкость конденсатора 1 мкФ составляет половину емкости конденсатора 2 мкФ, напряжение первого конденсатора будет в два раза больше напряжения второго.

Следовательно, напряжение на конденсаторе 1 мкФ будет равно 10 В, а напряжение на конденсаторе 2 мкФ будет равно 5 В.

Преимущества и недостатки емкостного делителя напряжения

Делители напряжения полезны, но у них тоже есть плюсы и минусы, как и у всех других изобретений.

Преимущества

• Минимальные потери тепла.
• Доступно
• Работа на постоянном токе (постоянный ток) или на переменном токе (переменный ток)
• Низкая стоимость установки
• Зависит от частоты

Недостатки

• работает только с облегченным AC
• Достаточно тяжелый
• Перегрев снижает эффективность работы.
• Установка нескольких делителей напряжения требует больших затрат, и они будут работать только с переменным током.

Использование емкостного делителя напряжения

Как упоминалось ранее, емкостные делители напряжения имеют множество применений. Некоторые из них включают:

• Делитель напряжения может понизить напряжение и обеспечить измерение напряжения высокого уровня.
• Делители напряжения внутри микроконтроллера помогают измерять сопротивление датчика.

Микроконтроллер

• Делитель напряжения работает как переключатель логического уровня при подключении различных рабочих напряжений.

Обзор

После прочтения этой статьи мы надеемся определить схему емкостного делителя и объяснить правило делителя напряжения.

Было бы лучше понять различные преимущества и недостатки емкостного делителя напряжения.

Если вам нужна дополнительная информация по этому вопросу, свяжитесь с нами.