Всё о делителях напряжения

Всё о делителях напряжения

Здравствуйте, мы продолжаем изучать Arduino! Напомню, что в прошлый раз мы сделали простейший светофор на Arduino, а в этот раз я расскажу о делителях напряжения — о том, как они работают, как их рассчитывать и как их можно использоваться для создания измерительного прибора или какого-либо датчика.

Название говорит само за себя — делитель напряжения позволяет имея одно напряжение на входе цепи — разделить его на части. Как он работает? Очень просто! Чтобы собрать делитель напряжения нам понадобиться:

Необходимые компоненты

  • 2 Резистора на 10 [кОм]
  • Ручка
  • Листок бумаги 🙂

Схема и принцип работы делителя напряжения


Взгляните на схему. Допустим, между точками А и С приложено напряжение Up. Согласно второму закону Кирхгофа, вытекающего из закона сохранения энергии и «баланса мощностей» в данной цепи возникнет ток. Второй закон Кирхгофа говорит, что сумма падений напряжения на каждом элементе цепи равно сумме ЭДС в этой цепи.
Выразим отсюда ток, протекающий в нашей цепи.
Идём дальше! Зная ток, протекающий через резисторы, мы в два счёта находим  падения напряжения на этих элементах. Напишу формулу для расчёта падения напряжения на резисторе R1:

 

Аналогично напишите сами для резистора R2 (полезно для понимания). Подсказка: ответ будет тот же, но решение иным. Как мы видим, на первом резисторе падает половина напряжения и вторая половина на втором резисторе.  Отсюда следует, что в точке В мы имеем половину напряжения Up, что можно выразить также двумя способами. Первый способ — взять потенциал в точке C (Uc) и прибавить к нему падение напряжения UR2 на резисторе R2. Тут мы полагаем, что потенциал точки С нулевой, а точки А соответствует нашей ЭДС цепи.

Второй способ: взять потенциал в точке А и вычесть из него падение напряжения UR1 на резисторе R1


Поскольку резисторы у нас одинаковые, то и результат мы получаем одинаковый — половина ЭДС. Но что будет, если взять резистор R2 = 2R1 = R? Расписываем по аналогии  с самого начала и получаем

 

R в правой части сократятся и мы получим потенциал в точке В равный 2/3 от ЭДС.

Зачем это надо?

Делители напряжения часто используют для создания измеряющих приборов на основе резисторов, изменяющих своё сопротивление при изменении какого-то одного внешнего параметра. Например, температуры (термистор) или света (фото резистор — в турникетах в метро).

Также, можно просто понизить напряжение, например, если вам надо измерить напряжение в цепи +12 В с помощью АЦП микроконтроллера, который может измерять лишь в диапазоне от 0 до +5В. Собираете делитель, так чтобы при максимально возможном напряжении в цепи, в его средней точке напряжение не превышало максимально возможного для АЦП.

Однако, стоит помнить, о низкой эффективности такого преобразователя напряжений! Использовать делитель для понижения напряжения в целях питания какого-либо устройства не стОит! Делители применяются там, где нужны очень маленькие токи — например для цифровых входов, работающих на напряжении, а не на токе.

 

Ну вот и всё! В этом посте мы научились собирать и рассчитывать делитель напряжения, а также немного узнали об их применении. В следующем посте мы перейдём от теории к практике и соберём измеритель температуры. Если у вас есть какие-либо вопросы, что-то осталось непонятным или хотите узнать по подробнее, то пишите в комментариях к данному посту. Пока!

Всё о делителях напряжения: 6 комментариев

  1. То есть более 5В на входы ардуино подавать нельзя? А мне нужно измерять от 12 до 14,5В и в зависимости от значений подавать на выход 0 или 1. Подскажи пожалуйста как сделать.

    1. Попробуйте использовать делитель напряжения и измерять уменьшенное в некоторое число раз напряжение. Хотя, теоретически, вы можете подать большее напряжение через сильный резистор. Посмотрите какой максимальный ток можно пустить через ардуино

  2. Не совсем понимаю, что значит ПУСТИТЬ ЧЕРЕЗ АРДУИНО. Вы имели ввиду подать на аналоговый вход? Для чего необходимо знать максимальный ток который можно подать? А разве ардуино будет питаться и ток потечет? Я был уверен что входы поведут себя аналогично мультиметру и будут просто измерять напряжение.

    1. Мультиметр это когда они работают как входы, а когда как выходы — подают напряжение. Максимальный ток необходимо знать, дабы не сжечь ардуино, пустив слишком большой ток.

  3. Формулы 6 и 7 взяты из литературы? Вообще-то R1 равное бесконечности эквивалентно разрыву цепи. Если цепь разорвана, то напряжение на R2 равно нулю. И наоборот, если R1 равно нулю, то оно представляет собой проводник большого сечения и тогда R2 равно Uab.

    1. Ответ для Олег: Формулы выведены самостоятельно на основе простых рассуждений и некоторых знаний в электротехнике. Подтверждены экспериментально, да и встретить их можно в статьях и постах в различных блогах\форумах, даже зарубежных. Так что тут можно сказать, что я их переписал,а вывод формул был как небольшой разминкой для мозгов 🙂

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *