Делитель напряжения

Дели́тель напряже́ния в устройство, в котором входное и выходное напряжение связаны коэффициентом передачи $0 \leqslant a \leqslant 1$. В качестве делителя напряжения обычно применяют регулируемые сопротивления (потенциометры). Можно представить как два участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним, а другое в верхним. Различают линейные и нелинейные делители напряжения. В линейных выходное напряжение изменяется по линейному закону в зависимости от входного. Такие делители используются для задания потенциалов и рабочих напряжений в различных точках электронных схем. В нелинейных делителях выходное напряжение зависит от коэффициента $a$ нелинейно. Нелинейные делители напряжения применяются в функциональных потенциометрах. Сопротивление может быть как активным, так и реактивным.

Резистивный делитель напряжения

Схема простейшего резистивного делителя напряжения

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора $R_1$ и $R_2$, подключённых к источнику напряжения $U$. Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с Первым законом Кирхгофа. Падение напряжения (уменьшение потенциала при перемещении заряда от одной точки цепи до другой её точки) на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению (ток, как было установлено ранее, одинаков):

$\ U=IR$.

Для каждого резистора:
$\ U_1 = I R_1$
$\ U_2 = I R_2$
Разделив выражение для $U_1$ на выражение для $U_2$ в итоге получаем:
$\frac {U_1} {U_2} = \frac {R_1} {R_2}$ Таким образом, отношение напряжений $U_1$ и $U_2$ в точности равно отношению сопротивлений $R_1$ и $R_2$.
Используя равенство
$\ U = U_1 + U_2$
Получим формулу, связывающую выходное( $U_2$ ) и входное( $U$ ) напряжение делителя:
$U_2 = U \frac {R_2} {R_2 + R_1}$

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно $R_2$ можно было бы пренебречь. Для выбора конкретных значений сопротивлений на практике, как правило, достаточно следовать следующему алгоритму. Сначала необходимо определить величину тока делителя, работающего при отключенной нагрузке. Этот ток должен быть значительно больше тока (обычно принимают превышение от 10 раз по величине), потребляемого нагрузкой, но, однако, при этом указанный ток не должен создавать излишнюю нагрузку на источник напряжения $U$. Исходя из величины тока, по закону Ома определяют значение суммарного сопротивления $R=R_1+R_2$. Остается только взять конкретные значения сопротивлений из стандартного ряда, отношение величин которых близко́ требуемому отношению напряжений, а сумма величин близка расчетной. При расчете реального делителя необходимо учитывать температурный коэффициент сопротивления, допуски на номинальные значения сопротивлений, диапазон изменения входного напряжения и возможные изменения свойств нагрузки делителя, а также максимальную рассеиваемую мощность резисторов в она должна превышать выделяемую на них мощность $\ P = I^2(R_1+R_2)$, где $I$ в ток источника при отключенной нагрузке (в этом случае через резисторы течет максимально возможный ток) .

Применение

Делитель напряжения имеет важное значение в схемотехнике. В качестве реактивного делителя напряжения как пример можно привести простейший электрический фильтр, а в качестве нелинейного в параметрический стабилизатор напряжения.

Делители напряжения использовались как электромеханическое запоминающее устройство в АВМ. В таких устройствах запоминаемым величинам соответствуют углы поворота реостатов. Подобные устройства могут неограниченное время хранить информацию.

Усилитель напряжения

Делитель напряжения может использоваться для усиления входного напряжения в это возможно, если $|R_2| \geqslant |R_1|$, а $R_1$ в отрицательно, например как на участке вольт-амперной характеристики туннельного диода

Нормативно-техническая документация

• ГОСТ 11282-93 (МЭК 524-75) в Резистивные делители напряжения постоянного тока

Ссылки

• Делители напряжения
• Circuits. Basic. Voltage Divider