In der Elektronik ist die Spannungsteilerregel einfach und am wichtigsten elektronische Schaltung , mit dem eine große Spannung in eine kleine Spannung umgewandelt wird. Mit nur einer I / P-Spannung und zwei Vorwiderständen können wir eine O / P-Spannung erhalten. Hier ist die Ausgangsspannung ein Bruchteil der I / P-Spannung. Das beste Beispiel für einen Spannungsteiler ist, dass zwei Widerstände in Reihe geschaltet sind. Wenn die I / P-Spannung an das Widerstandspaar angelegt wird und die O / P-Spannung aus der Verbindung zwischen ihnen hervorgeht. Im Allgemeinen werden diese Teiler verwendet, um die Größe der Spannung zu verringern oder um eine Referenzspannung zu erzeugen, und sie werden auch bei niedrigen Frequenzen als Signaldämpfer verwendet. Für Gleichstrom und relativ niedrige Frequenzen kann ein Spannungsteiler angemessen perfekt sein, wenn er nur aus Widerständen besteht, bei denen der Frequenzgang über einen weiten Bereich erforderlich ist.
Was ist die Spannungsteilerregel?
Definition: Auf dem Gebiet der Elektronik ist ein Spannungsteiler eine Grundschaltung, mit der ein Teil seiner Eingangsspannung wie ein Ausgang erzeugt wird. Diese Schaltung kann mit zwei Widerständen ausgelegt werden, ansonsten beliebige passive Komponenten zusammen mit einer Spannungsquelle. Die Widerstände in der Schaltung können in Reihe geschaltet werden, während eine Spannungsquelle über diese Widerstände geschaltet ist. Diese Schaltung wird auch als Potentialteiler bezeichnet. Die Eingangsspannung kann zwischen den beiden Widerständen in der Schaltung übertragen werden, so dass die Spannungsteilung stattfindet.
Wann ist die Spannungsteilerregel anzuwenden?
Die Spannungsteilerregel wird verwendet, um Schaltungen zu lösen, um die Lösung zu vereinfachen. Die Anwendung dieser Regel kann auch einfache Schaltungen gründlich lösen. Das Hauptkonzept dieser Spannungsteilerregel lautet: „Die Spannung wird auf zwei Widerstände aufgeteilt, die in direktem Verhältnis zu ihrem Widerstand in Reihe geschaltet sind. Der Spannungsteiler besteht aus zwei wichtigen Teilen: der Schaltung und der Gleichung.
Unterschiedliche Spannungsteiler
Ein Spannungsteiler enthält eine Spannungsquelle über eine Reihe von zwei Widerständen. Möglicherweise werden die verschiedenen Spannungskreise auf unterschiedliche Weise gezeichnet (siehe unten). Aber diese verschiedene Schaltungen sollte immer gleich sein.
Spannungsteiler-Schema
In den obigen verschiedenen Spannungsteilerschaltungen ist der Widerstand R1 der Eingangsspannung Vin am nächsten und der Widerstand R2 ist dem Erdungsanschluss am nächsten. Der Spannungsabfall am Widerstand R2 wird als Vout bezeichnet, was die geteilte Spannung der Schaltung ist.
Berechnung des Spannungsteilers
Betrachten wir die folgende Schaltung, die mit zwei Widerständen R1 und R2 verbunden ist. Wo der variable Widerstand zwischen der Spannungsquelle angeschlossen ist. In der folgenden Schaltung ist R1 der Widerstand zwischen dem Gleitkontakt der Variablen und dem negativen Anschluss. R2 ist der Widerstand zwischen Pluspol und Gleitkontakt. Das heißt, die beiden Widerstände R1 und R2 sind in Reihe geschaltet.
Spannungsteilerregel mit zwei Widerständen
Das Ohmsche Gesetz besagt, dass V = IR
Aus der obigen Gleichung können wir die folgenden Gleichungen erhalten
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
Anwendung des Kirchhoffschen Spannungsgesetzes
Die KVL gibt an, dass wenn die algebraische Summe der Spannung um einen geschlossenen Pfad in einem Stromkreis gleich Null ist.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
Deshalb
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
Daher
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
Einsetzen von III in I- und II-Gleichungen
V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R2 / R1 + R2)
Die obige Schaltung zeigt den Spannungsteiler zwischen den beiden Widerständen, der direkt proportional zu ihrem Widerstand ist. Diese Spannungsteilerregel kann auf Schaltungen erweitert werden, die mit mehr als zwei Widerständen ausgelegt sind.
Spannungsteilerregel mit drei Widerständen
Spannungsteilungsregel für die obigen zwei Widerstandsschaltungen
V1 (t) = V (t) R1 / R1 + R2 + R3 + R4
V2 (t) = V (t) R2 / R1 + R2 + R3 + R4
V3 (t) = V (t) R3 / R1 + R2 + R3 + R4
V4 (t) = V (t) R4 / R1 + R2 + R3 + R4
Spannungsteiler-Gleichung
Die Spannungsteilerregelgleichung akzeptiert, wenn Sie die drei Werte in der obigen Schaltung kennen, dass es sich um die Eingangsspannung und die beiden Widerstandswerte handelt. Unter Verwendung der folgenden Gleichung können wir die Ausgangsspannung ermitteln.
Gewölbe = Vin. R2 / R1 + R2
Die obige Gleichung besagt, dass der Vout (o / p-Spannung) direkt proportional zum Vin (Eingangsspannung) und dem Verhältnis zweier Widerstände R1 und R2 ist.
Widerstandsspannungsteiler
Dies ist eine sehr einfache und einfache Schaltung, die sowohl entworfen als auch verstanden werden kann. Der Grundtyp einer passiven Spannungsteilerschaltung kann mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen aufgebaut werden. Diese Schaltung verwendet die Spannungsteilerregel, um den Spannungsabfall an jedem Vorwiderstand zu messen. Die Widerstandsspannungsteilerschaltung ist unten gezeigt.
In der Widerstandsteilerschaltung sind die beiden Widerstände wie R1 und R2 in Reihe geschaltet. Der Stromfluss in diesen Widerständen ist also der gleiche. Daher liefert es einen Spannungsabfall (I * R) über jeden Widerstand.
Widerstandstyp
Unter Verwendung einer Spannungsquelle wird eine Spannungsversorgung an diese Schaltung angelegt. Durch Anwendung des KVL & Ohmschen Gesetzes auf diese Schaltung können wir den Spannungsabfall am Widerstand messen. Der Stromfluss in der Schaltung kann also wie folgt angegeben werden
Durch Anwendung von KVL
VS = VR1 + VR2
Nach dem Ohmschen Gesetz
VR1 = I x R1
VR2 = I x R2
VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)
I = VS / R1 + R2
Der Stromfluss durch die Reihenschaltung beträgt nach dem Ohmschen Gesetz I = V / R. Der Stromfluss ist also bei beiden Widerständen gleich. So kann nun der Spannungsabfall über dem R2-Widerstand in der Schaltung berechnet werden
IR2 = VR2 / R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
In ähnlicher Weise kann der Spannungsabfall über dem Widerstand R1 als berechnet werden
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
Kapazitive Spannungsteiler
Die kapazitive Spannungsteilerschaltung erzeugt Spannungsabfälle an Kondensatoren, die in Reihe mit einer Wechselstromversorgung geschaltet sind. Normalerweise werden diese verwendet, um extrem hohe Spannungen zu reduzieren, um ein Signal mit niedriger Ausgangsspannung bereitzustellen. Derzeit sind diese Teiler in Touchscreen-basierten Tablets, Handys und Anzeigegeräten anwendbar.
Kapazitive Spannungsteiler arbeiten nicht wie ohmsche Spannungsteilerschaltungen mit einer sinusförmigen Wechselstromversorgung, da die Spannungsteilung zwischen den Kondensatoren mit Hilfe der Kondensatorreaktanz (X) berechnet werden kannC.), die von der Frequenz der Wechselstromversorgung abhängt.
Kapazitiver Typ
Die kapazitive Reaktanzformel kann abgeleitet werden als
Xc = 1 / 2πfc
Wo:
Xc = kapazitive Reaktanz (Ω)
π = 3.142 (eine numerische Konstante)
ƒ = Frequenz gemessen in Hertz (Hz)
C = Kapazität gemessen in Farad (F)
Die Reaktanz jedes Kondensators kann anhand der Spannung sowie der Frequenz der Wechselstromversorgung gemessen und in der obigen Gleichung ersetzt werden, um die äquivalenten Spannungsabfälle an jedem Kondensator zu erhalten. Die kapazitive Spannungsteilerschaltung ist unten gezeigt.
Durch die Verwendung dieser in Reihe geschalteten Kondensatoren können wir den Effektivspannungsabfall an jedem Kondensator in Bezug auf seine Reaktanz bestimmen, sobald sie an eine Spannungsquelle angeschlossen sind.
Xc1 = 1 / 2πfc1 & Xc2 = 1/2πfc2
X.CT= X.C1+ X.C2
V.C1= Vs (X.C1/ X.CT)
V.C2= Vs (X.C2/ X.CT)
Kapazitive Teiler erlauben keinen Gleichstromeingang.
Eine einfache kapazitive Gleichung für einen Wechselstromeingang lautet
Gewölbe = (C1 / C1 + C2) .Vin
Induktive Spannungsteiler
Induktive Spannungsteiler erzeugen Spannungsabfälle an den Spulen, andernfalls sind die Induktivitäten über eine Wechselstromversorgung in Reihe geschaltet. Es besteht aus einer Spule, ansonsten einer einzelnen Wicklung, die überall dort in zwei Teile getrennt ist, wo die O / P-Spannung von einem der Teile empfangen wird.
Das beste Beispiel für diesen induktiven Spannungsteiler ist der Autotransformator mit mehreren Abgriffspunkten und Sekundärwicklung. Ein induktiver Spannungsteiler zwischen zwei Induktivitäten kann durch die Reaktanz der mit XL bezeichneten Induktivität gemessen werden.
Induktiver Typ
Die induktive Reaktanzformel kann abgeleitet werden als
XL = 1 / 2πfL
'XL' ist eine induktive Reaktanz, gemessen in Ohm (Ω)
π = 3.142 (eine numerische Konstante)
‘Ƒ’ ist die in Hertz (Hz) gemessene Frequenz.
'L' ist eine Induktivität, gemessen in Henries (H)
Die Reaktanz der beiden Induktivitäten kann berechnet werden, sobald wir die Frequenz und Spannung der Wechselstromversorgung kennen und sie durch das Spannungsteilergesetz verwenden, um den Spannungsabfall an jeder Induktivität zu ermitteln. Die induktive Spannungsteilerschaltung ist unten gezeigt.
Durch die Verwendung von zwei Induktivitäten, die in der Schaltung in Reihe geschaltet sind, können wir die Effektivspannungsabfälle an jedem Kondensator in Bezug auf ihre Reaktanz messen, sobald sie an eine Spannungsquelle angeschlossen sind.
X.L1= 2πfL1 & X.L2= 2πfL2
X.LT = X.L1+ X.L2
V.L1 = Vs ( X.L1/ X.LT)
V.L2 = Vs ( X.L2/ X.LT)
Der Wechselstromeingang kann durch induktive Teiler basierend auf der Induktivität aufgeteilt werden:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
Diese Gleichung gilt für Induktoren, die nicht wechselwirken, und die gegenseitige Induktivität in einem Spartransformator ändert die Ergebnisse. Der Gleichstromeingang kann basierend auf dem Widerstand der Elemente gemäß der Widerstandsteilerregel aufgeteilt werden.
Beispielprobleme für Spannungsteiler
Die Beispielprobleme des Spannungsteilers können unter Verwendung der obigen Widerstands-, kapazitiven und induktiven Schaltungen gelöst werden.
1). Nehmen wir an, der Gesamtwiderstand eines variablen Widerstands beträgt 12 Ω. Der Gleitkontakt befindet sich an einem Punkt, an dem der Widerstand in 4 Ω und 8 Ω unterteilt ist. Der variable Widerstand wird über eine 2,5-V-Batterie angeschlossen. Lassen Sie uns die Spannung untersuchen, die über dem Voltmeter auftritt, das über den 4 Ω-Abschnitt des variablen Widerstands angeschlossen ist.
Gemäß der Spannungsteilerregel betragen die Spannungsabfälle:
Vout = 2,5 V × 4 Ohm / 12 Ohm = 0,83 V.
2). Wenn die beiden Kondensatoren C1-8uF und C2-20uF in der Schaltung in Reihe geschaltet sind, können die RMS-Spannungsabfälle über jeden Kondensator berechnet werden, wenn sie an eine 80-Hz-RMS-Versorgung und 80 Volt angeschlossen sind.
Xc1 = 1/2πfc1
1/2 × 3,14 × 80 × 8 × 10 –6 = 1 / 4019,2 × 10 –6
= 248,8 Ohm
Xc2 = 1/2πfc2
1/2 × 3,14 x 80 x 20 x 10-6 = 1/10048 x 10-6
= 99,52 Ohm
XCT = XC1 + XC2
= 248,8 + 99,52 = 348,32
VC1 = Vs (XC1 / XCT)
80 (248,8 / 348,32) = 57,142
VC2 = Vs (XC2 / XCT)
80 (99,52 / 348,32) = 22,85
3). Wenn die beiden Induktivitäten L1-8 mH und L2-15 mH in Reihe geschaltet sind, können wir den RMS-Spannungsabfall über jeden Kondensator berechnen, sobald sie an eine 40-Volt-100-Hz-RMS-Versorgung angeschlossen sind.
XL1 = 2πfL1
= 2 × 3,14 × 100 × 8 × 10 –3 = 5,024 Ohm
XL2 = 2πfL2
= 2 × 3,14 × 100 × 15 × 10 –3
9,42 Ohm
XLT = XL1 + XL2
14,444 Ohm
VL1 = Vs (XL1 / XLT)
= 40 (5,024 / 14,444) = 13,91 Volt
VL2 = Vs (XL2 / XLT)
= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 Volt
Spannungsabgriffspunkte in einem Teilernetzwerk
Wenn die Anzahl der Widerstände über eine Spannungsquelle Vs in einer Schaltung in Reihe geschaltet ist, können verschiedene Spannungsabgriffspunkte als A, B, C, D und E betrachtet werden
Der Gesamtwiderstand in der Schaltung kann berechnet werden, indem alle Widerstandswerte wie 8 + 6 + 3 + 2 = 19 Kiloohm addiert werden. Dieser Widerstandswert begrenzt den Stromfluss im gesamten Stromkreis, der die Spannungsversorgung (VS) erzeugt.
Die verschiedenen Gleichungen, die zur Berechnung des Spannungsabfalls an den Widerständen verwendet werden, sind VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD und VR4 = VDE.
Die Spannungspegel an jedem Abgriffspunkt werden in Bezug auf die Klemme GND (0 V) berechnet. Daher entspricht der Spannungspegel am Punkt „D“ VDE, während der Spannungspegel am Punkt „C“ VCD + VDE entspricht. Hier ist der Spannungspegel am Punkt 'C' der Betrag der beiden Spannungsabfälle an zwei Widerständen R3 und R4.
Durch Auswahl eines geeigneten Satzes von Widerstandswerten können wir also eine Reihe von Spannungsabfällen verursachen. Diese Spannungsabfälle haben einen relativen Spannungswert, der nur von der Spannung erreicht wird. Im obigen Beispiel ist jeder O / P-Spannungswert positiv, da der negative Anschluss (VS) der Spannungsversorgung mit dem Erdungsanschluss verbunden ist.
Anwendungen des Spannungsteilers
Das Anwendungen des Votlage-Teilers das Folgende einschließen.
- Der Spannungsteiler wird nur dort verwendet, wo die Spannung durch Abfallen einer bestimmten Spannung in einem Stromkreis geregelt wird. Es wird hauptsächlich in solchen Systemen verwendet, in denen Energieeffizienz nicht unbedingt ernsthaft berücksichtigt werden muss.
- In unserem täglichen Leben wird der Spannungsteiler am häufigsten in Potentiometern verwendet. Die besten Beispiele für die Potentiometer sind der Lautstärkeregler, der an unseren Musiksystemen und Radiotransistoren usw. angebracht ist. Das grundlegende Design des Potentiometers umfasst drei Pins, die oben gezeigt sind. Dabei sind zwei Stifte mit dem Widerstand verbunden, der sich im Inneren des Potentiometers befindet, und der verbleibende Stift ist mit einem Wischkontakt verbunden, der auf dem Widerstand gleitet. Wenn jemand den Knopf am Potentiometer wechselt, wird die Spannung an den stabilen Kontakten und am Wischkontakt gemäß der Spannungsteilerregel angezeigt.
- Spannungsteiler dienen zur Einstellung des Signalpegels zur Spannungsmessung und Vorspannung aktiver Geräte in Verstärkern. Ein Multimeter und eine Wheatstone-Brücke enthalten Spannungsteiler.
- Spannungsteiler können verwendet werden, um den Widerstand des Sensors zu messen. Um einen Spannungsteiler zu bilden, wird der Sensor mit einem bekannten Widerstand in Reihe geschaltet, und über den Teiler wird eine bekannte Spannung angelegt. Das Analog-Digital-Wandler des Mikrocontrollers ist mit dem Mittelabgriff des Teilers verbunden, so dass die Abgriffspannung gemessen werden kann. Unter Verwendung des bekannten Widerstands kann der gemessene Spannungssensorwiderstand berechnet werden.
- Spannungsteiler werden zur Messung von Sensor, Spannung, Verschiebung des Logikpegels und Einstellung des Signalpegels verwendet.
- Im Allgemeinen wird die Widerstandsteilerregel hauptsächlich verwendet, um die Referenzspannungen zu erzeugen, andernfalls wird die Spannungsgröße verringert, so dass die Messung sehr einfach ist. Zusätzlich wirken diese als Signaldämpfer bei niedriger Frequenz
- Es wird bei extrem weniger Frequenzen und Gleichstrom verwendet
- Kapazitiver Spannungsteiler zur Leistungsübertragung zur Kompensation von Lastkapazität und Hochspannungsmessung.
Das ist alles über die Spannungsteilung Regel mit Schaltkreisen, diese Regel gilt sowohl für Wechsel- als auch für Gleichspannungsquellen. Darüber hinaus bestehen Zweifel an diesem Konzept oder Elektronik- und Elektroprojekte Bitte geben Sie Ihr Feedback, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie, was ist die Hauptfunktion der Spannungsteilerregel?
