Емкостной делитель напряжения ⋆ diodov.net

Простейший емкостной делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов и используется для снижения величины U на отдельных элементах электрической цепи.

Делитель постоянного напряжения на конденсаторах чаще всего применяют многоуровневых инверторов напряжения, широко используемых как на электроподвижном составе, так и в других направлениях силовой электроники.

Главная сложность практического применения такой схемы (и всех подобных схем) заключается в невозможности обеспечения равномерного разряда конденсаторов, вследствие чего напряжения на них будет распределяться не поровну. Чем сильнее разряжен один конденсатор по сравнению с другим (иди с другими), тем большая разница в U будет на них, что наглядно отображает формула:

По этой причине подобные схемы крайне нестабильно работают и обязательно предусматривают узлов подзарядки конденсаторов с целью выравнивания напряжения на последних.

Емкостной делитель напряжения в цепи переменного тока

В радиоэлектронике в большей степени находят применение емкостные делители переменного напряжения.

Конденсатор, как и катушка индуктивности, относится к реактивному элементу, то есть потребляет реактивную мощность от источника переменного тока, в отличие от резистора, который является активным элементов и потребляет исключительно активную мощность.

Реактивный элемент

Здесь следует кратко пояснить разницу между активной и реактивной мощностями. Активная мощность выполняет полезную работу и реализуется только в том случае, когда ток и напряжение направлены в одном направлении и не отстают друг от друга, то есть находятся в одной фазе, что имеет место только на резисторе. На конденсаторе ток отстает от напряжения на угол

φ = 90°. В результате чего ток напряжение находятся в противофазе, поэтому когда ток имеет максимальное значение напряжение равно нулю, а произведение этих двух величин дают мощность, которая в таком случае равна нулю, так как один из множителей равен нулю. Следовательно, мощность не потребляется.

Аналогичные процессы протекают и в цепи с катушкой индуктивности. Разница лишь в том, что на индуктивности

i отстает от u на угол φ = 90°.

Реактивная мощность проявляется только в цепях переменного тока. Она составляет часть полной мощности и определяется по формуле:

Реактивная мощность в отличие от активной, не потребляется нагрузкой, а циркулирует между источником питания и нагрузкой. Поэтому конденсатора и катушка индуктивности являются реактивными элементами, не потребляющими активную мощность и по этой причине они практически не нагреваются.

Расчет сопротивления делителя напряжения на конденсаторах заключается в определении необходимых значений сопротивлений.

Сопротивление конденсатора X_C является величиной не постоянной и зависит от частоты переменного тока f и емкости C:

Как видно из формулы, сопротивление снижается с увеличением частоты и емкости. Для постоянного тока, частота которого равна нулю, сопротивление стремится к бесконечности, поэтому, рассматриваемая далее схема емкостного делителя напряжения не применяется постоянном токе.

Для снижения величины u_вых, например в два раза, емкости C1 и C2 должны быть равны. Универсальные формулами для определения выходных u_вых1 и u_вых2 в зависимости от входного и емкостей C1 и C2 имеют вид, аналогичный для резисторных делителей:

Поскольку частота переменного тока для всех конденсаторов одинакова, то формулу можно упростить:

Индуктивный делитель напряжения

В качестве делителей переменного напряжения также, но гораздо реже, применяют катушки индуктивности, которые относятся к реактивным элементам. Однако, в отличие от конденсаторов, которые являются накопителями электрического поля, катушки индуктивности накапливают магнитное поле.

Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности

L и частоты переменного тока f. С ростом этих параметров сопротивление катушки переменному току возрастает.

X_L = 2πfL.

Упрощенный вариант формулы:

 

Как вы наверняка уже заметили, чтобы рассчитать емкостной делитель напряжения достаточно знать емкости конденсаторов, а индуктивный делитель – индуктивности.

Еще статьи по данной теме

Источники питания с конденсаторным делителем напряжения

  Для того чтобы источник мог работать в широком интервале тока нагрузки с высоким КПД, достаточно входной делитель напряжения выполнить чисто реактивным, например, конденсаторным (рис. 2). Он позволяет дополнительно стабилизировать выходное напряжение источника последовательно включенным компенсационным или импульсным стабилизатором, чего нельзя делать в обычном источнике с гасящим конденсатором. Как показано в статье С. Бирюкова «Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором» — «Радио», 1997, N 5, с. 48-50, — последовательный стабилизатор можно использовать только при ограничении напряжения на его входе, что опять-таки заметно снижает КПД.

Рис.2

  Источник с конденсаторным делителем напряжения целесообразно использовать для совместной работы с импульсными стабилизаторами. Идеально подходит он для устройства, длительно потребляющего малый ток, но требующего в определенный момент резкого его увеличения. Пример — квартирное сторожевое устройство на микросхемах «МОП с исполнительным узлом на реле и звуковом сигнализаторе.

  Ток, потребляемый конденсаторным делителем, будет иметь фазовый сдвиг в 90 град. относительно напряжения сети, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не требует охлаждения. Исходя из вышесказанного, ток через делитель вроде бы можно выбрать сколь угодно большим. Однако неоправданное увеличение тока делителя приведет к активным потерям в проводах и к увеличению массы и объема устройства. Поэтому целесообразно принять ток через делитель напряжения в пределах 0,5…3 от максимального тока нагрузки.

  Расчет источника с емкостным делителем несложен. Как следует из ф-лы (2) в упомянутой статье, выходное напряжение Uвых и полный выходной ток (стабилитрона и нагрузки Iвых) источника по схеме 1,а связаны следующим образом: Iвых = 4fC1(2Uc-Uвых).

  Эта формула пригодна и для расчета источника с конденсаторным делителем, в ней просто надо заменить С1 на суммарную емкость параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2, показанных на рис. 2. a Uc — на Uc2x (напряжение на конденсаторе С2 при RH = °°), т. е. Uc2x = = Uc-C1/(C1+C2). Тогда 1вых = 4f(C1+C2)x x[Uc-C1-i/2/(C1+C2)-Unbix] или после очевидных преобразований 1вых = 4f-C1 [Uc^2 —ивых(1+С2/С1)].

  Поскольку падение напряжения на диодах моста Uд при малых значениях Квых становится заметным, получим окончательно 1вых = 4f-C1 [Uc^/2- (Цвых + 2Цд) (1 + +С2/С1)].

  Из формулы видно, что при Рн=0 (т. е. при Uвых=0) ток Iвых, если пренебречь падением напряжения на диодах, остается таким же, как у источника питания, собранного по схеме 1 ,а. Напряжение же на выходе без нагрузки уменьшается: Uauxx = =Uc-C1^/2/(C1+C2)-2Un.

  Емкость и рабочее напряжение конденсатора С2 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения — соотношение значений емкости С1/С2 обратно пропорционально значениям падающего на С1и С2 напряжения. Например, если С1″ =1 мкф, а С2=4 мкФ, то напряжение Uc1 будет равно 4/5 напряжения сети, a Uc2=Uc/5, что при напряжении сети Uc = 220 В соответствует 186 и 44 В. Необходимо учесть, что амплитудное значение напряжения почти в 1,5 раза превышает действующее, и выбрать конденсаторы на соответствующее номинальное напряжение.

  Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его к электросети и оценив температуру корпуса через полчаса. Если конденсатор С1 успевает заметно разогреться, его следует счесть непригодным для использования в источнике.

  Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок — они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используют в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т. п.

Рис.3

  Ниже представлены две практические схемы источников питания с конденсаторным делителем: пятивольтный общего назначения (рис. 3) на ток нагрузки до 0,3 А и источник бесперебойного питания для кварцованных электронно-механических часов (рис. 4).

Рис.4

  Делитель напряжения пятивольтного источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее по схеме неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризующими диодами для оксидной пары служат левые по схеме диоды моста. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток замыкания (при Rн=0) равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки — 27 В.

  Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снятое с делителя С1С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12В.

О.Ховайко
г.Москва
Радио №11, 1997
Источник: shems.h2.ru

Расчет делителя напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях — Help for engineer

Расчет делителя напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях

Делитель напряжения используется в электрических цепях, если необходимо понизить напряжение и получить несколько его фиксированных значений. Состоит он из двух и более элементов (резисторов, реактивных сопротивлений). Элементарный делитель можно представить как два участка цепи, называемые плечами. Участок между положительным напряжением и нулевой точкой – верхнее плечо, между нулевой и минусом – нижнее плечо.

Делитель напряжения на резисторах может применятmся как для постоянного, так и для переменного напряжений. Применяется для низкого напряжения и не предназначен для питания мощных машин. Простейший делитель состоит из двух последовательно соединенных резисторов:

На резистивный делитель напряжения подается напряжение питающей сети U, на каждом из сопротивлений R1 и R2 происходит падение напряжения. Сумма U1 и U2 и будет равна значению U.

В соответствии с законом Ома (1):

Падение напряжения будет прямо пропорционально значению сопротивления и величине тока. Согласно первому закону Кирхгофа, величина тока, протекающего через сопротивления одинакова. С чего следует, что падение напряжения на каждом резисторе (2,3):

Тогда напряжение на всем участке цепи (4):

Отсюда определим, чему равно значение тока без включения нагрузки (5):

Если подставить данное выражение в (2 и 3), то получим формулы расчета падения напряжения для делителя напряжения на резисторах (6, 7):

Необходимо упомянуть, что значения сопротивлений делителя должны быть на порядок или два (все зависит от требуемой точности питания) меньше, чем сопротивление нагрузки. Если же это условие не выполняется, то при приведенном расчете подаваемое напряжение будет посчитано очень грубо.

Для повышения точности необходимо сопротивление нагрузки принять как параллельно подсоединенный резистор к делителю. А также использовать прецизионные (высокоточные) сопротивления.

Онлайн подбор сопротивлений для делителя

Пусть источник питания выдает 24 В постоянного напряжения, примем, что величина сопротивления нагрузки переменная, но минимальное значение равно 15 кОм. Необходимо рассчитать параметры резисторов для делителя, выходное напряжение которого равно 6 В.

Таким образом, напряжения: U=24 B, U₂=6 В; сопротивление резисторов не должно превышать 1,5 кОм (в десять раз меньше значения нагрузки). Принимаем R1=1000 Ом, тогда используя формулу (7) получим:

выразим отсюда R₂:

Зная величины сопротивления обоих резисторов, найдем падение напряжения на первом плече (6):

Ток, который протекает через делитель, находится по формуле (5):

Схема делителя напряжения на резисторах рассчитана выше и промоделирована:

Использование делителя напряжения очень неэкономичный, затратный способ понижения величины напряжения, так как неиспользуемая энергия рассеивается на сопротивлении (превращается в тепловую энергию). КПД очень низкий, а потери мощности на резисторах вычисляются формулами (8,9):

По заданным условиям, для реализации схемы делителя напряжения необходимы два резистора:

		1. R1=1 кОм, P1=0,324 Вт.
		2. R2=333,3 Ом, P2=0,108 Вт.

Полная мощность, которая потеряется:

---

Делитель напряжения на конденсаторах применяется в схемах высокого переменного напряжения, в данном случае имеет место реактивное сопротивление.

Сопротивление конденсатора рассчитывается по формуле (10):

		где С – ёмкость конденсатора, Ф;
		f – частота сети, Гц.

Исходя из формулы (10), видно, что сопротивление конденсатора зависит от двух параметров: С и f. Чем больше ёмкость конденсатора, тем сопротивление его ниже (обратная пропорциональность). Для ёмкостного делителя расчет имеет такой вид (11, 12):

Еще один делитель напряжения на реактивных элементах – индуктивный, который нашел применение в измерительной технике. Сопротивление индуктивного элемента при переменном напряжении прямо пропорционально величине индуктивности (13):

где L – индуктивность, Гн.

Падение напряжения на индуктивностях (14,15):

Недостаточно прав для комментирования

схема и расчёт [Амперка / Вики]

Для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть используется делитель напряжения (voltage divider). Это схема, строящаяся на основе пары резисторов.

В примере, на вход подаются стандартные 9 В. Но какое напряжение получится на выходе V_out? Или эквивалентный вопрос: какое напряжение покажет вольтметр?

Ток, протекающий через R1 и R2 одинаков пока к выходу V_out ничего не подключено. А суммарное сопротивление пары резисторов при последовательном соединении:

Таким образом, сила тока протекающая через резисторы

Теперь, когда нам известен ток в R2, расчитаем напряжение вокруг него:

Или если отавить формулу в общем виде:

Так с помощью пары резисторов мы изменили значение входного напряжения с 9 до 5 В. Это простой способ получить несколько различных напряжений в одной схеме, оставив при этом только один источник питания.

Применение делителя для считывания показаний датчика

Другое применение делителя напряжения — это снятие показаний с датчиков. Существует множество компонентов, которые меняют своё сопротивление в зависимости от внешних условий. Так термисторы меняют сопротивление от нуля до определённого значения в зависимости от температуры, фоторезисторы меняют сопротивление в зависимости от интенсивности попадающего на них света и т.д.

Если в приведённой выше схеме заменить R1 или R2 на один из таких компонентов, V_out будет меняться в зависимости от внешних условий, влияющих на датчик. Подключив это выходное напряжение к аналоговому входу Ардуино, можно получать информацию о температуре, уровне освещённости и других параметрах среды.

Значение выходного напряжения при определённых параметрах среды можно расчитать, сопоставив документацию на переменный компонент и общую формулу расчёта V_out.

Подключение нагрузки

С делителем напряжения не всё так просто, когда к выходному подключения подключается какой-либо потребитель тока, который ещё называют нагрузкой (load):

В этом случае V_out уже не может быть расчитано лишь на основе значений V_in, R1 и R2: сама нагрузка провоцирует дополнительное падение напряжения (voltage drop). Пусть нагрузкой является нечто, что потребляет ток в 10 мА при предоставленных 5 В. Тогда её сопротивление

В случае с подключеной нагрузкой следует рассматривать нижнюю часть делителя, как два резистора соединённых параллельно:

Подставив значение в общую формулу расчёта V_out, получим:

Как видно, мы потеряли более полутора вольт напряжения из-за подключения нагрузки. И тем ощутимее будут потери, чем больше номинал R2 по отношению к сопротивлению L. Чтобы нивелировать этот эффект мы могли бы использовать в качестве R1 и R2 резисторы, например, в 10 раз меньших номиналов.

Пропорция сохраняется, V_out не меняется:

А потери уменьшатся:

Однако, у снижения сопротивления делящих резисторов есть обратная сторона медали. Большое количество энергии от источника питания будет уходить в землю. В том числе при отсоединённой нагрузке. Это небольшая проблема, если устройство питается от сети, но — нерациональное расточительство в случае питания от батарейки.

Кроме того, нужно помнить, что резисторы расчитаны на определённую предельную мощьность. В нашем случае нагрузка на R1 равна:

А это в 4-8 раз выше максимальной мощности самых распространённых резисторов! Попытка воспользоваться описанной схемой со сниженными номиналами и стандартными 0.25 или 0.5 Вт резисторами ничем хорошим не закончится. Очень вероятно, что результатом будет возгарание.

Применимость

Делитель напряжения подходит для получения необходимого заниженного напряжения в случаях, когда подключенная нагрузка потребляет небольшой ток (доли или единицы миллиампер). Примером подходящего использования является считывание напряжения аналоговым входом микроконтроллера, управление базой/затвором транзистора.

Делитель не подходит для подачи напряжения на мощных потребителей вроде моторов или светодиодных лент.

Чем меньшие номиналы выбраны для делящих резисторов, тем больше энергии расходуется впустую и тем выше нагрузка на сами резисторы. Чем номиналы больше, тем больше и дополнительное (нежелательное) падение напряжения, провоцируемое самой нагрузкой.

Если потребление тока нагрузкой неравномерно во времени, V_out также будет неравномерным.

Делитель напряжения: теория и принцип действия

Делитель напряжения позволяет получить меньшее напряжение из большего, напряжение может быть как постоянным, так и переменным.

Рис. 1. Схема простейшего делителя напряжения

Простейшая схема делителя напряжения содержит минимум два сопротивления. Если величины сопротивлений одинаковы, то согласно закону Ома, на выходе делителя будет получено напряжение, в два раза меньшее, чем на входе, так как падение напряжений на резисторах будет одинаковым. Для других случаев величина падения напряжений на резисторах делителя определяется по формулам

U_R1 = I*R1; U_R2 = I*R2       (1)

где U_R1, U_R2 — падения напряжения на резисторах R1 и R2 соответственно, I — ток в цепи. В схемах делителей выходное напряжение обычно снимают с нижнего по схеме резистора.

Сумма падений напряжений U_R1, U_R2 на резисторах равна напряжению источника питания. Ток в цепи будет равен напряжению источника питания, делённому на сумму сопротивлений резисторов R1 и R2:

I = U_пит / (R1 + R2)       (2)

Рассмотрим практическую схему делителя постоянного напряжения (рис.2)

Рис. 2. Делитель постоянного напряжения.

Ток, протекающий в этой схеме, согласно формуле (2) будет равен

I = 10 / (10000+40000) = 0,0002 А = 0,2 мА.

Тогда согласно формуле (1) падение напряжения на резисторах делителя напряжения будет равно:

U_R1 = 0,0002*10000 = 2 В;
U_R2 = 0,0002*40000 = 8 В.

Если из формулы (1) вывести ток:

I = U_R1 / R1       (3)

И подставить его значение в формулу (2), то получится универсальная формула для расчёта делителя напряжения:

U_R1 / R1 = U_пит / (R1 + R2)

Откуда

U_R1 = U_пит * R1 / (R1 + R2)       (4)

Подставляя значения напряжения и сопротивлений в формулу (4), получим величину напряжения на резисторе R1:

U_R1 = 10 * 10000 / (10000+40000) = 2 В,

и на резисторе R2:

U_R2 = 10 * 40000 / (10000+40000) = 8 В.

Делитель напряжения с реактивными элементами в цепи переменного тока

В вышеприведённой схеме делителя напряжения (рис. 2) были использованы активные элементы — резисторы, и питание схемы осуществлялось постоянным напряжением (хотя схему можно питать и переменным током). Делитель напряжения может содержать так же и реактивные компоненты (конденсаторы, катушки индуктивности), но в этом случае для нормальной работы потребуется питание синусоидальным током (рис. 3).

Рис. 3. Ёмкостный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Изображённый на рисунке 3 ёмкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному делителю, но рассчитывается несколько иначе, поскольку реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально их ёмкости:

R_c = 1/(2 * π * f * C)

Здесь R_c — реактивное сопротивление конденсатора;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
C — ёмкость конденсатора, Фарад.

То есть чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше его сопротивление, и следовательно в схеме делителя напряжения на конденсаторе с большей ёмкостью падение напряжения будет меньше, чем на конденсаторе с меньшей ёмкостью. Следовательно, формула (4) для ёмкостного делителя напряжения примет следующий вид:

U_С1 = U_пит * С2 / (С1 + С2)       (5)

U_С1 = 10 * 40*10^-9 / (10*10^-9+40*10^-9) = 8 В,
U_С2 = 10 * 10*10^-9 / (10*10^-9+40*10^-9) = 2 В.

Индуктивный делитель напряжения (рис. 4.) так же как и ёмкостный требует для своей работы синусоидальное питающее напряжение.

Рис. 4. Индуктивный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Поскольку реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:

R_L = 2 * π * f * L

Здесь R_c — реактивное сопротивление катушки индуктивности;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
L — индуктивность катушки, Генри.

То следовательно и формула для расчёта индуктивного делителя напряжения будет точно такой же, как и формула для расчёта резистивного делителя напряжения (4), где вместо сопротивлений будут использоваться индуктивности:

U_L1 = U_пит * L1 / (L1 + L2)       (6)

Подставив в эту формулу параметры элементов из рисунка 4, получим:

U_L1 = 10 * 10*10^-6 / (10*10^-6+40*10^-6) = 2 В,
U_L2 = 10 * 40*10^-6 / (10*10^-6+40*10^-6) = 8 В.

В заключении следует отметить, что во всех расчётах величина нагрузки была принята равной бесконечности, поэтому полученные значения верны при работе рассмотренных делителей на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем величина собственных сопротивлений.

BACK

Бестрансформаторный блок питания с конденсаторным делителем + online-калькулятор

Итак, начнём, с того, зачем вообще нужен такой блок питания. А нужен он затем, что позволяет запитать слаботочные нагрузки не заморачиваясь с намоткой трансформаторов и используя минимум компонентов. Минимальное число компонентов (и тем более отсутствие таких габаритных компонентов как трансформатор), в свою очередь, делают блок питания с конденсаторным делителем (иногда говорят «с емкостным делителем») простым и исключительно компактным.

Рассмотрим схему, изображённую на рисунке:

Здесь Z₁ = -j/wC₁; Z₂ = -j/wC₂ — реактивные сопротивления конденсаторов

Найдём ток нагрузки: i_н = i₁-i₂ (1) — первый закон Кирхгофа для узла 1.

Учитывая, что по закону Ома для участка цепи: i₁=u₁/Z₁, а u₁=u_c-u₂ ;

выражение (1) можно переписать в следующем виде:

i_н=(u_c-u₂)/Z₁-u₂/Z₂ ;

или по другому: Iн=jwC₁(Uс_м-U_2м)-jwC₂U_2м , где индекс «м» — это сокращение от слова максимальный, он говорит о том, что речь идёт об амплитудных значениях.

Раскрыв скобки и сгруппировав это выражение, получим:

Iн=jwC₁(Uс_м-U_2м(1+С₂/С₁)) (2) — вот, собственно, мы и получили выражение для тока через нагрузку Zн, в зависимости от напряжения на этой нагрузке и напряжения питающей сети. Из формулы (2) следует, что амплитудное значение тока равно: Iнм=wC₁(Uс_м-U_2м(1+С₂/С₁)) (3)

Предположим, что наша нагрузка — это мост, сглаживающий конденсатор и, собственно, полезная нагрузка (смотрим рисунок).

При начальном включении, когда конденсатор C₃ разряжен, величина U₂ будет равна нулю и через мост потечёт пусковой зарядный ток, максимальное начальное значение которого можно найти, подставив в формулу (3) величину U_2м равную нулю (Iпуск=wC₁Uc_м). Это значение соответствует худшему случаю, когда в момент включения мгновенное значение напряжения в сети было равно максимальному значению.

С каждым полупериодом конденсатор C₃ будет заряжаться и наше напряжение U_2м, равное по модулю напряжению на конденсаторе C₃ и напряжению на полезной нагрузке (обозначим его как Uвых), также будет расти, пока не вырастет до некоторого постоянного значения. При этом ток через полезную нагрузку будет равен средневыпрямленному току, т.е. Iвых=Iнм*2/»Пи» (для синусоидального входного тока).

Учитывая также, что Uc_м=Uc*1,414 (Uc — действующее значение питающего напряжения), а w=2*»Пи»*f, где f-частота питающего напряжения в герцах, получим:

Iвых = 4fC₁(1,414Uc-Uвых(1+C₂/C₁)), если ещё к тому же учесть падение на диодах моста, то окончательно получится:

Iвых = 4fC₁(1,414Uc-(Uвых+2Uд)(1+C₂/C₁)) (4) , где Uд — падение на одном диоде

Из этого выражения можно получить и обратную зависимость Uвых(Iвых):

Uвых=(1,414Uc-Iвых/4fC₁)/(1+C₂/C₁)-2Uд (5)

Что видно из двух последних формул? Из них видно, что с увеличением потребляемого нагрузкой тока напряжение на нагрузке уменьшается, а с уменьшением потребляемого тока — оно растёт. Разомкнув цепь нагрузки (то есть приняв ток нагрузки равным нулю) найдём напряжение холостого хода: Uвых хх = 1,414Uc/(1+C₂/C₁)-2Uд (6). Очевидно, что мост и конденсатор C₂ должны быть рассчитаны на напряжение не менее U_{2м макс} = Uвых хх + 2Uд = 1,414Uc/(1+C₂/C₁).

Строго говоря наши расчёты не совсем безупречны, потому что реальные процессы тут вообще будут нелинейными, но наши небольшие упрощения сильно облегчают расчеты и не сильно влияют на конечный результат.

А вот теперь самое интересное. Частенько читал в интернете, что линейные стабилизаторы не работают в таких схемах, сгорают и прочее и прочее. Ну что же, давайте ещё раз перерисуем нашу схему, добавив в неё линейный стабилизатор напряжения (смотрите рисунок).

(Uст. , Iн — напряжение и ток нагрузки).

Здесь наше Uвых (напряжение на конденсаторе C₃) является входным напряжением стабилизатора (Uin). Как мы помним, при отсутствии нагрузки напряжение на выходе будет максимально и равно Uвых хх. Так что вполне очевидно, что для нормальной работы наш линейный стабилизатор должен выдерживать входное напряжение не менее Uвых хх. Или можно сказать по другому, — конденсаторы должны быть подобраны таким образом, чтобы выходное напряжение холостого хода (имеется ввиду выходное напряжение конденсаторного делителя) не спалило стабилизатор при случайном отключении нагрузки (мало ли, неконтакт какой-нибудь).

Максимальный ток нагрузки можно определить, подставив в формулу (4) вместо Uвых минимальное входное напряжение стабилизатора. Как видите, главное — всё правильно рассчитать, тогда и стабилизатору ничто не угрожает.

Эта схема уже вполне рабочая, но есть у неё один существенный недостаток. В случае, когда нам нужно получить входное напряжение стабилизатора существенно ниже питающего напряжения сети (при питании от 220 В нам именно это и нужно), ёмкость конденсатора C₂ получается довольно значительной. А неполярный конденсатор значительной ёмкости — довольно дорогое удовольствие (да и габариты не радуют). Можно ли как-то вместо неполярного конденсатора использовать, например, обычные электролитические?

Оказывается можно. Для этого переделаем нашу схему ещё раз, таким образом, как на рисунке. В данной схеме вместо одного конденсатора С₂ используются два конденсатора С₂ и С₂‘ (такой же ёмкости, как и в случае, когда конденсатор C₂ всего один), развязанные через диоды моста. При этом обратное напряжение на каждом из этих конденсаторов не превышает падения напряжения на диоде.

Несмотря на то, что в данном случае вместо одного неполярного конденсатора используется два электролитических, такая схема получается экономичнее и по деньгам и по габаритам.

Правда тут есть один нюанс. Выгорание одного из диодов моста может привести к тому, что на электролитических конденсаторах всё-таки появится полное обратное напряжение. Если такое произойдёт — конденсатор вероятнее всего взорвётся.

Ещё хотелось бы отметить, что обращаться с бестранформаторными блоками питания следует крайне осторожно, поскольку такая схема не развязана от питающей сети и прикосновение к её токопроводящим частям может вызвать серьёзное поражение электрическим током.

Online-калькулятор для расчёта блока питания с конденсаторным делителем:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Исходные данные:

(если вы не знаете минимального входного напряжения стабилизатора и величину падения напряжения на диодах моста, то расчёт будет сделан для: Uin=Uст и Uд=0, — как будто минимальное входное напряжение равно выходному напряжению стабилизатора и диоды идеальные).

2) Расчётные данные:

Для примера: при C₁=1мкФ, С₂ (или С₂ и С₂‘)=22мкФ, Uc=220В, f=50Гц и стабилизаторе LM7805, — можно получить максимальный ток нагрузки порядка 30-35мА, что вполне позволяет запитывать, например, контроллеры, оптосимисторы и даже некоторые релюшки. При этом напряжение на LM-ке даже в худшем случае (без нагрузки) не превысит 13,5 вольт.

Пример использования (в устройстве управления освещением)

Ещё один бестрансформаторный БП — блок питания с гасящим (балластным) конденсатором

Расчет сборка и изучение схемы делителя напряжения. Делитель напряжения на конденсаторах

Что то часто меня стали спрашивать как подключить микроконтроллер или какую низковольтную схему напрямую в 220 не используя трансформатор. Желание вполне очевидное — трансформатор, пусть даже и импульсный, весьма громоздок. И запихать его, например, в схему управления люстрой размещенной прям в выключателе не получится при всем желании. Разве что нишу в стене выдолбить, но это же не наш метод!

Тем не менее простое и очень компактное решение есть — это делитель на конденсаторе.

Правда конденсаторные блоки питания не имеют развязки от сети, поэтому если вдруг в нем что нибудь перегорит, или пойдет не так, то он запросто может долбануть тебя током, или сжечь твою квартиру, ну а комп угробить это вообще за милое дело, в общем технику безопасности тут надо чтить как никогда — она расписана в конце статьи. В общем, если я тебя не убедил что бестрансформаторные блоки питания это зло — то сам себе злой Буратино, я тут не причем. Ну ладно, ближе к теме.

Помните обычный резистивный делитель?

Казалось бы, в чем проблема, выбрал нужные номиналы и получил искомое напряжение. Потом выпрямил и Profit. Но не все так просто — такой делитель может и сможет дать нужное напряжение, но вот совершенно не даст нужный ток. Т.к. сопротивления сильно велики. А если сопротивления пропорционально уменьшать, то через них насквозь пойдет большой ток, что при напряжении в 220 вольт даст очень большие тепловые потери — резисторы будут греть как печка и в итоге либо выйдут из строя, либо пожар устроят.

Все меняется если один из резисторов заменить на конденсатор. Суть в чем — как вы помните из статьи про конденсаторы, напряжение и ток на конденсаторе не совпадают по фазе. Т.е. когда напряжение в максимуме — ток минимален, и наоборот.

Так как у нас напряжение переменное, то конденсатор будет постоянно разряжаться и заряжаться, а особенность разряда-заряда конденсатора в том, что когда у него максимальный ток (в момент заряда), то минимальное напряжение и наборот. Когда он уже зарядился и напруга на нем максимальная, то ток равен нулю. Соответственно, при таком раскладе, мощность тепловых потерь, выделяемая на конденсаторе (P=U*I) будет минимальной. Т.е. он даже не вспотеет. А рективное сопротивление конденсатора Xc=-1/(2pi*f*C).

Теоретическое отступление

В цепи бывают три вида сопротивлений:

Активное — резистор (R)
Реактивное — конденсатор (X с) и катушка(X L)
Полное же сопротивление цепи (импенданс) Z=(R 2 +(X L +X с) 2) 1/2

Активное сопротивление всегда постоянно, а реактивное зависит от частоты.
X L =2pi*f * L
Xc=-1/(2pi*f*C)
Знак реактивного сопротивления элемента указывает на его характер. Т.е. если больше нуля, то это индуктивные свойства, если меньше нуля то емкостные. Из этого следует, что индуктивность можно скомпенсировать емкостью и наоборот.

f — частота тока.

Соответственно, на постоянном токе при f=0 и X L катушки становится равен 0 и катушка превращается в обычный кусок провода с одним лишь активным сопротивлением, а Xc конденсатора при этом уходит в бесконечность, превращая его в обрыв.

Получается у нас вот такая вот схема:

Все, в одну сторону ток течет через один диод, в другую через второй. В итоге, в правой части цепи у нас уже не переменка, а пульсирующий ток — одна полуволна синусоиды.

Добавим сглаживающий конденсатор, чтобы сделать напряжение поспокойней, микрофарад на 100 и вольт на 25, электролит:

В принципе уже готово, единственно что надо поставить стабилитрон на такой ток, чтобы он не сдох когда нагрузки нет вообще, ведь тогда отдуваться за всех придется ему, протаскивая весь ток который может дать БП.

А можно ему помочь слегонца. Поставить резистор токоограничительный. Правда это сильно снизит нагрузочную способность блока питания, но нам хватит и этого.

Ток который эта схема может отдать можно, ЕМНИП, примерно вычислить по формуле:

I = 2F * C (1.41U — Uвых/2).

• F — частота питающей сети. У нас 50гц.
• С — емкость
• U — напряжение в розетке
• Uвых — выходное напряжение

Сама формула выводится из жутких интегралов от формы тока и напряжения. В принципе можешь сам ее нагуглить по кейворду «гасящий конденсатор расчет», материала предостаточно.

В нашем случае получается что I = 100 * 0.46E-6 (1.41*U — Uвых/2) = 15мА

Не феерия, но для работы МК+TSOP+оптоинтерфейс какой- нибудь более чем достаточно. А большего обычно и не требуется.

Еще добавить парочку кондеров для дополнительной фильтрации питания и можно использовать:

После чего, как обычно, все вытравил и спаял:

Схема многократно проверена и работает. Я ее когда то пихал в систему упр

Емкостной делитель напряжения | Самодельные проекты схем

В этом посте мы узнаем, как схемы емкостного делителя напряжения работают в электронных схемах, с помощью формул и решаемых примеров.

Автор: Dhrubajyoti Biswas

Что такое сеть делителя напряжения

Говоря о схеме делителя напряжения, важно отметить, что напряжение в цепи делителя равномерно распределяется между всеми существующими компонентами, связанными с сетью, хотя емкость может варьироваться в зависимости от состава компонентов.

Схема делителя напряжения может быть построена из реактивных компонентов или даже из постоянных резисторов.

Однако, по сравнению с емкостными делителями напряжения, резистивные делители остаются неизменными при изменении частоты питания.

Цель этой статьи — дать подробное представление о емкостных делителях напряжения. Но для более глубокого понимания важно детализировать емкостное реактивное сопротивление и его влияние на конденсаторы на различных частотах.

Конденсатор состоит из двух параллельно расположенных токопроводящих пластин, которые дополнительно разделены изолятором.Эти две пластины имеют один положительный (+) и другой отрицательный (-) заряд.

Когда конденсатор полностью заряжается постоянным током, диэлектрик [обычно называемый изолятором] блокирует ток, протекающий по пластинам.

Другая важная характеристика конденсатора по сравнению с резистором: конденсатор накапливает энергию на проводящих пластинах во время заряда, чего не делает резистор, поскольку он всегда имеет тенденцию выделять избыточную энергию в виде тепла.

Но энергия, запасенная конденсатором, передается в цепи, которые с ним связаны, в процессе его разряда.

Эта особенность конденсатора для хранения заряда называется реактивным сопротивлением и далее называется емкостным реактивным сопротивлением [Xc], для которого Ом является стандартной единицей измерения реактивного сопротивления.

Разряженный конденсатор при подключении к источнику постоянного тока реактивное сопротивление остается низким на начальной стадии.

Значительная часть тока протекает через конденсатор в течение короткого промежутка времени, что заставляет проводящие пластины быстро заряжаться, что в конечном итоге препятствует дальнейшему прохождению тока.

Как конденсатор блокирует постоянный ток?

В резисторе, конденсаторной последовательной сети, когда период времени достигает величины 5RC, проводящие пластины конденсатора полностью заряжаются, что означает, что заряд, полученный конденсатором, равен подаче напряжения, что останавливает любой дальнейший ток течь.

Кроме того, реактивное сопротивление конденсатора в этой ситуации под действием постоянного напряжения достигает максимального состояния [мегаом].

Конденсатор в источнике переменного тока

Что касается использования переменного тока [AC] для зарядки конденсатора, в котором поток переменного тока всегда имеет попеременную поляризацию, конденсатор, принимающий поток, подвергается постоянной зарядке и разряду на своих пластинах.

Теперь, если у нас есть постоянный ток, нам также нужно определить значение реактивного сопротивления, чтобы ограничить поток.

Факторы для определения значения емкостного сопротивления

Если мы посмотрим на емкость, мы обнаружим, что количество заряда на проводящих пластинах конденсатора пропорционально величине емкости и напряжения.

Теперь, когда конденсатор получает ток от входа переменного тока, напряжение питания постоянно изменяется в своем значении, что неизменно слишком пропорционально изменяет номинал пластин.

Теперь давайте рассмотрим ситуацию, когда конденсатор имеет более высокое значение емкости.

В этой ситуации сопротивление R потребляет больше времени для зарядки конденсатора τ = RC. Это означает, что если зарядный ток протекает в течение более длительного периода времени, реактивное сопротивление регистрирует меньшее значение Xc в зависимости от заданной частоты.

Аналогично, если значение емкости конденсатора меньше, то для зарядки конденсатора требуется более короткое время RC.

Это более короткое время вызывает протекание тока в течение более короткого промежутка времени, что приводит к сравнительно меньшему значению реактивного сопротивления Xc.

Следовательно, очевидно, что при более высоких токах значение реактивного сопротивления остается небольшим, и наоборот.

Таким образом, емкостное реактивное сопротивление всегда обратно пропорционально значению емкости конденсатора.

XC -1 C.

Важно отметить, что емкость — не единственный фактор для анализа емкостного реактивного сопротивления.

При низкой частоте приложенного переменного напряжения реактивное сопротивление увеличивается по времени в зависимости от назначенной постоянной времени RC.Кроме того, он также блокирует ток, указывая на более высокое значение реактивного сопротивления.

Аналогичным образом, если приложенная частота высока, реактивное сопротивление позволяет иметь меньший временной цикл для процесса зарядки и разрядки.

Кроме того, он также получает более высокий ток во время процесса, что приводит к более низкому реактивному сопротивлению.

Итак, это доказывает, что полное сопротивление (реактивное сопротивление переменного тока) конденсатора и его величина зависят от частоты. Следовательно, более высокая частота приводит к более низкому реактивному сопротивлению и наоборот, и, таким образом, можно сделать вывод, что емкостное реактивное сопротивление Xc обратно пропорционально частоте и емкости.

Указанную теорию емкостного реактивного сопротивления можно суммировать следующим уравнением:

Xc = 1 / 2πfC

Где:

· Xc = емкостное реактивное сопротивление в Ом, (Ом)


· π (пи) = числовая константа 3,142 (или 22 ÷ 7)


· = частота в герцах, (Гц)


· C = емкость в фарадах, ( F)

Емкостный делитель напряжения

В этом разделе подробно описывается, как частота питания влияет на два конденсатора, соединенных последовательно или последовательно, которые лучше называть схемой емкостного делителя напряжения.

Схема емкостного делителя напряжения

Чтобы проиллюстрировать работу емкостного делителя напряжения, давайте обратимся к схеме выше. Здесь C1 и C2 включены последовательно и подключены к источнику переменного тока напряжением 10 вольт. Находясь последовательно, оба конденсатора получают одинаковый заряд, Q.

Однако напряжение останется разным, и оно также зависит от значения емкости V = Q / C.

Рассматривая рисунок 1.0, расчет напряжения на конденсаторе можно определить разными способами.

Один из вариантов — определить полное сопротивление цепи и ток цепи, то есть проследить значение емкостного реактивного сопротивления на каждом конденсаторе и затем рассчитать падение напряжения на них. Например:

ПРИМЕР 1

Согласно рисунку 1.0, с C1 и C2 равными 10 мкФ и 20 мкФ соответственно, рассчитайте среднеквадратичные падения напряжения, возникающие на конденсаторе в ситуации синусоидального напряжения 10 вольт при 80 Гц.

C1 10 мкФ Конденсатор
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10 мкФ x 10-6 = 200 Ом
C2 = Конденсатор 20 мкФ
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22 мкФ x 10-6 = 90
Ом

Общее емкостное реактивное сопротивление

Xc (общее) = Xc1 + Xc2 = 200 Ом + 90 Ом = 290 Ом
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10 мкФ x 22 мкФ / 10 мкФ + 22 мкФ = 6 ,88 мкФ
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6,88 мкФ = 290 Ом

Ток в цепи

I = E / Xc = 10 В / 290 Ом

Напряжение последовательно падает на обоих конденсаторах. Здесь емкостной делитель напряжения рассчитывается как:

Vc1 = I x Xc1 = 34,5 мА x 200 Ом = 6,9 В
Vc2 = I x Xc2 = 34,5 мА x 90 Ом = 3,1 В

Если значения конденсаторов различаются, тем меньше Конденсатор номинального значения может затем заряжаться до более высокого напряжения по сравнению с конденсатором большого номинала.

В примере 1 зарегистрированный заряд напряжения составляет 6,9 и 3,1 для C1 и C2 соответственно. Поскольку расчет основан на теории напряжения Кирхгофа, общее падение напряжения для отдельного конденсатора равно значению напряжения питания.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Коэффициент падения напряжения для двух конденсаторов, подключенных к цепи последовательного емкостного делителя напряжения, всегда остается неизменным, даже если есть частота в питании.

Следовательно, как в Примере 1, 6.9 и 3,1 вольт одинаковы, даже если частота питания максимальна от 80 до 800 Гц.

ПРИМЕР 2

Как найти падение напряжения на конденсаторе, используя те же конденсаторы, что и в примере 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10 мкФ = 2 Ом

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22 мкФ = 0,9 Ом

I = V / Xc (общее) = 10 / 2,9 = 3,45 А

Следовательно, Vc1 = I x Xc1 = 3,45 A x 2Ω = 6,9 В

And, Vc2 = I x Xc2 = 3,45 A x 0,9 Ω = 3,1 В

Поскольку соотношение напряжений остается одинаковым для обоих конденсаторов , с увеличением частоты питания его влияние проявляется в уменьшении суммарного емкостного реактивного сопротивления, а также общего импеданса цепи.

Пониженный импеданс вызывает более высокий ток, например, ток цепи на 80 Гц составляет около 34,5 мА, тогда как на 8 кГц может быть 10-кратное увеличение подачи тока, то есть около 3,45 А.

Таким образом, можно сделать вывод, что ток через емкостной делитель напряжения пропорционален частоте I ∝ f.

Как обсуждалось выше, в емкостных делителях, состоящих из последовательно соединенных конденсаторов, падает напряжение переменного тока.

Для определения правильного падения напряжения емкостные делители принимают значение емкостного реактивного сопротивления конденсатора.

Следовательно, он не работает как делители для постоянного напряжения, поскольку при постоянном токе конденсаторы задерживают и блокируют ток, что вызывает нулевой ток.

Делители могут использоваться в случаях, когда питание регулируется частотой.

Емкостный делитель напряжения может использоваться в различных электронных устройствах, от устройства сканирования пальца до генераторов Колпитца. Он также широко используется в качестве дешевой альтернативы сетевому трансформатору, в котором используется емкостной делитель напряжения для снижения высокого сетевого тока.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Делители напряжения с частотной компенсацией [Analog Devices Wiki]

Цель:

Цель этой лабораторной работы — изучить проблемы емкостной нагрузки резистивных делителей напряжения и ее влияние на частотную характеристику.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования.Зеленые прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока –V добавляется, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H. Кривые осциллографа также обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Делитель или аттенюатор напряжения с частотной компенсацией представляет собой простую двухпортовую RC-цепь, обеспечивающую фиксированный коэффициент деления напряжения или затухание в широком диапазоне частот, а не только при постоянном токе. Такие сети используются там, где часть схемы, нагружающая выход делителя напряжения, является емкостной. Это особенно важно, когда сигнал имеет широкую полосу пропускания, то есть не является синусоидальным. Простейший аттенюатор напряжения представляет собой чисто резистивный делитель напряжения с передаточной функцией: H (jω) = В ₂ / В _S = R ₂ / (R ₁ + R ₂ ), где на входе В _S = В ₁ + В ₂ , а на выходе В ₂ , как на рисунке 1.Передаточная функция резистивного делителя напряжения не зависит от частоты только в том случае, если резисторы идеальны и любые паразитные емкости, связанные с цепью, пренебрежимо малы.

Рисунок 1, простой резисторный делитель напряжения

Проблема, наблюдаемая на высоких частотах, заключается в том, что паразитная емкость влияет на общий отклик резистивного делителя напряжения. Самый простой способ исправить эту проблему — установить конденсаторы параллельно резисторам.Рассмотрим схему делителя на рисунке 2. Конденсатор C ₂ , который находится на выходе, В ₂ , можно рассматривать как любую паразитную паразитную емкость на выходе делителя, которая может быть частью системы. Мы видим, что эта схема, известная как делитель с частотной компенсацией, работает как резистивный делитель напряжения на постоянном токе или низких частотах и ​​как емкостный делитель напряжения на высоких частотах. Делители напряжения могут быть построены из реактивных компонентов так же, как они могут быть построены из резисторов.Так же, как и в случае резисторных делителей, на коэффициент делителя емкостного делителя напряжения не влияют изменения частоты сигнала, даже если реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты.

Передаточное отношение делителя V ₂ / V _S = X _C2 / (X _C1 + X _C2 ). Емкостное реактивное сопротивление X _C пропорционально 1 / C, поэтому В ₂ / В _S = C ₁ / (C ₁ + C ₂ ) аналогично формуле для резисторный делитель.В простом случае, когда R ₁ = R ₂ , мы имеем коэффициент делителя 1/2 для резисторов. Чтобы иметь такое же отношение делителя 1/2 для конденсаторов C ₁ = C ₂ .

Рисунок 2, Делитель с частотной компенсацией

Компенсированный делитель использует подавление полюса-ноля для подавления нежелательной частотной зависимости, вызванной любой паразитной емкостью на выходной стороне сети. Если номиналы резистора и конденсатора отрегулированы так, что полюс и ноль H (s) накладываются друг на друга, | H (jω) | становится независимым от частоты.

Поучительный способ узнать об условиях погашения полюс-нуль состоит в том, чтобы записать предельные, низкочастотные и высокочастотные выражения для | H (jω) | а затем установить их равными друг другу. В результате получается простая взаимосвязь между R ₁ , R ₂ , C ₁ и C ₂ .

Рисунок 3, Показывающий (а) правильную настройку, (б) при компенсации, © чрезмерную компенсацию на краях прямоугольной волны.

Эксперимент по компенсации входной емкости ALM1000

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
1 — резистор 1 МОм
1 — конденсатор, значение подлежит определению

Направления:

Возвращаясь к рисунку 2, мы можем рассматривать R ₂ для представления входного сопротивления 1 МОм каналов ALM1000 в режиме Hi-Z.Аналогичным образом, C ₂ можно рассматривать как представление паразитной паразитной емкости входов. Резистор и конденсатор внутри зеленого прямоугольника показаны на рисунке 4. Используйте еще 1 МОм в качестве R ₁ , чтобы получить коэффициент делителя 1/2. Начните без включения C ₁ , чтобы измерить влияние на частотную характеристику из-за C ₂ .

Рисунок 4, Настройка делителя напряжения.

Процедура:

Установите AWG A в режим SVMI с минимальным значением 1.0 и максимальное значение до 4,0. Установите Shape на Square и Frequency на 500 Гц. Установите AWG B в режим Hi-Z. В разделе «Кривые» выберите для отображения CA- V и CB- V . Нажмите «Выполнить» и отрегулируйте горизонтальную шкалу времени так, чтобы было видно около 3 циклов. Вы должны увидеть резкую прямоугольную волну на канале A, а форма волны на каналах B должна выглядеть как красная кривая (b) на рисунке 3. Это потому, что C ₁ еще не включен. Оцените постоянную времени RC и значение C ₂ по форме сигнала канала B.

Откройте окно Bode Plotting. Вы можете отключить временную диаграмму, если хотите, при создании кривых частотной характеристики. Установите минимальное значение AWG A на 1,082 и максимальное значение на 3,92 (1 VRMS или 0 дБВ). Убедитесь, что форма была изменена на синусоидальную. Установите начальную частоту на 100 и конечную частоту на 20000. Выберите CH-A в качестве источника развертки. Под кривыми выберите кривые CA-dBV, CB-dBV и CA- дБ — CB- дБ , которые будут отображаться. В окне БПФ лучше всего работает окно с плоским верхом.Установите количество точек развертки на 300 и одиночную развертку. Нажмите кнопку «Выполнить».

Теперь у вас должно быть соотношение усиления (затухания) к частотной характеристике для некомпенсированного делителя. Из точки -3 дБ графика усиления оцените постоянную времени RC и значение C ₂ . Как эти значения соотносятся с тем, что вы рассчитали, используя отклик во временной области? Основываясь на ваших наилучших оценках значения C ₂ , вычислите значение для C ₁ , которое точно компенсирует C ₂ .Значение, которое вы придете, вероятно, не будет близко к стандартному значению конденсатора. Найдите параллельную комбинацию (или последовательную комбинацию) двух или более конденсаторов, которая в сумме дает необходимое значение для C ₁ .

Добавьте свою новую комбинацию C ₁ к R ₁ на макете.

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой новой цепи. Будет ли теперь временная характеристика выходного сигнала делителя более похожа на синюю форму волны (a) на рисунке 3? Если нет, то почему? Сравните частотную характеристику схемы до и после добавления C ₁ .Какая сейчас частота -3 дБ ?

Характеристики цепи конденсаторного делителя:

Давайте теперь посмотрим только на путь конденсаторного делителя. Отсоедините R ₁ от конца C ₁ и подключите его к фиксированному источнику питания 2,5 В , как показано на рисунке 5. Путь только через C ₁ блокирует путь постоянного тока от канала A. Подключение R ₁ на фиксированное питание 2,5 В восстанавливает уровень постоянного напряжения на входе канала B.

Рисунок 5, только путь через конденсаторный делитель

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой версии схемы. Сравните характеристики схемы во временной и частотной областях с тем, что вы получили только с R ₁ и с R ₁ и C ₁ , подключенными параллельно (рисунок 4). Какая сейчас частота -3 дБ ? Частотная характеристика плоская, низкая или высокая? Объяснить, почему.

Использование делителя для измерения батареи 9 В:

Теперь мы будем использовать делитель напряжения для измерения напряжений, превышающих диапазон от 0 до +5 В , разрешенный оборудованием ALM1000.Но сначала нам нужно откалибровать смещение и усиление делителя.

Отсоедините конец R ₁ , C ₁ от канала A, рисунок 4, и подключите их к земле. Установите значение усиления канала B на 2,0, приблизительное соотношение делителя, на данный момент. Контролируя среднее значение постоянного тока для канала B, отрегулируйте значение, введенное в окне ввода смещения канала B.

Теперь снова подключите R ₁ / C ₁ к выходу канала A. Сигналы каналов A и B теперь должны более точно совпадать друг с другом.При необходимости слегка увеличьте или уменьшите значение усиления так, чтобы плоские части верхней и нижней части прямоугольных волн располагались прямо друг над другом. Возможно, вам придется немного подправить смещение, чтобы получить идеальное выравнивание. Программное обеспечение теперь откалибровано по делителю напряжения.

Отсоедините R ₁ / C ₁ от канала A. Подключите отрицательную (-) клемму батареи 9 V к массе, а положительную (+) клемму к R ₁ / C ₁ .Среднее значение постоянного тока, считываемое каналом B, теперь должно соответствовать напряжению постоянного тока батареи 9 В . Вам нужно будет изменить вертикальный диапазон канала B на 1 V / Div и положение на 5.0, чтобы увидеть 9 вольт на сетке осциллографа.

Пробники осциллографа:

В пассивном пробнике осциллографа 10X используется последовательный резистор (9 МОм) для обеспечения ослабления 10: 1, когда он используется с входным сопротивлением 1 МОм самого осциллографа. Стандартным для большинства входов осциллографов является импеданс 1 МОм. Это позволяет заменять пробники осциллографа между осциллографами разных производителей.На рисунке представлена ​​схема типичного датчика 10X. Пробники осциллографа 10X также допускают некоторую частотную компенсацию, чтобы учесть изменения входной емкости канала осциллографа. Схема конденсаторного делителя встроена в пробник, как показано на рисунке. Затем можно использовать регулируемый конденсатор, подключенный к земле, для выравнивания частотной характеристики пробника.

Вы можете найти дополнительную информацию о том, как подключить разъем BNC пробника осциллографа к вашей макетной плате или входам ALM1000: Подключите кабели BNC к модулям Active Learning.

Рисунок 6, Типовая схема пробника осциллографа

Входные каналы ALM1000 имеют входное сопротивление 1 МОм, но входная емкость намного больше, чем диапазон регулировки примерно 10 пФ от до 50 пФ большинства пробников 10X.Конденсатор, подключенный параллельно резистору 9 МОм, обычно составляет 10 пФ , а параллельная комбинация входной емкости осциллографа и регулируемого компенсационного конденсатора в пробнике должна быть близка к 90 пФ . Это означает, что если стандартный пробник был подключен непосредственно ко входу ALM1000, то компенсация частотной характеристики невозможна.

Буферный усилитель с единичным коэффициентом усиления (AD8541 или AD8542) можно вставить между схемой пробника и входом ALM1000, как показано на рисунке 7.R ₁ и C ₁ замыкают цепь резистора / конденсаторного делителя 10-кратного пробника.

Рис. 7. Вставьте буфер единичного усиления для уменьшения входной емкости.

Если резистор R ₁ подключен к земле, можно измерять только положительное напряжение. Если R ₁ подключен к 2,5 В , середине диапазона входного сигнала 0–5 В усилителя, вводится смещение, и можно измерять как положительное, так и отрицательное напряжение.

Для дальнейшего чтения:

Емкостный делитель напряжения
Пробники осциллографа
Создание собственных пробников осциллографа
Новая функция в ALICE добавляет компенсацию частоты входного делителя

Вернуться к лабораторной работе Содержание

университет / курсы / alm1k / circuit1 / alm-cir-Voltage-diverr.txt · Последнее изменение: 02 декабря 2019 г., 19:23, автор: dmercer

.

Делитель напряжения постоянного тока с использованием конденсаторов

Добавьте к этому, что любая ссылка на «переключаемые конденсаторы» фактически меняет ситуацию с постоянного тока на переменный, хотя, возможно, и со странной формой волны.
Возьмем дальше — любая функция с изменяющимся временем будет включать зарядку и разрядку конденсаторов, но не постоянный ток.

Настоящие конденсаторы вполне могут иметь «некоторую» утечку, но может достигать нескольких гигаомов, а реальная вероятность того, что через немного старого отпечатка пальца, реагируя с влажностью, будет больше, чем через диэлектрическую изоляцию.Настоящий конденсатор с конечными проводниками и физическими размерами также будет иметь некоторую индуктивность. Будет собственная резонансная частота и, возможно, другая для эквивалента последовательного режима. Смоделируйте его полностью, а конденсатор — это небольшая цепь L C R.

Чтобы получить мгновенное прецизионное деление напряжения для постоянного тока, вам необходимо, чтобы действительная часть импеданса компонента присутствовала — резистивная часть.
Примените переменный ток, и резисторы ВСЕ ЕЩЕ дают вам разделение — и это все еще версия для переменного тока, не уступающая приложенному переменному току.

Имея только чистые конденсаторы, вы можете получить точное деление напряжения только при переменном токе. Он использует РЕАКТИВНУЮ часть импеданса компонента.

Мы не будем сейчас слишком углубляться в способ выражения импеданса комплексными числами, но подумайте [РЕАЛЬНАЯ ЧАСТЬ резистивная] + j * [РЕАКТИВНАЯ ЧАСТЬ емкостная]
Реактивная часть конденсатора зависит от частоты. Посмотрите вверх, чтобы найти Xc = 1 / j * (2 * pi () * Frequency * Capacitance), и «j» там заканчивается знаком минус.

Чем ниже частота, тем больше Xc, пока на нулевой частоте мы не дойдем до постоянного тока, а сопротивление будет бесконечным!
(за исключением нескольких электронов, которые протекают по старому отпечатку пальца или проходят через изоляцию)!

Хорошие конденсаторы, удерживающие постоянный ток, могут разряжаться больше от входящего космического излучения, чем от утечки изоляции, но вы обнаружите, что в некоторых схемах с чрезвычайно высоким импедансом (например, pH-метры) могут использоваться печатные платы из стекла, оксида алюминия или ПТФЭ с керамическим наполнением, входы усилителя окружены заземленными «охранными кольцами».Здесь начинают думать о токах как о нескольких десятках миллионов электронов вместо микроампер!

Следует помнить, что реактивные компоненты (конденсаторы и катушки индуктивности) присутствуют только временно, пока все меняется! Они действительно исчезают при достижении устойчивого состояния (DC). Они снова появляются в тот момент, когда вы пытаетесь изменить (разрядить), и, конечно же, AC — это случай «непрерывного изменения».

.Емкостный конденсатор делителя напряжения

80кв 100кв 120кв 150кв Керамический конденсатор дверной ручки

Высоковольтный керамический дисковый конденсатор 150 кВ, 500 пФ, керамические конденсаторы сверхвысокого напряжения литого типа 150 кВ, 150 кВ, 501 кВ, высоковольтный конденсатор дверной ручки, 150 кВ сверхвысокий керамический конденсатор дверной ручки, предлагаемый AnXon Electronic

Конденсатор делителя напряжения 80 кВ 100 кВ Керамический конденсатор дверной ручки

Допуск:

Номинальные характеристики:	150KV 500PF, 150KV 501
P / N	CT8G150KVD50
K, ± 10%, M, ± 20%
Тип:	Литой / дверная ручка / винтовой монтаж
Керамический диэлектрик:	Y5U
Рабочая температура:	-30C ~ 85C
Размер / размер (ΦD × T * H):	D: 60 мм, T: 91 мм, H: 95 мм

Наше преимущество:

AnXon Electronic является профессиональным производителем и поставщиком керамических конденсаторов высокого напряжения, конденсаторов дверной ручки высокого напряжения, конденсаторов импульсной мощности высокого напряжения, конденсаторов дверной ручки RF

1.Короткие сроки, быстрая доставка

2. Низкая себестоимость, отличное качество

3. 100% убежденность клиентов мирового класса

4. Доступен высоковольтный конденсатор с осевыми выводами

5. M4, M5, № 8- 32 Резьба винта, K, ± 10%, M, допуск ± 20%.

6. Доступны конденсаторы с покрытием и без покрытия

7. Доступны специальные конденсаторы

Поставщик высоковольтных керамических конденсаторов, производитель конденсаторов с формованной дверной ручкой,

Керамические конденсаторы постоянного тока 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ, 30 кВ, 40 кВ, 50 кВ, 60 кВ, 65 кВ, 70 кВ, 80 кВ, 100 кВ, 120 кВ, 150 кВ Информация:

Дисковые конденсаторы высокого напряжения, монтаж на винтах

Металлические клеммы литого типа Серия

H

5

HP30E61950M

5

5

5

5

5

60кВ 500ПФ

5 43

5

5

.5

5

5

5

5

05

5

5

Номер детали	Спец.	Размер (мм)				Крест P / N.
		D	18	M
CT8G60KVDL1950K	60KV 195PF	28
	28
CT8G60KVDL3750K	60KV 375PF	38	39	43 08	43
48	39	43	5	HP50E60501M
CT8G60KVDL701K 0
60KV5
5	HP50E60701M
CT8G60KVDL851K	60KV 850PF	58
CT8G60KVDL102K	60KV 1000PF	58	39	43	5		5	M	5	9002 HP609	M 90 005	58	39	43	5	HP60E60122M
CT8G70KVF202M			58	5
CT8G80KVDL102K	80KV 1000PF	50	53 585	5
CT8G100KVDL501K	100KV 500PF	50	53
53
CT8G100KVDL6750K	100кВ 675PF	50	53	58.5	5	HP60E96750M
CT8G100KVDL701K	100KV 700PF	50		50
CT8G100KVDL751K	100KV 750PF	55	53	58.5	5	HP60E M
CT8G100KVDL8250K	100KV 825PF	55		55		55
CT8G100KVDL102K	100KV 1000PF	55	53	58.5	5
CT8G100KVD202M	100KV 2000PF	72	80		80
CT8G100KVD302M	100KV 3000PF	85	80	84	5	0 1 • Газовые лазеры • Высоковольтные делители • Генераторы Маркса, Генераторы • Высоковольтные источники питания, блоки питания постоянного тока HV • Высоковольтные соединительные устройства • Система соединения линий электропередач для Интернета и телекоммуникаций • Молниеотводы, системы распределения напряжения. • Электронные микроскопы, синхроскопы • Машины для электростатического нанесения покрытий Конденсатор дверной ручки высокого напряжения Характеристики • Отличное поведение в условиях импульсного и быстрого разряда • Низкий коэффициент рассеяния • Очень низкий частичный разряд • Отличные характеристики напряжения • Доступны литые, винтовые или осевые выводы • Доступны устройства с покрытием и без покрытия Производство керамических конденсаторов высокого напряжения Испытания керамических конденсаторов высокого напряжения Упаковка конденсатора дверной ручки высокого напряжения Индивидуальные высоковольтные конденсаторы доступны по запросу, пожалуйста, свяжитесь с нами для получения более подробной информации. , No related posts. Разное Похожие записи Распайка интернет кабеля 8 жил: Распиновка сетевого кабеля 8 жил 09.09.2021 Напольный электрический водонагреватель: Напольные электрические накопительные водонагреватели купить по низкой цене в магазине 08.09.2021 Распред коробки внутренние: Внутренние распределительные коробки скрытой установки 06.09.2021 Монтаж щитов: Монтаж щитов, пультов и комплектных объемных устройств | Подстанции 05.09.2021 Узо марки: Выбор узо для квартиры и для частного дома, расчет номинала, выбор марки 05.09.2021 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта