O que é um divisor de tensão e como calculá-lo?

A opção de orçamento para converter os principais parâmetros de corrente elétrica são os divisores de tensão. Esse dispositivo é fácil de fazer por conta própria, mas para fazer isso, você precisa conhecer a finalidade, as aplicações, o princípio de operação e os exemplos de cálculo.

Finalidade e aplicação

Um transformador é usado para converter a tensão alternada, graças ao qual um valor de corrente suficientemente alto pode ser mantido. Se for necessário conectar uma carga que consome uma pequena corrente (até centenas de mA) a um circuito elétrico, o uso de um transformador de tensão (U) não é aconselhável.

Nesses casos, você pode usar o divisor de tensão (DN) mais simples, cujo custo é muito menor. Depois de obter o valor necessário, U é endireitado e a energia é fornecida ao consumidor. Se necessário, para aumentar a corrente (I), você precisa usar o estágio de saída para aumentar a potência.Além disso, existem divisores e U constante, mas esses modelos são usados ​​com menos frequência do que outros.

Os DNs são frequentemente usados ​​para carregar vários dispositivos nos quais é necessário obter valores mais baixos de U e correntes de 220 V para diferentes tipos de baterias. Além disso, é aconselhável usar dispositivos para dividir U para criar instrumentos de medição elétrica, equipamentos de informática, bem como fontes de alimentação pulsadas e comuns de laboratório.

Princípio da Operação

Um divisor de tensão (DN) é um dispositivo no qual a saída e a entrada U são interconectadas usando um coeficiente de transferência. O coeficiente de transferência é a razão dos valores de U na saída e na entrada do divisor. O circuito divisor de tensão é simples e é uma cadeia de dois consumidores conectados em série - elementos de rádio (resistores, capacitores ou indutores). Eles diferem em termos de desempenho.

A corrente alternada tem essas grandezas principais: tensão, corrente, resistência, indutância (L) e capacitância (C). Fórmulas para calcular as quantidades básicas de eletricidade (U, I, R, C, L) quando os consumidores estão conectados em série:

1. Os valores de resistência se somam;
2. As tensões se somam;
3. A corrente será calculada de acordo com a lei de Ohm para a seção do circuito: I = U / R;
4. As indutâncias se somam;
5. Capacitância de toda a cadeia de capacitores: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

Para a fabricação de um resistor simples DN, é usado o princípio dos resistores conectados em série. Convencionalmente, o esquema pode ser dividido em 2 ombros. O primeiro ressalto é o superior e está localizado entre a entrada e o ponto zero do DN, e o segundo é o inferior, e dele é retirada a saída U.

A soma de U nesses braços é igual ao valor resultante do U de entrada. Existem tipos lineares e não lineares de RPs. Dispositivos lineares incluem dispositivos com saída U, que varia linearmente dependendo do valor de entrada. Eles são usados ​​para definir o U desejado em várias partes dos circuitos. Não lineares são usados ​​em potenciômetros funcionais. Sua resistência pode ser ativa, reativa e capacitiva.

Além disso, o DN também pode ser capacitivo. Ele usa uma cadeia de 2 capacitores que são conectados em série.

Seu princípio de operação é baseado no componente reativo da resistência dos capacitores em um circuito de corrente com componente variável. O capacitor possui não apenas características capacitivas, mas também resistência Xc. Essa resistência é chamada de capacitiva, depende da frequência da corrente e é determinada pela fórmula: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, onde w é a frequência cíclica, C é o valor do capacitor .

A frequência cíclica é calculada pela fórmula: w = 2 * PI * f, onde PI = 3,1416 ef é a frequência AC.

O tipo capacitor, ou capacitivo, permite receber correntes relativamente grandes do que com dispositivos resistivos. Tem sido amplamente utilizado em circuitos de alta tensão, nos quais o valor de U deve ser reduzido várias vezes. Além disso, tem uma vantagem significativa - não superaquece.

O tipo indutivo de DN é baseado no princípio da indução eletromagnética em circuitos de corrente com componente variável. A corrente flui através do solenóide, cuja resistência depende de L e é chamada indutiva. Seu valor é diretamente proporcional à frequência da corrente alternada: Xl \u003d w * L, onde L é o valor da indutância do circuito ou bobina.

O DN indutivo funciona apenas em circuitos com corrente, que possui componente variável e possui resistência indutiva (Xl).

Vantagens e desvantagens

As principais desvantagens de um DN resistivo são a impossibilidade de seu uso em circuitos de alta frequência, uma queda significativa de tensão nos resistores e uma diminuição na potência. Em alguns circuitos, é necessário selecionar a potência das resistências, pois ocorre um aquecimento significativo.

Na maioria dos casos, os circuitos de corrente alternada utilizam DN com carga ativa (resistiva), mas com o uso de capacitores de compensação ligados em paralelo a cada um dos resistores. Essa abordagem permite reduzir o calor, mas não remove a principal desvantagem, que é a perda de energia. A vantagem é o uso em circuitos DC.

Para eliminar a perda de potência em um DN resistivo, os elementos ativos (resistores) devem ser substituídos por capacitivos. O elemento capacitivo em relação ao DN resistivo tem várias vantagens:

1. É usado em circuitos AC;
2. Sem superaquecimento;
3. A perda de potência é reduzida, pois o capacitor não possui, ao contrário do resistor, potência;
4. A aplicação em fontes de alta tensão é possível;
5. Fator de alta eficiência (COP);
6. Menos perda em I.

A desvantagem é que não pode ser usado em circuitos com U constante. Isso se deve ao fato de que o capacitor em circuitos CC não possui capacitância, mas atua apenas como capacitância.

O DN indutivo em circuitos com componente variável também tem várias vantagens, mas também pode ser usado em circuitos com um valor constante de U.O indutor possui resistência, mas devido à indutância, esta opção não é adequada, pois há uma queda significativa em U. As principais vantagens em relação ao tipo resistivo de DN:

1. Aplicação em redes com variável U;
2. Leve aquecimento dos elementos;
3. Menor perda de potência em circuitos AC;
4. Eficiência relativamente alta (superior à capacitiva);
5. Uso em equipamentos de medição de alta precisão;
6. Tem um erro menor;
7. A carga conectada à saída do divisor não afeta a relação de divisão;
8. A perda de corrente é menor que a dos divisores capacitivos.

As desvantagens incluem o seguinte:

1. O uso de U constante em redes de energia leva a perdas de corrente significativas. Além disso, a tensão cai drasticamente devido ao consumo de energia elétrica para a indutância.
2. O sinal de saída em resposta em frequência (sem o uso de ponte retificadora e filtro) muda.
3. Não aplicável a circuitos CA de alta tensão.

Cálculo do divisor de tensão em resistores, capacitores e indutâncias

Depois de escolher o tipo de divisor de tensão para o cálculo, você precisa usar as fórmulas. Se o cálculo estiver incorreto, o próprio dispositivo, o estágio de saída para amplificar a corrente, e o consumidor podem queimar. As consequências de cálculos incorretos podem ser ainda piores do que a falha dos componentes do rádio: incêndio como resultado de um curto-circuito e choque elétrico.

Ao calcular e montar o circuito, você deve seguir rigorosamente as regras de segurança, verificar o dispositivo antes de ligá-lo para a montagem correta e não testá-lo em uma sala úmida (a probabilidade de choque elétrico aumenta). A principal lei utilizada nos cálculos é a lei de Ohm para a seção do circuito.Sua formulação é a seguinte: a intensidade da corrente é diretamente proporcional à tensão na seção do circuito e inversamente proporcional à resistência desta seção. A entrada da fórmula fica assim: I = U / R.

Algoritmo para calcular o divisor de tensão em resistores:

1. Tensão total: Upit \u003d U1 + U2, onde U1 e U2 são os valores U de cada um dos resistores.
2. Tensões do resistor: U1 = I * R1 e U2 = I * R2.
3. Upit \u003d I * (R1 + R2).
4. Sem corrente de carga: I = U / (R1 + R2).
5. U drop em cada um dos resistores: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit e U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.

Os valores de R1 e R2 devem ser 2 vezes menores que a resistência da carga.

Para calcular o divisor de tensão em capacitores, você pode usar as fórmulas: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit e U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

As fórmulas para calcular DN em indutâncias são semelhantes: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit e U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Os divisores são usados ​​na maioria dos casos com uma ponte de diodos e um diodo zener. Um diodo zener é um dispositivo semicondutor que atua como um estabilizador U. Os diodos devem ser selecionados com um U reverso maior do que o permitido neste circuito. O diodo zener é selecionado de acordo com o livro de referência para o valor de tensão de estabilização necessário. Além disso, um resistor deve ser incluído no circuito à sua frente, pois sem ele o dispositivo semicondutor queimará.

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