Trong điện tử, quy tắc phân áp là một quy tắc đơn giản và quan trọng nhất mạch điện tử , được sử dụng để thay đổi điện áp lớn thành điện áp nhỏ. Chỉ cần sử dụng một điện áp i / p và hai điện trở nối tiếp, chúng ta có thể nhận được một điện áp o / p. Ở đây, điện áp đầu ra là một phần nhỏ của điện áp i / p. Ví dụ tốt nhất cho một bộ phân áp là hai điện trở được mắc nối tiếp. Khi điện áp i / p được đặt trên cặp điện trở và điện áp o / p sẽ xuất hiện từ kết nối giữa chúng. Nói chung, các bộ chia này được sử dụng để giảm độ lớn của điện áp hoặc để tạo ra điện áp tham chiếu và cũng được sử dụng ở tần số thấp như một bộ suy hao tín hiệu. Đối với DC và tần số tương đối thấp, bộ phân áp có thể hoàn hảo một cách thích hợp nếu chỉ được làm bằng điện trở khi đáp ứng tần số được yêu cầu trên một phạm vi rộng.
Quy tắc phân chia điện áp là gì?
Định nghĩa: Trong lĩnh vực điện tử, mạch phân áp là một mạch điện cơ bản, dùng để tạo ra một phần điện áp đầu vào của nó giống như đầu ra. Mạch này có thể được thiết kế với hai điện trở, nếu không thì bất kỳ thành phần thụ động nào cùng với nguồn điện áp. Các điện trở trong mạch có thể được mắc nối tiếp trong khi nguồn điện áp được nối trên các điện trở này. Mạch này còn được gọi là mạch phân thế. Điện áp đầu vào có thể truyền giữa hai đầu điện trở trong đoạn mạch để diễn ra sự phân chia hiệu điện thế.
Khi nào sử dụng Quy tắc phân chia điện áp?
Quy tắc phân áp được sử dụng để giải mạch nhằm đơn giản hóa việc giải. Áp dụng quy tắc này cũng có thể giải quyết triệt để các mạch điện đơn giản Khái niệm chính của quy tắc phân áp này là “Hiệu điện thế được chia giữa hai điện trở mắc nối tiếp tỷ lệ thuận với điện trở của chúng. Bộ phân áp liên quan đến hai phần quan trọng chúng là mạch và phương trình.
Sơ đồ phân chia điện áp khác nhau
Một bộ phân áp gồm nguồn điện áp nối tiếp vào hai đầu điện trở. Bạn có thể thấy các mạch điện áp khác nhau được vẽ theo các cách khác nhau được hiển thị bên dưới. Nhưng những các mạch khác nhau nên luôn luôn giống nhau.
Sơ đồ phân chia điện áp
Trong các mạch phân áp khác nhau ở trên, điện trở R1 gần nhất với điện áp đầu vào Vin và điện trở R2 gần nhất với đầu nối đất. Điện áp rơi trên điện trở R2 được gọi là Vout là điện áp chia của đoạn mạch.
Tính toán phân chia điện áp
Ta xét đoạn mạch sau được nối bằng hai điện trở R1 và R2. Nơi mắc biến trở được nối giữa nguồn điện áp. Trong đoạn mạch dưới đây, R1 là điện trở giữa tiếp điểm trượt của biến trở và cực âm. R2 là điện trở giữa cực dương và tiếp điểm trượt. Điều đó có nghĩa là hai điện trở R1 và R2 mắc nối tiếp.
Quy tắc phân chia điện áp sử dụng hai điện trở
Định luật Ohm tuyên bố rằng V = IR
Từ phương trình trên, chúng ta có thể nhận được các phương trình sau
V1 (t) = R1i (t) …………… (I)
V2 (t) = R2i (t) …………… (II)
Áp dụng định luật điện áp Kirchhoff
KVL phát biểu rằng khi tổng đại số của điện áp xung quanh một đường dẫn kín trong mạch bằng không.
-V (t) + v1 (t) + v2 (t) = 0
V (t) = V1 (t) + v2 (t)
vì thế
V (t) = R1i (t) + R2i (t) = i (t) (R1 + R2)
Vì thế
i (t) = v (t) / R1 + R2 ……………. (III)
Thay thế III trong các phương trình I và II
V1 (t) = R1 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R1 / R1 + R2)
V2 (t) = R2 (v (t) / R1 + R2)
V (t) (R2 / R1 + R2)
Đoạn mạch trên cho biết hiệu điện thế phân chia giữa hai đầu điện trở tỉ lệ thuận với điện trở của chúng. Quy tắc phân áp này có thể được mở rộng cho các mạch được thiết kế với nhiều hơn hai điện trở.
Quy tắc phân chia điện áp sử dụng ba điện trở
Quy tắc phân chia hiệu điện thế cho đoạn mạch hai điện trở trên
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
Phương trình phân chia điện áp
Phương trình quy tắc phân áp chấp nhận khi bạn biết ba giá trị trong đoạn mạch trên, chúng là điện áp đầu vào và giá trị hai điện trở. Bằng cách sử dụng phương trình sau, chúng ta có thể tìm thấy điện áp đầu ra.
Vault = Vin. R2 / R1 + R2
Phương trình trên nói rằng Vout (điện áp o / p) tỷ lệ thuận với Vin (điện áp đầu vào) và tỷ số của hai điện trở R1 và R2.
Bộ phân chia điện áp điện trở
Đây là một mạch rất dễ dàng và đơn giản để thiết kế cũng như hiểu. Loại cơ bản của mạch phân áp thụ động có thể được chế tạo với hai điện trở mắc nối tiếp. Mạch này sử dụng quy tắc phân áp để đo điện áp rơi trên mọi điện trở nối tiếp. Mạch phân áp điện trở như hình bên dưới.
Trong đoạn mạch phân chia điện trở, hai điện trở như R1 và R2 mắc nối tiếp. Vì vậy, dòng điện trong các điện trở này sẽ giống nhau. Do đó, nó cung cấp điện áp giảm (I * R) trên mọi điện trở.
Loại điện trở
Mắc nguồn điện áp, một nguồn điện áp đặt vào đoạn mạch này. Bằng cách áp dụng định luật KVL & Ohms cho mạch này, chúng ta có thể đo điện áp rơi trên điện trở. Vì vậy, cường độ dòng điện trong mạch có thể cho là
Bằng cách áp dụng KVL
VS = VR1 + VR2
Theo Ohm’s Law
VR1 = I x R1
VR2 = I x R2
VS = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2)
I = VS / R1 + R2
Cường độ dòng điện qua đoạn mạch nối tiếp là I = V / R theo Định luật Ôm. Vì vậy, dòng chảy của dòng điện là như nhau trong cả hai điện trở. Vì vậy, bây giờ có thể tính toán điện áp rơi trên điện trở R2 trong mạch
IR2 = VR2 / R2
Vs / (R1 + R2)
VR2 = Vs (R2 / R1 + R2)
Tương tự, điện áp rơi trên điện trở R1 có thể được tính như
IR1 = VR1 / R1
Vs / (R1 + R2)
VR1 = Vs (R1 / R1 + R2)
Bộ phân chia điện áp điện dung
Mạch phân áp dạng tụ tạo ra điện áp giảm trên các tụ điện mắc nối tiếp với nguồn điện xoay chiều. Thông thường, chúng được sử dụng để giảm điện áp cực cao để cung cấp tín hiệu điện áp đầu ra thấp. Hiện tại, những dải phân cách này có thể áp dụng cho máy tính bảng, điện thoại di động và thiết bị hiển thị dựa trên màn hình cảm ứng.
Không giống như mạch phân áp điện trở, mạch phân áp điện dung hoạt động với nguồn điện xoay chiều hình sin vì sự phân chia điện áp giữa các tụ điện có thể được tính toán với sự trợ giúp của điện trở tụ điện (XC) phụ thuộc vào tần số của nguồn AC.
Loại điện dung
Công thức điện trở điện dung có thể được suy ra là
Xc = 1 / 2πfc
Ở đâu:
Xc = Phản ứng điện dung (Ω)
π = 3,142 (một hằng số)
ƒ = Tần số đo bằng Hertz (Hz)
C = Điện dung đo bằng Farads (F)
Điện trở của mỗi tụ điện có thể được đo bằng điện áp cũng như tần số của nguồn điện xoay chiều & thay thế chúng trong phương trình trên để có được điện áp tương đương giảm trên mọi tụ điện. Mạch phân áp điện dung như hình bên dưới.
Bằng cách sử dụng các tụ điện này được kết nối trong chuỗi, chúng ta có thể xác định điện áp RMS giảm trên mọi tụ điện về điện trở của chúng khi chúng được kết nối với nguồn điện áp.
Xc1 = 1 / 2πfc1 & Xc2 = 1 / 2πfc2
XCT= XC1+ XC2
VC1= Vs (XC1/ XCT)
VC2= Vs (XC2/ XCT)
Bộ chia điện dung không cho phép đầu vào DC.
Một phương trình điện dung đơn giản cho đầu vào AC là
Vault = (C1 / C1 + C2) .Vin
Bộ phân chia điện áp cảm ứng
Bộ chia điện áp cảm ứng sẽ tạo ra sụt áp trên các cuộn dây, nếu không các cuộn cảm được mắc nối tiếp qua nguồn điện xoay chiều. Nó bao gồm một cuộn dây, nếu không thì cuộn dây đơn được tách thành hai phần ở bất cứ nơi nào nhận được điện áp o / p từ một trong các phần.
Ví dụ tốt nhất về bộ chia điện áp cảm ứng này là máy biến áp tự ngẫu bao gồm một số điểm điều chỉnh với cuộn dây thứ cấp của nó. Một bộ chia điện áp cảm ứng giữa hai đầu cuộn cảm có thể được đo thông qua điện kháng của cuộn cảm ký hiệu là XL.
Loại quy nạp
Công thức điện kháng quy nạp có thể được suy ra là
XL = 1 / 2πfL
‘XL’ là điện kháng cảm ứng được đo bằng Ohms (Ω)
π = 3,142 (một hằng số)
‘Ƒ’ là tần số được đo bằng Hertz (Hz)
‘L’ là độ tự cảm được đo bằng Henries (H)
Điện trở của hai cuộn cảm có thể được tính khi chúng ta biết tần số và điện áp của nguồn điện xoay chiều và sử dụng chúng thông qua định luật phân áp để có được điện áp giảm trên mỗi cuộn cảm được hiển thị bên dưới. Mạch phân áp kiểu cảm ứng như hình bên dưới.
Bằng cách sử dụng hai cuộn cảm mắc nối tiếp trong mạch, chúng ta có thể đo điện áp RMS giảm trên mọi tụ điện về mặt điện kháng của chúng khi chúng được kết nối với nguồn điện áp.
XL1= 2πfL1 & XL2= 2πfL2
XLT = XL1+ XL2
VL1 = Vs ( XL1/ XLT)
VL2 = Vs ( XL2/ XLT)
Đầu vào AC có thể được phân chia bằng các bộ chia cảm ứng dựa trên điện cảm:
Vout = (L2 / L1 + L2) * Vin
Phương trình này dành cho các cuộn cảm không tương tác và điện cảm lẫn nhau trong máy biến áp tự động sẽ thay đổi kết quả. Đầu vào DC có thể phân chia dựa trên điện trở của các phần tử theo quy tắc chia điện trở.
Vấn đề ví dụ về bộ chia điện áp
Các vấn đề ví dụ về bộ chia điện áp có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các mạch điện trở, điện dung và cảm ứng ở trên.
1). Giả sử tổng trở của một biến trở là 12 Ω. Tiếp điểm trượt được đặt tại điểm có điện trở được chia thành 4 Ω và 8Ω. Biến trở được nối qua một pin 2,5 V. Hãy kiểm tra hiệu điện thế xuất hiện trên vôn kế được nối qua phần 4 Ω của biến trở.
Theo quy tắc phân áp, điện áp giảm sẽ là,
Vout = 2,5Vx4 Ohms / 12Ohms = 0,83V
2). Khi hai tụ điện C1-8uF & C2-20uF được mắc nối tiếp trong mạch, điện áp RMS có thể được tính toán trên mọi tụ điện khi chúng được kết nối với nguồn cung cấp RMS 80Hz & 80 volt.
Xc1 = 1 / 2πfc1
1/2 × 3,14x80x8x10-6 = 1 / 4019,2 × 10-6
= 248,8 ôm
Xc2 = 1 / 2πfc2
1/2 × 3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6
= 99,52 ohms
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). Khi hai cuộn cảm L1-8 mH & L2- 15 mH được mắc nối tiếp, chúng ta có thể tính toán điện áp RMS giảm trên mọi tụ điện có thể được tính sau khi chúng được kết nối với 40 volt, nguồn cung cấp 100Hz RMS.
XL1 = 2πfL1
= 2 × 3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohms
XL2 = 2πfL2
= 2 × 3,14x100x15x10-3
9,42 ohms
XLT = XL1 + XL2
14.444 ohms
VL1 = Vs (XL1 / XLT)
= 40 (5.024 / 14.444) = 13,91 vôn
VL2 = Vs (XL2 / XLT)
= 40 (9,42 / 14,444) = 26,08 vôn
Các điểm khai thác điện áp trong mạng dải phân cách
Khi số điện trở mắc nối tiếp qua nguồn điện áp V trong mạch thì các điểm tiếp xúc điện áp khác nhau có thể được coi là A, B, C, D & E
Tổng điện trở trong mạch có thể được tính bằng cách cộng tất cả các giá trị điện trở như 8 + 6 + 3 + 2 = 19 kilo-ohms. Giá trị điện trở này sẽ hạn chế dòng điện trong toàn mạch tạo ra điện áp cung cấp (VS).
Các phương trình khác nhau được sử dụng để tính toán điện áp rơi trên các điện trở là VR1 = VAB,
VR2 = VBC, VR3 = VCD và VR4 = VDE.
Các mức điện áp tại mọi điểm điều chỉnh được tính toán đối với đầu cuối GND (0V). Do đó, mức điện áp tại điểm ‘D’ sẽ tương đương với VDE, trong khi mức điện áp tại điểm ‘C’ sẽ tương đương với VCD + VDE. Ở đây, mức điện áp tại điểm ‘C’ chính là điện áp hai đầu điện áp rơi trên hai điện trở R3 & R4.
Vì vậy, bằng cách chọn một bộ giá trị điện trở thích hợp, chúng ta có thể làm giảm điện áp hàng loạt. Các sụt áp này sẽ có giá trị điện áp tương đối chỉ đạt được từ điện áp. Trong ví dụ trên, mọi giá trị điện áp o / p đều dương khi cực âm của nguồn cung cấp điện áp (VS) được kết nối với đầu nối đất.
Các ứng dụng của bộ phân áp
Các ứng dụng của dải phân cách votlage bao gồm những điều sau đây.
- Bộ chia điện áp chỉ được sử dụng ở đó, nơi điện áp được điều chỉnh bằng cách giảm một điện áp cụ thể trong mạch. Nó chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống như vậy, nơi hiệu quả năng lượng không nhất thiết phải được xem xét nghiêm túc.
- Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, phổ biến nhất là bộ chia điện áp được sử dụng trong chiết áp. Các ví dụ tốt nhất cho chiết áp là núm điều chỉnh âm lượng được gắn vào hệ thống âm nhạc và bóng bán dẫn vô tuyến của chúng tôi, v.v. Thiết kế cơ bản của chiết áp bao gồm ba chân được trình bày ở trên. Trong đó hai chân được kết nối với điện trở nằm bên trong của chiết áp và chân còn lại được kết nối với một tiếp điểm gạt trượt trên điện trở. Khi ai đó thay đổi núm trên chiết áp thì điện áp sẽ xuất hiện trên các tiếp điểm ổn định và tiếp điểm gạt theo quy tắc phân áp.
- Bộ chia điện áp được sử dụng để điều chỉnh mức tín hiệu, để đo điện áp và độ lệch của thiết bị hoạt động trong bộ khuếch đại. Một đồng hồ vạn năng và cầu Wheatstone bao gồm các bộ chia điện áp.
- Bộ chia điện áp có thể được sử dụng để đo điện trở của cảm biến. Để tạo thành một bộ chia điện áp, cảm biến được mắc nối tiếp với một điện trở đã biết và điện áp đã biết được áp dụng trên bộ chia. Các bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số của bộ vi điều khiển được kết nối với vòi trung tâm của bộ chia để có thể đo điện áp của vòi. Bằng cách sử dụng điện trở đã biết, có thể tính được điện trở cảm biến điện áp đo được.
- Bộ chia điện áp được sử dụng trong việc đo lường cảm biến, điện áp, dịch chuyển mức logic và điều chỉnh mức tín hiệu.
- Nói chung, quy tắc phân chia điện trở chủ yếu được sử dụng để tạo ra điện áp tham chiếu, nếu không thì việc giảm độ lớn điện áp để việc đo lường rất đơn giản. Ngoài ra, chúng hoạt động như bộ suy giảm tín hiệu ở tần số thấp
- Nó được sử dụng trong trường hợp tần số cực kỳ ít hơn và DC
- Bộ phân áp điện dung dùng trong truyền tải điện để bù điện dung tải & đo điện áp cao.
Đây là tất cả về sự phân chia điện áp quy tắc với mạch, quy tắc này có thể áp dụng cho cả nguồn điện áp AC và DC. Hơn nữa, bất kỳ nghi ngờ nào liên quan đến khái niệm này hoặc dự án điện tử , vui lòng đưa ra phản hồi của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi cho bạn, chức năng chính của quy tắc phân áp là gì?
