Làm thế nào để tôi tính toán điện trở cần thiết cho một bộ chia điện áp?

Tôi tự học và đây là một thử nghiệm nhỏ để tôi hiểu rõ hơn về Luật Ohm.

Tôi có một bộ chia điện áp rất đơn giản. Cho đầu vào DC 15V, mỗi ba điện trở 4,7KΩ sẽ cắt điện áp xuống 33%. Tôi bắt đầu thực hiện một số thử nghiệm và phát hiện ra rằng bất kể điện áp nào tôi áp dụng cho mạch, các điện trở luôn cắt điện áp và cường độ 33% mỗi điện áp.

Nhưng hãy nói rằng tôi muốn tạo ra một mạch giống nhau và không biết mức kháng cự cần thiết?

Cho đầu vào 15V và đầu ra mong muốn là 10V, 5V và 0V, tôi sẽ tính toán điện trở cần thiết để sử dụng như thế nào? Có thể tạo ra một bộ chia điện áp không có các giọt tỷ lệ (ví dụ: giả sử rằng từ cùng một mạch này, tôi muốn 14V, 12V, 5V và 0V)? Và toán học đó hoạt động như thế nào? Tôi nghĩ rằng tôi đang bị kẹt ở đâu là sử dụng điện áp đầu vào, điện áp đầu ra hoặc thay đổi điện áp làm giá trị V.

Đây là một cách để hiểu vấn đề và do đó đi đến các giải pháp bạn tìm kiếm:

1. Bạn có một điện áp V được đặt trên một "hộp đen", bao gồm một loạt các điện trở R1, R2 và R3 trong trường hợp này. Các điện trở được nối tiếp để chúng cộng lại, do đó Hộp Đen có điện trở tích lũy R = R1 + R2 + R3.
2. Một điện áp đặt trên một điện trở làm cho dòng I chạy qua, do đó: I = V / R.
3. Vì các điện trở cấu thành là nối tiếp, nên dòng SAME phải chảy qua từng cái. Không có đường dẫn khác để dòng điện chạy từ V + xuống đất.
4. Một dòng điện qua một điện trở ngụ ý một điện áp trên điện trở đã nói, theo cùng một công thức như trên, do đó: V (r1) = I * R1. Đó là sự khác biệt tiềm năng giữa hai đầu của điện trở R1.
5. Tương tự, V (r2) = I * R2, v.v.
6. Rõ ràng, một trong những điện trở này, R3, có một đầu ở điện thế đất, tức là 0 volt. Do đó, điện áp từ đó đến đầu kia của điện trở đó là V (r3). Điện áp tại điểm đo cao hơn tiếp theo là V (r3) + V (r2), vì các điện áp cộng lại, và như đã nêu ở trên, tham chiếu đến mặt đất.

Bằng cách tuân theo quy trình này, các điện áp tại mỗi điểm của bất kỳ mạng điện trở nối tiếp nào đều có thể được tính nếu điện áp V (15 volt trong trường hợp này) hoặc dòng điện do nó được biết đến.

Bây giờ, làm thế nào để người ta quyết định sử dụng điện trở nào? Chà, làm cho tổng điện trở quá nhỏ, và dòng điện sẽ cao, có khả năng đốt cháy các điện trở hoặc nguồn điện, hoặc làm cho điện áp được cung cấp giảm xuống, tùy thuộc vào mức độ lý tưởng mà chúng ta đang giả định. Tương tự, sử dụng điện trở quá cao và dòng điện quá ít sẽ chảy, do đó các bài đọc sẽ bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng tiếng ồn khác tồn tại trong các thiết bị điện tử thực tế từ nhiều nguyên nhân khác nhau.

Vì vậy, chọn một số mà bạn thích và chia nó theo tỷ lệ bạn muốn điện áp điểm kiểm tra là. Các điện trở không cần phải bằng nhau, giống như các điện áp không cần phải ở mức 33% mỗi điện áp - tính cho bất kỳ tỷ lệ nào bạn muốn.

Tôi hy vọng điều này sẽ giúp.

"Đưa ra đầu vào 15V và đầu ra mong muốn là 10V, 5V và 0V, làm cách nào để tính toán điện trở cần thiết để sử dụng?"

$$\text{Voltage across resistor of interest} = \frac{(\text{Resistor of Interest})}{(\text{Resistor of Interest + Resistor Not of Interest})} * V_{input}$$

Khi có nhiều nút, như trong ví dụ bạn đã đưa ra, chỉ cần đơn giản hóa nó thành bộ chia điện trở cơ bản và tìm điện áp đầu tiên. Ngoài ra, nếu chúng ta đưa ra điện áp, chúng ta có thể sắp xếp lại phương trình này để giải quyết cho điện trở quan tâm về điện trở không quan tâm.

$$\text{Resistor of Interest} = \frac{1}{({V_{input}}\div{\text{Voltage across resistor of interest}})-1}*\text{Resistor Not of Interest}$$

Để đơn giản hóa, trong ví dụ của bạn cho nút 10V, điện trở quan tâm là sự kết hợp của R2 và R3, khiến điện trở không được quan tâm như R1. Khi bạn đã tìm thấy tỷ lệ giữa (R2 + R3) và R1, bạn có thể chuyển sang tìm tỷ lệ cho R2 và R3. Trong trường hợp này, bạn chỉ có thể xem hai cái đó như một bộ chia khác và điện áp đầu vào là điện áp nút đầu tiên bạn vừa sử dụng làm điện áp đầu ra. Theo phương pháp này, bạn sẽ thấy rằng R1 là một phần ba (R2 + R3) và R2 giống với R3. Điều này có nghĩa là với dòng điện bằng nhau, sự sụt giảm giống hệt nhau trên mỗi điện trở có nghĩa và điện trở giống hệt nhau, theo định luật Ohm V = IR.

"Có thể tạo ra một bộ chia điện áp không có các giọt tỷ lệ (ví dụ: giả sử từ cùng một mạch này, tôi muốn 14V, 12V, 5V và 0V)?"

Đây sẽ là quá trình tương tự như trước đây, nhưng chỉ cần cắm vào các điện áp khác nhau. Đối với nút đầu tiên:

$$\text{(R2+R3)} = (\frac{1}{(14V\div12V)-1})*\text{R1}=6*R1$$

Vì vậy, sự kết hợp của R2 và R3 lớn hơn sáu lần so với riêng R1. Đối với nút thứ hai:

$$\text{(R2)} = (\frac{1}{(12V\div5V)-1})*\text{R3}=0.71*R3$$

Cuối cùng, và đây là phần khó nhất đối với hầu hết sinh viên, chỉ cần chọn một giá trị điện trở. Đây là phần kỹ thuật của kỹ thuật điện, bạn phải đưa ra quyết định. Điều này không quá khó, đối với hầu hết các điện trở lớn hơn là tốt hơn. Điện trở lớn hơn sẽ làm giảm dòng điện trong khi vẫn cung cấp điện áp bạn cần.

Có một số cân nhắc khác khi sử dụng bộ chia điện áp trong thực tế. Đây là những điều tuyệt vời cho điện áp tham chiếu cơ bản hoặc giảm tỷ lệ điện áp tín hiệu theo một hướng. Ví dụ, tín hiệu 5V được đưa xuống 3,3V cho vi điều khiển hoạt động tốt bởi vì bộ chia điện áp hoạt động giống như một hệ số suy giảm cho tín hiệu, mọi thứ đều giảm cùng một lượng.

Nếu bạn đang chứng minh điện áp cho một thiết bị nào đó, đôi khi bạn có thể mô hình hóa dòng điện đó là điện trở, giả sử nó luôn luôn không đổi (R = V / I). Điện trở thiết bị này, hoặc tải, thường là điện trở quan tâm hoặc song song với điện trở quan tâm. Tuy nhiên, tôi không khuyến nghị điều này bất cứ lúc nào vì điện áp nút sẽ thay đổi tùy thuộc vào mức rút hiện tại của tải.

"Và toán học đó hoạt động như thế nào?"

Xem các phương trình trên.

Toán học là một trong những tỷ lệ tuyến tính đơn giản. Điều quan trọng là cùng một dòng điện (I) chảy qua tất cả các điện trở và I = V / R. Vì vậy, một cách để xem xét hiện tại là "vôn trên mỗi ohm". Mỗi ohm điện trở trong dải phân cách có cùng số volt như mọi ohm khác. Do đó điện áp giảm theo tỷ số của điện trở. Điện áp trên mỗi điện trở là "volt trên ohm" (dòng điện, giống nhau ở mọi nơi) nhân với ohms của nó. Nếu tỷ lệ của các điện trở là 4: 3: 1, thì tỷ lệ của điện áp là 4: 3: 1. Đơn giản.

Bộ chia điện áp bị xáo trộn bởi tải. Ngay khi bạn bắt đầu vẽ dòng điện từ các vòi điện áp khác nhau dọc theo dải phân cách, các điện áp sẽ thay đổi. Điều này là do dòng điện sau đó dài hơn ở mọi nơi trong dải phân cách.

Bộ chia điện áp có điện trở thấp sẽ ít bị xáo trộn ("cứng hơn") so với bộ chia điện áp có điện trở cao hơn, nhưng rút ra nhiều dòng điện hơn.

Kaz có quyền Nếu bạn có 15 và muốn 14V, 12V, 5V và 0V thì mỗi lần giảm điện trở là 1,2,7,5 [V} nên các tỷ số điện trở là như nhau. sau đó cộng tất cả các giá trị và lấy tỷ lệ của tất cả chúng để chọn dòng điện vì nó giống nhau cho từng giá trị. (giả sử không có tải trọng bên ngoài)

Do đó, với mỗi R = 1 + 2 + 7 + 5 [Kohm] = 15 KOhm kể từ khi 1mA được chia sẻ .. Để chọn bất kỳ dòng điện nào khác, chỉ cần chia tỷ lệ các điện trở bằng nhau. ví dụ: chọn 30uA sao cho R = 15V / 30uA = 0,5MΩ và mỗi giá trị là {1/15, 2/15, 7/15, 5/15} * 0,5MΩ tức là kết quả là V + đến 33KΩ, sau đó là 67KΩ, 233KΩ, 167KΩ tiếp đất (cộng thêm ~ * 0,5 * MΩ)

Vì vậy, chọn tổng dòng điện, sau đó điện áp rơi tỷ lệ với R và tất nhiên độ sụt bằng nhau là điện trở bằng nhau.

Mặc dù bạn nên làm việc theo luật Ohm và làm toán để hiểu hoàn toàn, bạn cũng có thể thực hiện điều này bằng cách kiểm tra, đó là cách nó được thực hiện sau khi bạn có được lý thuyết cơ bản. Trong mạch ban đầu của bạn, + 5V là 1/3 điện áp đầu vào, do đó R3 phải bằng 1/3 tổng điện trở (nghĩa là R1 + R2 + R3). Tương tự, 10V bằng 2/3 điện áp đầu vào, do đó R2 + R3 phải bằng 2/3 tổng điện trở. Tất cả những gì bạn cần làm bây giờ là quyết định tổng điện trở phải lớn đến mức nào và ba giá trị sẽ rơi ra. Nếu tổng điện trở là 4700 ohms, thì R3 là 4700/3, hoặc 1533; R2 + R3 là 4700 * 2/3 hoặc 3066, vì vậy $ 2 là 1533; và R1 là phần còn lại, 4700 - 1533 - 1533 hoặc 1534 (vâng, tắt bởi vì làm tròn số).

Hoặc nếu bạn cần một điện trở cụ thể, giả sử, R3, bạn có thể bắt đầu từ đó: tổng điện trở là 3 * R3 và từ đó bạn có thể tìm ra các giá trị của R2 và R1 như trên.

Khi bạn cần các điện áp khác, chỉ cần áp dụng các phân số tương ứng. Hãy lấy ví dụ về 14V, 12V và 5V (Tôi bỏ qua 0V vì nó không quan trọng). Vì bạn muốn ba điện áp thay vì hai trong ví dụ ban đầu, bạn cần bốn điện trở thay vì ba điện áp trong bản gốc. 5V là 1/3 điện áp đầu vào, do đó, R4 sẽ là 1/3 tổng điện trở. 12V là 4/5 điện áp đầu vào, vì vậy R3 + R4 sẽ là 4/5 tổng điện trở. Và 14V là 14/15 của điện áp đầu vào, do đó R2 + R3 + R4 sẽ là 14/15 của điện áp đầu vào. Một lần nữa, chọn tổng trở, và các giá trị riêng lẻ rơi ra.