Or you want a quick look: Mạch cầu phân áp lý tưởng
Mạch chia áp điện trở là một mạch đơn giản biến điện áp lớn thành điện áp nhỏ hơn. Vậy phân áp là gì ? Chỉ sử dụng hai điện trở nối tiếp và một điện áp đầu vào, chúng ta có thể tạo ra một điện áp đầu ra bằng một phần nhỏ của đầu vào. Bộ chia điện áp là một trong những mạch cơ bản nhất trong điện tử.
Đây là những ví dụ về chiết áp – biến trở có thể được sử dụng để tạo ra một bộ chia điện áp có thể điều chỉnh. Chúng tôi sẽ sớm tìm hiểu thêm về những điều này.
Được đề cập trong Hướng dẫn Mạch phân áp điện trở
- Mạch phân áp trông như thế nào.
- Điện áp đầu ra như thế nào phụ thuộc vào điện áp đầu vào và điện trở bộ chia.
- Cách bộ phân áp hoạt động trong thế giới thực.
- Các ứng dụng bộ chia điện áp trong đời thực.
Đọc các hướng dẫn trước
Hướng dẫn này dựa trên kiến thức điện tử cơ bản. Nếu bạn chưa có, hãy xem xét đọc các hướng dẫn sau:
Mạch cầu phân áp lý tưởng
Có hai phần quan trọng đối với bộ phân áp: mạch điện và công thức.
Mạch điện
Một bộ phân áp bao gồm việc đặt một nguồn điện áp qua một loạt hai điện trở. Bạn có thể thấy nó được vẽ theo một vài cách khác nhau, nhưng về cơ bản chúng phải luôn giống nhau mạch này cũng giống mạch chiết áp.
Ví dụ về sơ đồ phân áp.
Chúng ta sẽ gọi điện trở gần nhất với điện áp đầu vào (V in ) là R 1 và điện trở gần mặt đất nhất R 2 . Điện áp giảm trên R 2 được gọi là V ra , đó là điện áp phân chia mà mạch của chúng ta tồn tại để tạo ra.
Đó là tất cả những gì có trong mạch! V ra là điện áp được chia của chúng ta. Đó là những gì cuối cùng sẽ là một phần nhỏ của điện áp đầu vào.
Công thức chia áp
Phương trình phân áp giả định rằng bạn biết ba giá trị của mạch trên: điện áp đầu vào (V in ) và cả hai giá trị điện trở phân áp (R 1 và R 2 ). Với những giá trị đó, chúng ta có thể sử dụng phương trình này để tìm điện áp đầu ra (V out ):
Hãy ghi nhớ phương trình đó!
Phương trình này nói rằng điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào và tỷ lệ giữa R 1 và R 2 . Nếu bạn muốn tìm hiểu điều này đến từ đâu, hãy xem phần này nơi phương trình được suy ra. Nhưng hiện tại, chỉ cần viết ra và ghi nhớ nó!
Đơn giản hóa công thức phân áp
Có một vài điểm chung cần lưu ý khi sử dụng bộ chia điện áp. Đây là những đơn giản hóa giúp đánh giá một mạch phân chia điện áp dễ dàng hơn một chút.
Đầu tiên, nếu R2 và R1 bằng nhau thì điện áp đầu ra bằng một nửa điện áp đầu vào. Điều này đúng bất kể giá trị của điện trở.
Nếu R 2 là nhiều hơn (ít nhất là theo độ) so với R 1 , sau đó điện áp đầu ra sẽ rất gần với đầu vào. Sẽ có rất ít điện áp trên R 1 .
Ngược lại, nếu R 2 nhỏ hơn nhiều so với R 1 , điện áp đầu ra sẽ rất nhỏ so với đầu vào. Hầu hết điện áp đầu vào sẽ nằm trên R 1
Các ứng dụng
Bộ chia điện áp có rất nhiều ứng dụng, chúng là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của các mạch điện mà các kỹ sư điện sử dụng. Đây chỉ là một vài trong số rất nhiều nơi bạn sẽ tìm thấy bộ chia điện áp.
Chiết áp là gì
Chiết áp là một biến trở có thể được sử dụng để tạo ra một bộ chia điện áp có thể điều chỉnh được.
Một loạt các chiết áp. Từ trên cùng bên trái, theo chiều kim đồng hồ: một trimpot 10k tiêu chuẩn , cần điều khiển 2 trục , softpot , slide pot , góc phải cổ điển và một trimpot 10k thân thiện với bảng mạch .
Bên trong nồi là một điện trở đơn và một cái gạt nước, nó sẽ cắt đôi điện trở và di chuyển để điều chỉnh tỷ lệ giữa cả hai nửa. Bên ngoài thường có ba chân: hai chân kết nối với mỗi đầu của điện trở, trong khi chân thứ ba kết nối với gạt nước của nồi.
Sơ đồ chiết áp. Chân 1 và 3 là các đầu điện trở. Chân 2 kết nối với núm gạt.
Nếu các chân bên ngoài kết nối với nguồn điện áp (một đầu nối đất, chân kia nối với V vào ), đầu ra (V ra ở chân giữa sẽ bắt chước bộ chia điện áp. Xoay nồi theo một hướng và điện áp có thể bằng không; quay sang phía bên kia, điện áp đầu ra tiếp cận đầu vào; một cái gạt nước ở vị trí giữa có nghĩa là điện áp đầu ra sẽ bằng một nửa đầu vào.
Chiết áp có nhiều loại và có nhiều ứng dụng riêng. Chúng có thể được sử dụng để tạo điện áp tham chiếu, điều chỉnh các đài phát thanh , đo vị trí trên cần điều khiển hoặc trong rất nhiều ứng dụng khác yêu cầu điện áp đầu vào thay đổi.
Đọc cảm biến điện trở
Nhiều cảm biến trong thế giới thực là các thiết bị điện trở đơn giản. Một tế bào quang điện là một điện trở thay đổi, trong đó sản xuất một tỷ lệ kháng với lượng ánh sáng nó cảm nhận. Thiết bị khác như cảm biến flex , điện trở lực nhạy cảm , và thermistors , cũng là biến điện trở.
Hóa ra điện áp thực sự dễ dàng đối với các bộ vi điều khiển ( ít nhất là những bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số – ADC -) để đo. Sức cản? Không nhiều lắm. Nhưng, bằng cách thêm một điện trở khác vào các cảm biến điện trở, chúng ta có thể tạo ra một bộ chia điện áp. Khi đã biết đầu ra của bộ phân áp, chúng ta có thể quay lại và tính toán điện trở của cảm biến.
Ví dụ, điện trở của tế bào quang điện thay đổi giữa 1kΩ trong ánh sáng và khoảng 10kΩ trong bóng tối. Nếu chúng ta kết hợp nó với một điện trở tĩnh ở đâu đó ở giữa – ví dụ 5,6kΩ, chúng ta có thể nhận được phạm vi rộng từ bộ chia điện áp mà chúng tạo ra.
Tế bào quang điện chiếm một nửa bộ phân áp này. Điện áp được đo để tìm điện trở của cảm biến ánh sáng.
| Mức độ ánh sáng | R 2 (Cảm biến) | R 1 (Cố định) | Tỷ lệ R 2 / (R 1 + R 2 ) | V ra |
| Ánh sáng | 1kΩ | 5,6kΩ | 0.15 | 0,76 V |
| Dim | 7kΩ | 5,6kΩ | 0.56 | 2,78 V |
| Dark | 10kΩ | 5,6kΩ | 0.67 | 3,21 V |
Một dao động khoảng 2,45V từ sáng đến tối. Nhiều độ phân giải cho hầu hết các ADC!
Chuyển đổi mức logic
Các cảm biến phức tạp hơn có thể truyền các kết quả đọc của chúng bằng cách sử dụng các giao diện nối tiếp nặng hơn, như UART , SPI hoặc I2C . Nhiều cảm biến trong số đó hoạt động ở điện áp tương đối thấp, để tiết kiệm điện. Thật không may, không có gì lạ khi những cảm biến điện áp thấp đó cuối cùng giao tiếp với một bộ vi điều khiển hoạt động ở điện áp hệ thống cao hơn. Điều này dẫn đến vấn đề chuyển cấp , có một số giải pháp bao gồm cả phân chia điện áp.
Ví dụ, một gia tốc kế ADXL345 cho phép điện áp đầu vào tối đa là 3,3V, vì vậy nếu bạn cố gắng giao tiếp nó với Arduino (giả sử hoạt động ở 5V), sẽ cần phải làm gì đó để giảm tín hiệu 5V đó xuống 3,3V. Chia điện áp! Tất cả những gì cần thiết là một vài điện trở có tỷ lệ sẽ chia tín hiệu 5V thành khoảng 3,3V. Điện trở trong phạm vi 1kΩ-10kΩ thường là tốt nhất cho ứng dụng như vậy; hãy
Điện trở 3,3kΩ (cam, cam, đỏ) là R 2 , điện trở 1,8kΩ là R 1 . Một ví dụ về bộ chia điện áp trong breadboard , mức chuyển tín hiệu 5V sang 3,24V. (Bấm để xem lớn hơn).
Hãy nhớ rằng giải pháp này chỉ hoạt động theo một hướng. Một bộ chia điện áp sẽ không bao giờ có thể nâng điện áp thấp hơn lên cao hơn.
Ứng dụng cầu phân áp để làm gì
Ví dụ như việc sử dụng bộ chia điện áp để giảm áp, chẳng hạn như nguồn điện 12V thành 5V, không nên sử dụng bộ chia điện áp để cung cấp điện cho tải .
Bất kỳ dòng điện nào mà tải yêu cầu cũng sẽ phải chạy qua R 1 . Dòng điện và hiệu điện thế trên R 1 tạo ra công suất, được tỏa nhiệt dưới dạng nhiệt. Nếu công suất đó vượt quá định mức của điện trở (thường từ ⅛W đến 1W), nhiệt bắt đầu trở thành vấn đề lớn, có khả năng làm nóng chảy điện trở kém.
Điều đó thậm chí còn không đề cập đến việc bộ chia điện áp sẽ kém hiệu quả như thế nào. Về cơ bản, không sử dụng bộ chia điện áp làm nguồn cung cấp điện áp cho bất kỳ thứ gì yêu cầu một lượng điện năng khiêm tốn. Nếu bạn cần giảm điện áp để sử dụng nó làm nguồn điện, hãy xem xét bộ điều chỉnh điện áp hoặc nguồn cung cấp chuyển đổi.
Nếu bạn vẫn chưa điền vào bộ chia điện áp, trong phần này chúng tôi sẽ đánh giá cách áp dụng định luật Ohm để tạo ra phương trình bộ chia điện áp. Đây là một bài tập thú vị, nhưng không quá quan trọng để hiểu bộ phân áp làm gì. Nếu bạn quan tâm, hãy chuẩn bị cho một số thời gian vui vẻ với định luật Ohm và đại số.
Đánh giá bộ chia điện
Vì vậy, nếu bạn muốn đo điện áp tại V ra ? Làm thế nào để định luật Ôm có thể được áp dụng để tạo công thức tính hiệu điện thế ở đó? Giả sử rằng chúng ta biết các giá trị của V trong , R 1 và R 2 , vì vậy hãy lấy phương trình V ra của chúng ta theo các giá trị đó.
Hãy bắt đầu bằng cách vẽ ra các dòng điện trong mạch – I 1 và I 2 – mà chúng ta sẽ gọi là dòng qua các điện trở tương ứng.
Mục tiêu của chúng ta là tính V ra , điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta áp dụng định luật Ohm cho hiệu điện thế đó? Đủ dễ dàng, chỉ có một điện trở và một dòng điện liên quan:
Ngọt! Chúng ta biết giá trị của R 2 , nhưng còn I 2 thì sao? Đó là một giá trị không xác định, nhưng chúng tôi biết một chút gì đó về nó. Chúng ta có thể giả định (và điều này hóa ra là một giả định lớn) rằng I 1 tương đương với I 2 . Được rồi, nhưng điều đó có giúp ích gì cho chúng tôi không? Giữ suy nghĩ đó đi. Mạch của chúng ta bây giờ trông như thế này, trong đó tôi bằng cả I 1 và I 2 .
Chúng ta biết gì về V trong ? V in là điện áp trên cả hai điện trở R 1 và R 2 . Các điện trở đó mắc nối tiếp. Điện trở nối tiếp cộng với một giá trị, vì vậy chúng ta có thể nói:
Và, trong giây lát, chúng ta có thể đơn giản hóa mạch thành:
Định luật Ohm cơ bản nhất của nó! V in = I * R. Mà, nếu chúng ta biến R đó trở lại thành R 1 + R 2 , cũng có thể được viết là:
Và vì I tương đương với I 2 , hãy cắm nó vào phương trình V out của chúng ta để nhận được:
Và đó, các bạn của tôi, là phương trình phân áp! Điện áp đầu ra là một phần nhỏ của điện áp đầu vào và phần đó là R 2 chia cho tổng của R 1 và R 2 .
