Delič napätia na stabilizáciu napätia
Každý nováčik v elektronike sa v určitom okamihu vysporiada s deličom napätia (sériové zapojenie rezistorov). Predovšetkým drotár alebo študent sa potom potýka s myšlienkou, že delič napätia by mal byť vhodný na „rozdelenie“ veľkého napätia na menšie napätie, aby ho potom mohol prevádzkovať ako zdroj napätia pre iný obvod.
Znalý odborník na elektroniku si pri tejto myšlienke potleskne rukami nad hlavou. Nie, to znamená, že rozdeľovač napätia pozostávajúci z dvoch alebo viacerých rezistorov nie je vhodný na vytvorenie stabilného napájacieho napätia z neho.
Prečo nie je delič napätia vhodný na generovanie nižšieho napätia?
Nasledujúce úvahy majú teoretickú povahu a sú založené na matematických výpočtoch. Matematika, pretože umožňuje veľmi ľahko ukázať, čo sa deje v obvode deliča napätia.
Je dané celkové napätie 9V. To zodpovedá výstupnému napätiu 9V blokovej batérie. Je dosť možné, že začiatočník v elektronike použije takúto batériu pri svojich prvých pokusoch o ručnú prácu. Je tiež dané napätie 5V, ktoré zodpovedá prevádzkovému napätiu a úrovni napätia obvodov TTL. Cieľom je premeniť napätie 9 V na napätie 5 V.
V tomto okamihu je to ešte pomerne ľahké. Vezmete dva odpory a zvolíte ich hodnoty tak, aby sa celkové napätie 9V rozdelilo na 4V a 5V. Poďme si to uľahčiť a vezmime si odpor 400 ohmov a 500 ohmov. Podľa zákona o sériovom zapojení je celkové napätie Uges rozdelené medzi dva čiastkové odpory R1 a R2. Napätia sa správajú ako súvisiace odpory. Väčšina z celkového napätia klesá pri najväčšom odpore. Menšia časť celkového napätia klesá pri najmenšom odpore.
To znamená:
- R1 = 400 Ohm/U1 = 4 V
- R2 = 500 ohmov/U2 = 5 V.
Bohužiaľ tieto odpory s hodnotami 400 a 500 ohmov neexistujú. Aby ste dosiahli tieto hodnoty, museli by ste vytvoriť reťaz z jednotlivých rezistorov a klepnúť na správne miesto 5V napätie. Je teda nutná nejaká manuálna práca.
Predpokladajme však, že sme hodnoty odporu vygenerovali dvoma nastaviteľnými rezistormi (potenciometre, každý s 1 kOhm).
Takže sa nám teraz skutočne podarilo nastaviť požadované napätie. Samotné napätie však nestačí. Toto napätie by nám malo dodávať prúd. To znamená, že si musíme položiť otázku, koľko prúdu spotrebuje nasledujúci obvod. S touto otázkou sa musí vyrovnať každý, kto chce napájať obvod. Ak obvod napájania nedokáže dodať dostatočný prúd, okruh spotreby energie nebude nikdy fungovať.
Predpokladajme, že obvod, ktorý spotrebúva energiu, spotrebuje 50 mA. Pre zjednodušenie znázornenia a ďalších výpočtov redukujeme obvod, ktorý spotrebúva energiu, na rezistor.
Obvod, ktorý spotrebúva prúd, má preto ekvivalentný odpor 100 ohmov.
Ak sa bližšie pozriete na zaťažený delič napätia, môžete vidieť zmiešaný obvod. Takže paralelné pripojenie dvoch rezistorov, ktoré sú zase zapojené do série s ďalším rezistorom.
To znamená, že obvod sa mení zo sériového obvodu na zmiešaný obvod paralelného obvodu (R2 || RL) a sériového obvodu (R1 + (R2 || RL)).
To má nasledujúce dôsledky: Nezaťažený delič napätia je načítaný. A to zmení celé rozloženie napätia a prúdu v obvode. Predchádzajúce výpočty sú teda zastarané.
Prúd I1 už netečie iba cez odpor R2. Aktuálny I1 je rozdelený na I2 (cez R2) a IL (cez RL).
Čo to znamená pre pomery napätia na rezistoroch R1 a R2 || RL? Menia sa. Ak sa hodnota odporu RL neustále mení, menia sa aj pomery napätia. To je normálne v obvode, v ktorom nesvieti iba jedna LED.
To znamená: Delič napätia nie je vhodný pre napájanie.
Ale špecializovaný fanúšik elektroniky nie je tak ľahko spokojný. Musí to nejako fungovať.
Podmienky používania deliča napätia ako dodávateľa napätia
- Celkové napätie 9 V musí byť presné a stabilné. Pretože napätie klesá s poklesom kapacity batérie, má to fatálne následky na dimenzovanie deliča napätia. Namiesto batérie použijete napájací zdroj s pevným napätím.
- Skutočné odpory vypočítaných hodnôt odporu nesmú mať žiadnu toleranciu, inak nie je možné dodržať vypočítané hodnoty napätia a prúdu. Výsledkom je, že napätie alebo napájanie následného obvodu už nie je možné udržiavať.
- Zaťažovací prúd odoberaný nasledujúcim obvodom musí byť vždy rovnaký. Prúd nesmie nikdy kolísať.
Chcieť tieto podmienky zachovať v realite by bolo to isté ako snažiť sa umiestniť dve gule na seba.
Stabilizácia napätia pomocou deliča napätia je absolútny nezmysel. Podmienky, ktoré sú potrebné pre delič napätia, sú príliš vysoké. Je ťažké si ich ponechať. Ťažko možno vyvinúť akýkoľvek obvod tak, aby vždy odoberal presne ten istý prúd. Kvôli tepelným zmenám v obvode vždy existujú zmeny prúdu a napätia. Najmä keď sú polovodičové komponenty vzájomne prepojené.
Aká je práca deliča napätia?
Zvyčajne potrebujete delič napätia, aby ste vytvorili určitý napäťový potenciál, ktorý je pod prevádzkovým napätím. Ak sa teraz rozdelí rozdelené napätie a následná obvodová časť má veľmi nízky odpor (malý odpor), prúdi tam prúd IL. A tým sa mení aj pomer napätia na rezistoroch R1 a R2. Ale keďže vlastne chceme pevný napäťový potenciál, máme problém. Toto je vyriešené dimenzovaním obvodu, ktorý sleduje delič napätia tak, aby mal na vstupnej strane vysoký odpor. Veľký odpor znamená malý prúd. A vo výsledku sa napätie takmer nemení.