学校门户网站建设工作汇报,宁波外贸公司排名2022,wordpress 判断页面名称,网站开发设计心得分压器 文章目录 分压器1、概述2、负载分压器3、分压器网络4、无功分压器4.1 电容分压器4.2 感应分压器 5、总结 有时#xff0c;需要精确的电压值作为参考#xff0c;或者仅在需要较少功率的电路的特定阶段之前需要。 分压器是解决此问题的一个简单方法#xff0c;因为它们…分压器 文章目录 分压器1、概述2、负载分压器3、分压器网络4、无功分压器4.1 电容分压器4.2 感应分压器 5、总结 有时需要精确的电压值作为参考或者仅在需要较少功率的电路的特定阶段之前需要。 分压器是解决此问题的一个简单方法因为它们利用了串联配置中的组件之间的电压可以下降的事实。 最常见的分压器类型是基于两个电阻器的串联组合我们在本文的第一部分中详细介绍了这种类型的配置。
通过保持相同的架构电阻器可以被电容器或电感器等电抗元件替代。 这些不同类型的分压器在另外两个部分中介绍。
1、概述 图1电阻分压器示意图 在图1中我们展示了电阻分压器最常见、最简单的配置
下面我们将此配置标记为 R 1 − R 2 R_1-R_2 R1−R2。
首先我们可以注意到根据基尔霍夫电压定律 V 1 V 2 V S V_1V_2V_S V1V2VS。 由于欧姆定律该关系可以重写为 V S ( R 1 R 2 ) × I V_S(R_1R_2)\times I VS(R1R2)×I。由于 V 1 R 1 × I V_1R_1\times I V1R1×I、 V 2 R 2 × I V_2R_2 \times I V2R2×I 和 I V S / ( R 1 R 2 ) IV_S/(R_1R_2) IVS/(R1R2)我们在公式1 中得到 以下分压器公式 公式1电阻分压器关系 有趣的是公式1 中 V 1 V_1 V1 和 V 2 V_2 V2 的无量纲因子的范围都可以从 0 到 1。因此信号 V 1 V_1 V1 和 V 2 V_2 V2 的范围可以从 0V 到源值 V S V_S VS。
通过数据程序可以根据 R 1 R_1 R1 和 R 2 R_2 R2 绘制 V 1 V_1 V1 或 V 2 V_2 V2 可能取的每个可能值如图 2 所示。在本例中我们选择绘制 V 2 V_2 V2其中 V S 10 V V_S10V VS10V 且 R 1 , R 2 [ 0 ; 300 ] Ω R_1,R_2 [0;300]\Omega R1,R2[0;300]Ω。 图2V2可能值的映射 通常电压源或电流源只能提供固定值的电压或电流。 然而电路的某些级需要源提供的较低值。
适当选择电阻值的简单分压器可以提供 0 V 和源值之间的任何电压值它构成了在特定级之前衰减源的良好解决方案。
电阻分压器适用的另一个应用是高直流电压的测量。 我们在图 3 中说明了这种方法 图3测量高直流电压的过程 请注意电阻器的形状是自愿修改的以反映比率 R 1 / R 2 R_1/R_2 R1/R2。
为了保护电压表及其用户不直接测量高压 V S V_S VS电压表只测量对应于 R 2 / ( R 1 R 2 ) × V S R_2/(R_1R_2)\times V_S R2/(R1R2)×VS的一小部分。 然后通过将测量值乘以除高电压的相同值来校正显示。
例如如果 R 1 / R 2 99 R_1/R_299 R1/R299则电压表仅测量 V S V_S VS 的 1%。 然后电压表将测量值乘以 100在屏幕上显示 V S V_S VS 的准确值。
2、负载分压器
我们现在考虑与图1中所示相同的分压器 R 1 − R 2 R_1-R_2 R1−R2但在 R 2 R_2 R2 端子处额外存在负载 R L R_L RL 图4存在输出负载的电阻分压器示意图 我们将演示 V 2 V_2 V2的表达式。 首先我们表示 R 2 / / R L R_2//R_L R2//RL并联组的等效电阻 R e q R_{eq} Req 然后我们将分压器的公式公式 1应用于分压器 R 1 − R e q R1-R_{eq} R1−Req 如果我们开发并重新排列这个表达式我们将获得 V 2 V_2 V2 作为 R 1 R_1 R1、 R 2 R_2 R2、 R L R_L RL 和 V S V_S VS 的函数。 此外如果将输出负载改为连接到R1的端子我们也可以类似地写出 V 1 V_1 V1的表达式得到负载分压器的两个公式 公式2电阻负载分压器关系 3、分压器网络
分压器网络是三个或更多串联电阻的组合充当分压器。 在下图 5 中我们展示了具有五个电阻器的分压器网络 图5电阻分压器网络示意图 如果我们记下 R s e r i e s R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R_{series}R_1R_2R_3R_4R_5 RseriesR1R2R3R4R5 电阻器串联组合的等效电阻则每个电压由公式 3 给出 公式3分压器网络中的电压表达式 对于具有 N N N 个电阻器的分压器网络公式3 在 R s e r i e s R 1 R 2 … R N R_{series}R_1R_2…R_N RseriesR1R2…RN 时仍然有效。
我们需要通过说电阻分压器的效率非常低来结束有关电阻分压器的部分因为电阻器通过焦耳加热来耗散功率。 出于与这些功率损耗相关的明显安全原因它们仅用于低功率应用例如在微电子中驱动 MOSFET 和双极放大器。
对于高功率应用首选无功分压器因为它们不会因焦耳加热而耗散太多功率。
4、无功分压器
替代分压器可以基于电容器或电感器而不是电阻器它们被称为无功分压器。
4.1 电容分压器
电容分压器基于与之前图1 中所示相同的架构只是用电容器替换了电阻器。 由于电容器的电抗由 1 / C ω 1/C\omega 1/Cω 给出因此电容分压器仅在交流状态下工作。
使用电容器的优点是它们在高频下的功率损耗比电阻器低得多。 事实上我们在有关交流电阻的专门文章中看到由于趋肤效应高频时交流阻抗往往比直流阻抗高得多。
此外电容分压器通常用于 RMS 值高于 100 kV 的电压。 原因是电阻分压器在高电压下散发过多热量而理想或接近理想的电容器以电场的形式存储能量并将其释放到电路中。 图6电容分压器示意图 如果我们将 V 1 V_1 V1、 V 2 V_2 V2 和 V S V_S VS 标记为电压的 RMS 值则很容易再次证明它们遵循公式 1 中所示的类似关系。但是由于此处的阻抗与 1/C 成正比因此 分子变化 公式4电容分压关系 使用图3中的类似电路用电容器代替电阻器适合测量高交流电压。 由于电容器的压降与 1 / C 1/C 1/C 成正比因此小电容器 C 1 C_1 C1 中会出现较大的压降 图7测量高交流电压的过程 4.2 感应分压器
我们在文献中没有遇到“感应分压器”这个术语但我们更愿意将该电路称为自耦变压器。 自耦变压器是具有多个抽头点的单个电感器可以将其视为串联的多个电感器。在图8中我们提出了一种具有一个中间抽头点的自耦变压器这对应于更简单的设计相当于串联的两个电感器 图8自耦变压器左及其等效的“感应分压器”右示意图 如果我们记下 N 1 N_1 N1 和 N 2 N_2 N2 为 L 1 L_1 L1 和 L 2 L_2 L2 中的绕组数量则电压比可以简单地由 V 2 / V 1 N 2 / N 1 V_2/V_1N_2/N_1 V2/V1N2/N1 给出。
与电容分压器类似自耦变压器适用于高功率应用因为电感器以磁场的形式存储能量并将其释放到电路不产生热量耗散。
当绘制为等效“感应分压器”时自耦变压器的电压公式由公式5给出 公式5自耦变压器关系 通常自耦变压器最常见于高功率传输线路中用于降压或升压。 降压和升压自耦变压器很容易通过其初级和次级绕组的比例来识别 图9降压和升压自耦变压器 5、总结
任何分压器均由至少两个串联配置的组件组成其中可能会发生压降。 输出取自分接点和电路参考接地之间。此类电路的目标是获得比源电源 V S V_S VS 更小的电压输出值以便尊重电路输入级的动态。 输出对应于源的一部分介于 0 和 V S V_S VS 之间。对于低功耗应用我们依靠基于电阻元件的电阻分压器。 我们详细介绍了输出电压公式的演示、输出负载提供的修改以及电压网络分压器的存在其中许多电阻器可以串联互连以同时提供不同的电压输出。电阻分压器的缺点是不适合电网配电等大功率应用。 对于此功能优选无功分压器因为它们不会散发大量热量例如电阻器。无功分压器分为两类电容式分压器和电感式分压器具体取决于使用的基本元件。 对于电容分压器电容器串联连接最大的电压降出现在最小的电容器中因为它们的电抗与其电容成反比。感应分压器最常被称为自耦变压器与电阻分压器类似最大的电压降发生在最大的电感器中因为它们的电抗与其电感成正比。电容式分压器主要用于万用表中以探测高电压而电感式分压器则用于电网配电中以降压或升压 50 Hz 高压。 一个典型的例子是自耦变压器在传输线路中不一定使用相同电压的国家之间建立联系。
