L'option budgétaire pour convertir les principaux paramètres du courant électrique sont les diviseurs de tension. Un tel appareil est facile à fabriquer par vous-même, mais pour ce faire, vous devez connaître le but, les applications, le principe de fonctionnement et les exemples de calcul.
Contenu
Objectif et application
Un transformateur est utilisé pour convertir la tension alternative, grâce à laquelle une valeur de courant suffisamment élevée peut être maintenue. S'il est nécessaire de connecter une charge qui consomme un petit courant (jusqu'à des centaines de mA) à un circuit électrique, l'utilisation d'un transformateur de tension (U) n'est pas conseillée.
Dans ces cas, vous pouvez utiliser le diviseur de tension (DN) le plus simple, dont le coût est bien inférieur. Après avoir obtenu la valeur requise, U est redressé et l'alimentation est fournie au consommateur. Si nécessaire, pour augmenter le courant (I), vous devez utiliser l'étage de sortie pour augmenter la puissance.De plus, il existe des diviseurs et un U constant, mais ces modèles sont moins utilisés que d'autres.
Les DN sont souvent utilisés pour charger divers appareils dans lesquels il est nécessaire d'obtenir des valeurs inférieures de U et des courants à partir de 220 V pour différents types de batteries. De plus, il est conseillé d'utiliser des dispositifs de division U pour créer des instruments de mesure électriques, du matériel informatique, ainsi que des alimentations pulsées et ordinaires de laboratoire.
Principe d'opération
Un diviseur de tension (DN) est un dispositif dans lequel la sortie et l'entrée U sont interconnectées à l'aide d'un coefficient de transfert. Le coefficient de transfert est le rapport des valeurs de U en sortie et en entrée du diviseur. Le circuit diviseur de tension est simple et est une chaîne de deux consommateurs connectés en série - éléments radio (résistances, condensateurs ou inductances). Ils diffèrent en termes de performances.
Le courant alternatif a de telles quantités principales: tension, courant, résistance, inductance (L) et capacité (C). Formules de calcul des quantités de base d'électricité (U, I, R, C, L) lorsque les consommateurs sont connectés en série :
- Les valeurs de résistance s'additionnent;
- Les contraintes s'additionnent;
- Le courant sera calculé selon la loi d'Ohm pour la section de circuit : I = U / R ;
- Les inductances s'additionnent ;
- Capacité de toute la chaîne de condensateurs : C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Pour la fabrication d'une résistance simple DN, on utilise le principe des résistances connectées en série. Classiquement, le schéma peut être divisé en 2 épaules. Le premier épaulement est le supérieur et est situé entre l'entrée et le point zéro du DN, et le second est le inférieur, et la sortie U en est retirée.
La somme de U sur ces bras est égale à la valeur résultante du U entrant. Il existe des types de RP linéaires et non linéaires. Les appareils linéaires incluent les appareils avec sortie U, qui varie linéairement en fonction de la valeur d'entrée. Ils sont utilisés pour définir le U souhaité dans différentes parties des circuits. Les non linéaires sont utilisés dans les potentiomètres fonctionnels. Leur résistance peut être active, réactive et capacitive.
De plus, DN peut également être capacitif. Il utilise une chaîne de 2 condensateurs connectés en série.
Son principe de fonctionnement est basé sur la composante réactive de la résistance des condensateurs dans un circuit de courant à composante variable. Le condensateur a non seulement des caractéristiques capacitives, mais également une résistance Xc. Cette résistance est appelée capacitive, dépend de la fréquence du courant et est déterminée par la formule : Xc \u003d (1/C) * w \u003d w/C, où w est la fréquence cyclique, C est la valeur du condensateur .
La fréquence cyclique est calculée par la formule : w = 2 * PI * f, où PI = 3,1416 et f est la fréquence AC.
Le type condensateur, ou capacitif, permet de recevoir des courants relativement importants par rapport aux dispositifs résistifs. Il a été largement utilisé dans les circuits à haute tension, dans lesquels la valeur de U doit être réduite plusieurs fois. De plus, il a un avantage significatif - il ne surchauffe pas.
Le type inductif de DN est basé sur le principe de l'induction électromagnétique dans les circuits de courant à composante variable. Le courant traverse le solénoïde dont la résistance dépend de L et est dite inductive. Sa valeur est directement proportionnelle à la fréquence du courant alternatif: Xl \u003d w * L, où L est la valeur de l'inductance du circuit ou de la bobine.
Le DN inductif ne fonctionne que dans les circuits à courant, qui a une composante variable et a une résistance inductive (Xl).
Avantages et inconvénients
Les principaux inconvénients d'un DN résistif sont l'impossibilité de son utilisation dans les circuits haute fréquence, une chute de tension importante aux bornes des résistances et une diminution de la puissance. Dans certains circuits, il est nécessaire de sélectionner la puissance des résistances, car un échauffement important se produit.
Dans la plupart des cas, les circuits à courant alternatif utilisent DN avec une charge active (résistive), mais avec l'utilisation de condensateurs de compensation connectés en parallèle sur chacune des résistances. Cette approche vous permet de réduire la chaleur, mais ne supprime pas le principal inconvénient, qui est la perte de puissance. L'avantage est l'utilisation dans les circuits à courant continu.
Pour éliminer la perte de puissance sur un DN résistif, les éléments actifs (résistances) doivent être remplacés par des éléments capacitifs. L'élément capacitif par rapport au résistif DN présente plusieurs avantages :
- Il est utilisé dans les circuits AC ;
- Pas de surchauffe ;
- La perte de puissance est réduite, puisque le condensateur n'a pas, contrairement à la résistance, de puissance ;
- L'application dans les sources de tension haute tension est possible ;
- Facteur d'efficacité élevé (COP);
- Moins de perte sur I.
L'inconvénient est qu'il ne peut pas être utilisé dans des circuits à U constant. Cela est dû au fait que le condensateur dans les circuits à courant continu n'a pas de capacité, mais agit uniquement comme une capacité.
Le DN inductif dans les circuits à composante variable présente également un certain nombre d'avantages, mais il peut également être utilisé dans les circuits à valeur constante de U.L'inducteur a une résistance, mais en raison de l'inductance, cette option n'est pas adaptée, car il y a une chute importante de U. Les principaux avantages par rapport au type résistif de DN :
- Application dans les réseaux à U variable ;
- Léger échauffement des éléments;
- Moins de perte de puissance dans les circuits AC ;
- Rendement relativement élevé (supérieur au capacitif);
- Utilisation dans des équipements de mesure de haute précision ;
- A une plus petite erreur ;
- La charge connectée à la sortie du diviseur n'affecte pas le rapport de division ;
- La perte de courant est inférieure à celle des diviseurs capacitifs.
Les inconvénients incluent les suivants :
- L'utilisation de U constant dans les réseaux électriques entraîne des pertes de courant importantes. De plus, la tension chute fortement du fait de la consommation d'énergie électrique pour l'inductance.
- Le signal de sortie en réponse en fréquence (sans l'utilisation d'un pont redresseur et d'un filtre) change.
- Ne s'applique pas aux circuits CA haute tension.
Calcul du diviseur de tension sur les résistances, les condensateurs et les inductances
Après avoir choisi le type de diviseur de tension pour le calcul, vous devez utiliser les formules. Si le calcul est incorrect, l'appareil lui-même, l'étage de sortie pour amplifier le courant et le consommateur peuvent griller. Les conséquences de calculs incorrects peuvent être encore pires que la défaillance des composants radio: incendie à la suite d'un court-circuit, ainsi qu'un choc électrique.
Lors du calcul et de l'assemblage du circuit, vous devez suivre strictement les règles de sécurité, vérifier l'appareil avant de l'allumer pour un assemblage correct et ne pas le tester dans une pièce humide (le risque de choc électrique augmente). La loi principale utilisée dans les calculs est la loi d'Ohm pour la section de circuit.Sa formulation est la suivante : l'intensité du courant est directement proportionnelle à la tension dans la section du circuit et inversement proportionnelle à la résistance de cette section. L'entrée de la formule ressemble à ceci : I = U / R.
Algorithme de calcul du diviseur de tension sur les résistances :
- Tension totale: Upit \u003d U1 + U2, où U1 et U2 sont les valeurs U de chacune des résistances.
- Tensions de résistance : U1 = I * R1 et U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Courant à vide : I = U / (R1 + R2).
- Chute de U aux bornes de chacune des résistances : U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit et U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Les valeurs de R1 et R2 doivent être 2 fois inférieures à la résistance de charge.
Pour calculer le diviseur de tension sur les condensateurs, vous pouvez utiliser les formules : U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit et U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Les formules de calcul de DN sur les inductances sont similaires : U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit et U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Les diviseurs sont utilisés dans la plupart des cas avec un pont de diodes et une diode zener. Une diode Zener est un dispositif semi-conducteur qui agit comme un stabilisateur U. Les diodes doivent être sélectionnées avec un U inverse supérieur à celui autorisé dans ce circuit. La diode Zener est sélectionnée selon le livre de référence pour la valeur de tension de stabilisation requise. De plus, une résistance doit être incluse dans le circuit devant elle, car sans elle, le dispositif à semi-conducteur s'éteindra.
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