- Εργασία του τρέχοντος κυκλώματος διαχωριστή
- Δοκιμή τρέχοντος κυκλώματος διαχωριστή σε υλικό
- Τρέχουσες εφαρμογές διαιρέτη
Κατά το σχεδιασμό ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος, υπάρχουν πολλές περιπτώσεις όπου ένα κύκλωμα απαιτεί διαφορετικές τιμές τάσης και πηγών ρεύματος. Για παράδειγμα, κατά τη ρύθμιση της προκαθορισμένης τάσης για ένα Op-Amp, είναι πολύ συνηθισμένο να χρησιμοποιείτε ένα πιθανό κύκλωμα διαχωριστή για να λάβετε τις απαιτούμενες τιμές τάσης. Τι γίνεται όμως αν χρειαζόμαστε μια συγκεκριμένη τιμή ρεύματος; Παρόμοια με το διαχωριστικό τάσης, υπάρχει ένας άλλος τύπος κυκλώματος που ονομάζεται διαχωριστής ρεύματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαιρέσει το συνολικό ρεύμα σε πολλά μέσα σε ένα κλειστό κύκλωμα. Έτσι, σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε πώς να φτιάχνουμε ένα απλό κύκλωμα διαχωριστή ρεύματος χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αντίστασης (χρησιμοποιώντας μόνο αντιστάσεις). Σημειώστε ότι είναι επίσης δυνατό να δημιουργήσετε ένα τρέχον διαχωριστικό χρησιμοποιώντας επαγωγείς και η λειτουργία και των δύο κυκλωμάτων θα είναι η ίδια.
Εργασία του τρέχοντος κυκλώματος διαχωριστή
Η αντίσταση είναι το πιο χρησιμοποιούμενο παθητικό στοιχείο στα ηλεκτρονικά και είναι πολύ εύκολο να κατασκευαστεί ένα τρέχον διαχωριστικό χρησιμοποιώντας αντιστάσεις. Το τρέχον διαχωριστικό είναι ένα γραμμικό κύκλωμα που χωρίζει το συνολικό ρεύμα που ρέει σε ένα κύκλωμα και δημιουργεί μια διαίρεση ή παράγει ένα κλάσμα του συνολικού ρεύματος.
Σύμφωνα με τον τρέχοντα κανόνα διαιρέτη, το ρεύμα που ρέει από οποιονδήποτε παράλληλο κλάδο ενός κυκλώματος θα είναι ίσο με το προϊόν του συνολικού ρεύματος και την αναλογία αντίθετης αντίστασης διακλάδωσης προς ολική αντίσταση. Έτσι, με τον τρέχοντα κανόνα διαχωριστή, μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα που ρέει μέσω ενός κλάδου αν γνωρίζουμε τη συνολική τιμή ρεύματος και αντίστασης άλλων κλάδων. Θα καταλάβουμε περισσότερα για αυτό καθώς προχωράμε.
Ο τρέχων διαχωριστής μπορεί να κατασκευαστεί εύκολα χρησιμοποιώντας το KCL (Kirchhoff's Current Law) και το Ohms Law. Ας δούμε πώς αυτή η διαίρεση λαμβάνει χώρα σε ένα παράλληλο συνδεδεμένο κύκλωμα αντίστασης.
Στην παραπάνω εικόνα, δύο αντιστάσεις 1 Ohm συνδέονται παράλληλα, που είναι R1 και R2. Αυτές οι δύο αντιστάσεις μοιράζονται το συνολικό ρεύμα που ρέει μέσω της αντίστασης. Δεδομένου ότι η τάση μεταξύ αυτών των δύο αντιστάσεων είναι η ίδια, το ρεύμα που διατρέχει κάθε αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τρέχοντα τύπο διαχωριστή
Έτσι, το συνολικό ρεύμα είναι I Total = I R1 + I R2 σύμφωνα με τον ισχύοντα νόμο του Kirchoff.
Τώρα για να βρούμε το ρεύμα κάθε αντίστασης, χρησιμοποιούμε το νόμο Ohms I = V / R σε κάθε αντίσταση. Σε μια τέτοια περίπτωση, I R1 = V / R1 και I R2 = V / R2
Επομένως, εάν χρησιμοποιήσουμε αυτές τις τιμές στο I Total = I R1 + I R2, το συνολικό ρεύμα θα είναι
Συνολικό ρεύμα = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)
Ετσι, V = I σύνολο (1 / R1 + 1 / R2) -1 = I σύνολο (R1R2 / R1 + R2)
Έτσι, εάν μπορούμε να υπολογίσουμε τη συνολική αντίσταση και το συνολικό ρεύμα, τότε χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο, μπορούμε να πάρουμε το διαιρεμένο ρεύμα μέσω της αντίστασης. Οι τρέχοντες τύποι κανόνων διαχωριστή για τον υπολογισμό του ρεύματος έως το R1 μπορούν να δοθούν ως
I R1 = V / R1 = I σύνολο I R1 = I σύνολο (R2 / (R1 + R2))
Παρομοίως, οι τρέχοντες τύποι κανόνων διαχωριστή για τον υπολογισμό του ρεύματος έως το R2 μπορούν να δοθούν ως
I R2 = V / R2 = I σύνολο I R2 = I σύνολο (R1 / (R1 + R2))
Επομένως, όπου οι αντιστάσεις είναι περισσότερες από δύο, πρέπει να υπολογίσουμε τη συνολική ή ισοδύναμη αντίσταση για να μάθουμε το διαιρεμένο ρεύμα σε κάθε αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο
I = V / R
Δοκιμή τρέχοντος κυκλώματος διαχωριστή σε υλικό
Ας δούμε πώς λειτουργεί αυτό το τρέχον διαχωριστικό σε ένα πραγματικό σενάριο.
Υπάρχουν τρεις αντιστάσεις στο παραπάνω σχηματικό που συνδέονται με σταθερή ή σταθερή πηγή ρεύματος 1Α. Όλες οι αντιστάσεις έχουν βαθμολογία 1 Ohm. Επομένως R1 = R2 = R3 = 1 Ohm.
Αυτό το κύκλωμα δοκιμάζεται σε breadboard συνδέοντας τις αντιστάσεις μία προς μία σε παράλληλη διαμόρφωση με μια πηγή σταθερού ρεύματος 1Α συνδεδεμένη στο κύκλωμα. Μπορείτε επίσης να ελέγξετε αυτό το απλό κύκλωμα συνεχούς ρεύματος για να μάθετε πώς λειτουργεί η τρέχουσα πηγή και πώς να φτιάξετε ένα μόνοι μας. Στην παρακάτω εικόνα, μία αντίσταση είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα.
Το ρεύμα δείχνει 1Α στο πολύμετρο όταν είναι συνδεδεμένο κατά μήκος της αντίστασης. Στη συνέχεια, προστίθεται μια δεύτερη αντίσταση 1 Ohms. Το ρεύμα έπεσε στο μισό, περίπου 500mA σε κάθε αντίσταση όπως φαίνεται παρακάτω
Γιατί συνέβη αυτό; Ας μάθουμε χρησιμοποιώντας τον τρέχοντα υπολογισμό διαιρέτη. Όταν δύο αντιστάσεις 1 Ohm συνδέονται σε παράλληλη σύνδεση, η ισοδύναμη αντίσταση θα είναι -
R Ισοδύναμο = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 Ohms
Επομένως, όταν δύο αντίσταση 1 Ohm συνδέθηκαν παράλληλα, η ισοδύναμη αντίσταση έγινε 0,5 Ohms. Έτσι, το ρεύμα μέσω του R1 είναι
I R1 = I σύνολο (ισοδύναμο R / R1) I R1 = 1A (0,5 Ohms / 1 Ohms) = 0,5 Amps
Η ίδια ποσότητα ρεύματος ρέει μέσω της άλλης αντίστασης επειδή το R2 είναι η ίδια αντίσταση 1 Ohms και το ρεύμα είναι σταθερό έως 1A. Το πολύμετρο δείχνει περίπου 0,5 Amps που ρέει μέσω των δύο αντιστάσεων.
Τώρα μια επιπλέον αντίσταση 1 Ohm είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα. Το πολύμετρο δείχνει τώρα ότι περίπου 0,33Α ρεύματος ρέει μέσω κάθε αντίστασης.
Επειδή υπάρχουν τρεις αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλληλα, ας ανακαλύψουμε την ισοδύναμη αντίσταση των τριών αντιστάσεων σε παράλληλη σύνδεση
R ισοδύναμο = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R ισοδύναμο = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R ισοδύναμο = 1/3 R ισοδύναμο = 0,33 Ωμ
Τώρα, το ρεύμα μέσω κάθε αντίστασης, IR = I σύνολο (ισοδύναμο R / R1) IR = 1 Amp x (0,33 Ohms / 1 Ohms) IR = 0,33 Amp
Το πολύμετρο δείχνει ότι περίπου 0,33 Amp ρέει σε κάθε αντίσταση καθώς όλες οι αντιστάσεις έχουν τιμή 1 Ohm και συνδέονται σε ένα κύκλωμα όπου η ροή ρεύματος είναι σταθερή με 1A. Μπορείτε επίσης να παρακολουθήσετε το βίντεο στο τέλος της σελίδας για να ελέγξετε πώς λειτουργεί το κύκλωμα.
Τρέχουσες εφαρμογές διαιρέτη
Η κύρια εφαρμογή του τρέχοντος διαχωριστή είναι να παράγει ένα κλάσμα του συνολικού ρεύματος που είναι διαθέσιμο στο κύκλωμα. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, το στοιχείο που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά του ρεύματος έχει ένα όριο του πόσο ρεύμα πραγματικά ρέει μέσω του στοιχείου. Το υπερβολικό ρεύμα προκαλεί αυξημένη απαγωγή θερμότητας, καθώς επίσης μειώνει το προσδόκιμο ζωής των εξαρτημάτων. Χρησιμοποιώντας ένα διαχωριστικό ρεύματος, το ρεύμα που ρέει μέσω ενός εξαρτήματος μπορεί να ελαχιστοποιηθεί και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μικρότερο μέγεθος εξαρτήματος.
Για παράδειγμα, σε περίπτωση που απαιτείται μεγαλύτερη ισχύς αντίστασης. Η προσθήκη πολλαπλών αντιστάσεων μειώνει παράλληλα την απαγωγή θερμότητας και μικρότερες αντιστάσεις ισχύος μπορούν να κάνουν την ίδια δουλειά.