2.7. Делитель напряжения
Достаточно часто в некоторых участках схемы необходимо иметь величину напряжения меньше, чем напряжение источника питания. В этом случае можно использовать делитель напряжения на резисторах (рис. 2.5а). Изменяя соотношение между величинами сопротивлений R1 и R2, на выходе делителя можно получить любое значение напряжения, но не более входного. Выходное напряжение делителя при бесконечно большом сопротивлении нагрузки можно рассчитать по формуле
(2.14)
Для объяснения принципа работы электронных схем необходимо хорошо представлять работу делителя напряжения на резисторах. Можно выделить три задачи, которые необходимо быстро решать при рассмотрении принципа работы электронных устройств, содержащих делитель напряжения:
1. Как и почему изменяется выходное напряжение делителя, если входное напряжение не изменяется (постоянное напряжение или переменное напряжение с неизменяющейся со временем амплитудой), сопротивление резистора R2 не изменяется, а сопротивление резистора R1 увеличивается (уменьшается)?
2. Как и почему изменяется выходное напряжение делителя, если входное напряжение не изменяется (постоянное напряжение или переменное напряжение с неизменяющейся со временем амплитудой), сопротивление резистора R1 не изменяется, а сопротивление резистора R2 увеличивается (уменьшается)?
3. Как и почему изменяется выходное напряжение делителя, если сопротивления резисторов R1, R2 не изменяются, а входное напряжение увеличивается (уменьшается)?
Для всех трех задач дать ответ на поставленный вопрос можно, проанализировав формулу (2.14) для определения выходного напряжения делителя. Решить указанные задачи можно и другим способом.
В первой задаче для определения изменения выходного напряжения воспользуемся формулой Uвых=Iд×R2. Так как сопротивление резистора R2 неизменно, то для ответа на вопрос задачи достаточно выяснить, как будет изменяться ток Iд при увеличении (уменьшении) сопротивления резистора R1. При увеличении сопротивления резистора R1 общее сопротивление последовательно соединенных резисторов R1 и R2 будет увеличиваться и при неизменном входном напряжении делителя будет уменьшаться ток делителя Iд (по закону Ома для участка цепи). Уменьшение тока делителя при неизменном сопротивлении резистора R2 приведет к уменьшению выходного напряжения.
При уменьшении сопротивления резистора R1 сила тока в цепи увеличивается и увеличивается выходное напряжение.
Во второй задаче при увеличении сопротивления резистора R2 общее сопротивление цепи увеличится, следовательно, при неизменном входном напряжении сила тока в цепи уменьшится. Использовать формулу Uвых=Iд×R2 для определения изменения выходного напряжения нельзя, так как в этом случае сила тока Iд уменьшается, а сопротивление R2 увеличивается. Поэтому определим сначала, как изменится напряжение U1: U1=Iд×R1. Поскольку сила тока Iд уменьшается, а сопротивление R1 не изменяется, то напряжение U1 уменьшится. Входное напряжение равно сумме напряжений на резисторах R1 и R2: Uвх= U1 +Uвых. Поскольку входное напряжение не изменяется, то при уменьшении напряжения на первом резисторе выходное напряжение (напряжение на втором резисторе) увеличивается. Таким образом, при увеличении сопротивления того резистора делителя, с которого снимается выходное напряжение, выходное напряжение увеличивается, и наоборот.
В третьей задаче при увеличении (уменьшении) входного напряжения выходное напряжение делителя увеличивается (уменьшается), поскольку увеличивается (уменьшается) сила тока Iд.
Сопротивления резисторов делителя при конечном значении сопротивления нагрузки (рис. 2.5 б, в) можно рассчитать по формулам:
где Uвх и Uвых - входное и выходное напряжение делителя, а Iд и Iн - ток делителя и ток нагрузки.
Делители напряжения рекомендуется использовать при малой силе тока нагрузки и небольших ее колебаниях.
В качестве делителя можно использовать потенциометры, в которых плавно изменяется отношение входного и выходного напряжений (рис. 2.5 в). При регулировках в цепях постоянного напряжения дополнительно к делителю напряжения на переменном резисторе широко используют усилитель тока на биполярном транзисторе (рис. 2.5 г). Такая схема подключения нагрузки позволяет получить существенно больший ток при тех же значениях выходного напряжения. Транзистор VT1 желательно взять составным, так как такой транзистор имеет большой коэффициент усиления по току.
Иногда требуется очень точно и плавно регулировать выходное напряжение делителя. Такую задачу можно решить, используя одну из двух схем делителя, приведенных на рисунке 2.6. Если в схеме рисунка 2.6а сопротивление резистора R3 существенно больше сопротивления резистора R4, то резистором R2 осуществляют грубую регулировку выходного напряжения, а резистором R1 – точную. В схеме рисунка 2.6 б сопротивление резистора R1 выбирают меньше сопротивления резистора R2 и резистором R2 выходное напряжение регулируют грубо, а резистором R1 – точно.
