Dzielnik napięcia to obwód, którego używa się w celu zmiany dużego napięcia na mniejsze – pomaga w uzyskaniu określonego stosunku pomiędzy napięciem wejściowym a wyjściowym. W artykule przyjrzymy się związanym z nimi kwestiom i spróbujemy odpowiedzieć na pytania:
- Czym jest dzielnik napięcia?
- Czym są obwody dzielników napięcia?
- Jaki jest wzór na dzielnik napięcia?
- Jakie są zastosowania dzielnika napięcia?
Czym jest dzielnik napięcia?
Pasywny obwód liniowy wytwarza napięcie wyjściowe. Zmniejsza on napięcie wejściowe do mniejszego woltażu bazując na dwóch rezystorach dystrybuując napięcie wyjściowe poprzez komponenty dzielnika. Często używa się go w celu uzyskania woltażu innego niż podany na dostępnej baterii lub zasilaczu. Napięcie wyjściowe dzielnika napięcia jest zależne od rezystancji ładunku.
Obwód dzielnika napięcia zwykle wygląda jak na ilustracji – ma dwa rezystory.
R1 – rezystor najbliższy napięciu wejściowemu.
R2 – rezystor najbliższy uziemieniu.
Vin – napięcie wejściowe.
Vout – napięcie wyjściowe wzdłuż R2 o mniejszym woltażu (1/4 wejściowego).
Wzór na dzielnik napięcia
Wzór, gdzie R1, R2 oznacza oporniki, a U – napięcie. Obwód może posiadać więcej niż 2 rezystory.
Przykładowo: napięcie wejściowe = 100Ω ; R1 = 20Ω; R2 = 10Ω; zatem napięcie wyjściowe mierzone na R2 = 33,33 V.
Reguła podziału napięcia
Napięcie dzielone pomiędzy dwoma rezystorami jest proporcjonalne do ich oporu.
Prawo Ohma
Prawo Ohma opisuje najprostszy przypadek związku między napięciem przyłożonym do opornika a natężeniem prądu płynącego przez ten przewodnik. Brzmi ono:
Możemy wykorzystać prawo Ohma w celu obliczenia napięcia płynącego przez każdy rezystor:
U = napięcie
I = prąd obwodu
R = opór
U = R * I
Spadek napięcia na poszczególnych rezystorach to 5 V, 10 V i 15 V:
Zastosowania dzielników napięcia
Dzielniki napięcia są obecnie szeroko spotykane w wielu zastosowaniach. Oto kilka przykładów:
- potencjonometry – inaczej rezystory nastawne. To pasywne elementy elektroniczne z funkcją obracania lub rotowania regulatora, które działają jak regulowany dzielnik napięcia. Napięcie wejściowe jest obecne na całej długości potencjonometru, a napięcie wyjściowe (spadek napięcia) jest kontrolowany przez kontakt z potencjonometrem. Pod względem budowy dzielą się na typy obrotowe i przesuwne.
- czujniki prądu – w tym przypadku dzielniki napięcia. Czujniki prądu służą ogółem do mierzenia wielkości takich jak napięcie, moc czy opór (impedancja). Są niezbędne do opisu zjawisk zachodzących w obwodach elektrycznych za pomocą odpowiednich parametrów. Współczesna technika pomiarowa umożliwia precyzyjny i szybki pomiar natężenia zarówno prądu stałego, jak i prądu zmiennego o regularnym jak i nieregularnym kształcie przebiegu. Przyrządy pomiarowe w oparciu o obwody magnetyczne oraz elementy półprzewodnikowe pozwalają na uzyskanie informacji o wartości prądu płynącego w badanym obwodzie. Można je uznać za części składowe większych, kompleksowych systemów pomiarowych.
Odczyt z rezystorów
Większość sensorów posiada proste urządzenia rezystancyjne. Część z nich jednak odczytuje tylko napięcie, nie opór. Dodanie kolejnego rezystora do obwodu pozwala na stworzenie dzielnika napięcia w parze z sensorem. Mogliśmy sprawdzić napięcie wyjściowe w dzielniku, zatem możemy teraz także obliczyć opór dla sensora. Na przykładowym obwodzie poniżej sensor rezystancyjny to R2:
W tym przypadku nasz sensor to analogowy czujnik temperatury NTC Grove, który wykorzystuje termistor o oporze 350 Ω – innymi słowy opór R1 wynosi 350 Ω.
Konwerter poziomów logicznych
Co się stanie przy spotkaniu sensora i mikrokontrolera o różnym napięciu? Bez obniżenia napięcia mikrokontroler o napięciu wyjściowym 5 V w parze z sensorem o napięciu wejściowym 3,3 V może uszkodzić obwód 3, 3 V. Ratunkiem, a raczej elementem przeciwdziałającym, jest użycie dzielnika napięcia, który działa jak konwerter poziomów logicznych dla dwóch obwodów, które operują na różnych poziomach napięcia. Dzielnik obniży napięcie z mikrokontrolera (na tym przykładzie: z 5 V do 3,3 V) w celu zapobieżenia awarii. Należy pamiętać, że pracuje jednak tylko “jednokierunkowo” – obniża napięcie, ale nie podnosi go.
Uwaga – tak duży spadek, jaki przedstawiono w środkowym wierszu tabeli (z 12 V do 3,3 V) nie jest zalecany – może spowodować stopienie się rezystora. Zamiast tego zaleca się użycie regulatorów napięcia.
