Razdelilna vezja tokov, razložena s formulo in praktično strojno opremo

Pri načrtovanju elektronskega vezja obstaja veliko situacij, ko vezje zahteva različne vrednosti napetostnih in tokovnih virov. Na primer, pri nastavljanju prednastavljene napetosti za Op-Amp je zelo pogosto uporabiti potencialno delilno vezje za pridobitev zahtevanih vrednosti napetosti. Kaj pa, če potrebujemo določeno vrednost toka? Podobno kot napetostni delilnik obstaja tudi druga vrsta vezja, imenovana delilnik toka, s katerim lahko skupni tok delimo na več znotraj zaprtega kroga. Torej, v tej vadnici bomo izvedeli, kako z uporovno metodo (z uporabo samo uporov) zgraditi preprosto vezje delilnika toka. Upoštevajte, da je možno narediti tudi delilnik toka z uporabo induktorjev in delovanje obeh vezij bo enako.

Delovanje vezja delilnika toka

Upor je najpogosteje uporabljena pasivna komponenta v elektroniki in z uporabo uporov je zelo enostavno sestaviti delilnik toka. Razdelilnik toka je linearno vezje, ki razdeli celotni tok, ki teče v vezje, in ustvari delitev ali ustvari del celotnega toka.

V skladu s pravilom trenutnega delilnika bo tok, ki teče skozi katero koli vzporedno vejo vezja, enak zmnožku celotnega toka in razmerju nasprotne upornosti veje do skupnega upora. Tako lahko s trenutnim pravilom delilnika izračunamo tok, ki teče skozi odcep, če poznamo skupno vrednost toka in upora drugih vej. O tem bomo več razumeli, ko nadaljujemo.

Trenutni delilnik je mogoče enostavno zgraditi s pomočjo KCL (Kirchhoff-ov trenutni zakon) in Ohmsov zakon. Poglejmo, kako poteka ta delitev na vzporedno povezan uporovni krog.

Na zgornji sliki sta vzporedno povezana dva upora 1 Ohm, to sta R1 in R2. Ta dva upora si delita skupni tok, ki teče skozi upor. Ker je napetost na teh dveh uporih enaka, lahko tok, ki teče skozi vsak upor, izračunamo s formulo trenutnega delilnika

Tako je skupni tok I _Skupaj = I _R1 + I _R2 po Kirchoffovem veljavnem zakonu.

Zdaj za iskanje toka vsakega upora uporabimo ohmov zakon I = V / R na vsakem uporu. V takem primeru

I _R1 = V / R1 in I _R2 = V / R2

Če torej uporabimo te vrednosti v I _Skupaj = I _R1 + I _R2, bo skupni tok

Skupni tok = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)

Tako

V = I _skupaj (1 / R1 + 1 / R2) ^-1 = I _skupno (R1R2 / R1 + R2)

Torej, če lahko izračunamo skupni upor in skupni tok, lahko z uporabo zgornje formule dobimo deljeni tok skozi upor. V sedanji pravilo delilnik formule za izračun toka skozi R1 je mogoče uporabiti kot

I _R1 = V / R1 = I _skupaj I _R1 = I _skupaj (R2 / (R1 + R2))

Podobno lahko trenutne formule pravila delilnika za izračun toka skozi R2 podelimo kot

I _R2 = V / R2 = I _skupaj I _R2 = I _skupaj (R1 / (R1 + R2))

Kadar je uporov več kot dva, je treba izračunati skupno ali enakovredno upornost, da ugotovimo deljeni tok v vsakem uporu z uporabo formule

I = V / R

Testiranje vezja delilnika toka v strojni opremi

Poglejmo, kako ta trenutni delilnik deluje v resničnem scenariju.

V zgornji shemi so trije upori, ki so povezani s fiksnim ali konstantnim tokom 1A. Vsi upori so ocenjeni na 1 Ohm. Zato je R1 = R2 = R3 = 1 Ohm.

To vezje se preskusi v plošči, tako da se upori ena za drugo v vzporedni konfiguraciji povežejo s konstantnim tokom 1A, priključenim preko vezja. Prav tako lahko preverite to preprosto konstantno tokovno vezje, če želite izvedeti, kako deluje trenutni vir in kako ga izdelati sami. Na spodnji sliki je preko vezja priključen en upor.

Tok je prikazan v merilniku 1A, ko je priključen čez upor. Nato se doda drugi upor 1 Ohm. Tok je padel na polovico, približno 500 mA v vsakem uporu, kot je prikazano spodaj

Zakaj se je to zgodilo? Ugotovimo s trenutnim izračunom delilnika. Ko sta vzporedno povezana dva upora 1 Ohm, bo enakovredna upornost -

R _ekvivalent = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 ohma

Torej, ko sta se vzporedno povezali dve upornosti 1 Ohm, je ekvivalentna upornost postala 0,5 Ohma. Tako je tok skozi R1

I _R1 = I _skupaj (R _ekvivalent / R1) I _R1 = 1A (0,5 ohma / 1 ohma) = 0,5 ampera

Skozi drugi upor teče enaka količina toka, ker je R2 enak 1 ohmski upor in je tok konstanten do 1A. Multimeter prikazuje približno 0,5 ampera, ki teče skozi oba upora.

Zdaj je v vezje priključen dodaten upor 1 Ohm. Zdaj multimeter kaže, da skozi vsak upor teče približno 0,33A toka.

Ker so vzporedno povezani trije upori, ugotovimo enakovreden upor treh uporov v vzporedni povezavi

R _enakovredne = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R _ekvivalent = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R _ekvivalent = 1/3 R _enakovredne = 0.33 Ohms

Zdaj, tok skozi vsak upor, IR = I _skupno (R _ekvivalent / R1) IR = 1 A x x (0,33 Ohm / 1 Ohm) IR = 0,33 A

Multimeter prikazuje približno 0,33 Amp, ki teče v vsakem uporu, saj imajo vsi upori vrednost 1 Ohm in povezani v vezje, kjer je trenutni tok fiksiran z 1A. Video si lahko ogledate tudi na koncu strani in preverite, kako deluje vezje.

Trenutne aplikacije razdeljevalcev

Glavna uporaba delilnika toka je ustvariti del celotnega toka, ki je na voljo v vezju. Vendar ima v nekaterih primerih komponenta, ki se uporablja za prenos toka, mejo, koliko toka dejansko teče skozi komponento. Prekomerni tok povzroča povečano odvajanje toplote in zmanjšuje pričakovano življenjsko dobo komponent. Z uporabo delilnika toka lahko tok, ki teče skozi komponento, zmanjšamo in tako uporabimo manjšo velikost komponente.

Na primer, v primeru, ko je potrebna večja uporovna moč; vzporedno dodajanje več uporov zmanjša odvajanje toplote in manjši močni upori lahko opravljajo enako delo.