Obvody rozdeľovača prúdu vysvetlené vzorcom a praktickým hardvérom

Pri návrhu elektronického obvodu existuje veľa situácií, keď obvod vyžaduje rôzne hodnoty zdrojov napätia a prúdu. Napríklad pri nastavovaní prednastaveného napätia pre Op-Amp je veľmi bežné použiť obvod deliča potenciálu na získanie požadovaných hodnôt napätia. Čo však robiť, ak potrebujeme konkrétnu hodnotu prúdu? Podobne ako delič napätia existuje aj iný typ obvodu, ktorý sa nazýva prúdový delič a ktorý je možné použiť na rozdelenie celkového prúdu na niekoľko v uzavretom obvode. V tomto výučbe sa teda naučíme, ako zostaviť jednoduchý obvod rozdeľovača prúdu pomocou odporovej metódy (iba s použitím odporov). Pamätajte, že je tiež možné vytvoriť delič prúdu pomocou induktorov a práca oboch obvodov bude rovnaká.

Pracovanie obvodu súčasného rozdeľovača

Rezistor je najpoužívanejšou pasívnou súčasťou v elektronike a je veľmi ľahké skonštruovať delič prúdu pomocou odporov. Rozdeľovač prúdu je lineárny obvod, ktorý rozdeľuje celkový prúd prúdiaci do obvodu a vytvára rozdelenie alebo produkuje zlomok celkového prúdu.

Podľa pravidla rozdeľovača prúdu sa prúd pretekajúci ktoroukoľvek paralelnou vetvou obvodu bude rovnať súčinu celkového prúdu a pomeru odporu opačnej vetvy k celkovému odporu. Takže s pravidlom rozdeľovača prúdu môžeme vypočítať prúd pretekajúci vetvou, ak poznáme celkovú hodnotu prúdu a odporu ostatných vetiev. Postupujeme tým viac.

Rozdeľovač prúdu je možné ľahko zostaviť pomocou KCL (Kirchhoffov zákon) a Ohmov zákon. Pozrime sa, ako toto rozdelenie prebieha na paralelne zapojený odporový obvod.

Na vyššie uvedenom obrázku sú paralelne zapojené dva odpory s veľkosťou 1 Ohm, čo sú R1 a R2. Tieto dva odpory zdieľajú celkový prúd pretekajúci odporom. Pretože napätie na týchto dvoch rezistoroch je rovnaké, je možné prúd pretekajúci každým odporom vypočítať pomocou vzorca deliča prúdu

Celkový prúd je teda I _Total = I _R1 + I _R2 podľa Kirchoffovho súčasného zákona.

Teraz nájdeme prúd každého rezistora, použijeme Ohmov zákon I = V / R na každom rezistore. V takom prípade, I _R1 = V / R1 a I _R2 = V / R2

Preto, ak použijeme tieto hodnoty v I _Total = I _R1 + I _R2, celkový prúd bude

Celkový prúd = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)

Preto

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

Ak teda môžeme vypočítať celkový odpor a celkový prúd, potom pomocou vyššie uvedeného vzorca môžeme získať rozdelený prúd cez rezistor. V súčasnej pravidlo delič vzorca spočítať prúd cez R1 môže byť podávaný ako

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

Podobne je možné uviesť vzorce súčasného pravidla rozdeľovača na výpočet prúdu cez R2

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

Preto, ak sú rezistory viac ako dva, je potrebné vypočítať celkový alebo ekvivalentný odpor, aby sa zistil delený prúd v každom rezistore pomocou vzorca

I = V / R

Testovanie obvodu súčasného rozdeľovača v hardvéri

Pozrime sa, ako tento súčasný rozdeľovač funguje v skutočnom scenári.

Vo vyššie uvedenej schéme sú tri odpory, ktoré sú pripojené k zdroju stáleho alebo konštantného prúdu 1A. Všetky rezistory sú dimenzované na 1 Ohm. Preto R1 = R2 = R3 = 1 Ohm.

Tento obvod sa testuje v doskovej doske zapojením rezistorov jeden po druhom do paralelnej konfigurácie so zdrojom konštantného prúdu 1A pripojeným cez obvod. Môžete tiež skontrolovať tento jednoduchý obvod s konštantným prúdom, aby ste sa dozvedeli, ako zdroj prúdu funguje a ako si ho sami vytvoriť. Na nasledujúcom obrázku je cez obvod pripojený jeden rezistor.

Pri pripojení cez rezistor ukazuje prúd na multimetri 1A. Ďalej sa pridá druhý rezistor 1 Ohm. Prúd klesol na polovicu, približne 500 mA v každom rezistore, ako je uvedené nižšie

Prečo sa to stalo? Dozvieme sa to pomocou výpočtu aktuálneho rozdeľovača. Ak sú paralelne zapojené dva odpory s veľkosťou 1 Ohm, ekvivalentný odpor bude -

_Ekvivalent R = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 ohmov

Preto keď boli dva paralelne zapojené dva ohmové odpory, ekvivalentný odpor sa stal 0,5 ohmov. Takže prúd cez R1 je

I _R1 = I _celkom (_ekvivalent R / R1) I _R1 = 1A (0,5 ohmov / 1 ohm) = 0,5 ampéra

Rovnaké množstvo prúdu preteká druhým odporom, pretože R2 je rovnaký odpor 1 Ohm a prúd je konštantný až do 1A. Multimetr ukazuje približne 0,5 ampéra, ktorý preteká cez dva odpory.

Teraz je do obvodu zapojený ďalší rezistor 1 Ohm. Multimetr teraz ukazuje, že cez každý odpor preteká približne 0,33 A prúdu.

Pretože sú paralelne zapojené tri rezistory, zistime ekvivalentný odpor troch rezistorov paralelne

R _ekvivalent = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R _ekvivalent = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R _ekvivalent = 1/3 R _ekvivalent = 0,33 Ohm

Teraz prúd cez každý odpor, IR = I _celkom (_ekvivalent R / R1) IR = 1 A x (0,33 ohmov / 1 Ohm) IR = 0,33 A

Multimetr ukazuje, že v každom rezistore prúdi približne 0,33 Amp, pretože všetky odpory majú hodnotu 1 Ohm a sú zapojené do obvodu, kde je prúdový prúd fixovaný na 1A. Môžete tiež sledovať video na konci stránky a skontrolovať, ako obvod funguje.

Aktuálne aplikácie rozdeľovača

Hlavnou aplikáciou rozdeľovača prúdu je produkcia zlomku celkového prúdu dostupného v obvode. V niektorých prípadoch však má komponent, ktorý sa používa na prenos prúdu, obmedzenie toho, koľko prúdu cez tento komponent skutočne preteká. Nadprúd spôsobuje zvýšený odvod tepla a tiež skracuje životnosť komponentov. Použitím rozdeľovača prúdu možno minimalizovať prúd pretekajúci komponentom, a tak je možné použiť menšiu veľkosť komponentu.

Napríklad v prípade, keď sa vyžaduje väčší výkon rezistora; paralelné pridanie viacerých rezistorov znižuje odvod tepla a rovnakú prácu môžu robiť aj rezistory s menším výkonom.