¿Qué es un divisor de voltaje y cómo calcularlo?

La opción económica para convertir los principales parámetros de la corriente eléctrica son los divisores de voltaje. Tal dispositivo es fácil de hacer por su cuenta, pero para hacerlo, necesita conocer el propósito, las aplicaciones, el principio de funcionamiento y los ejemplos de cálculo.

Propósito y aplicación

Se utiliza un transformador para convertir voltaje alterno, gracias al cual se puede mantener un valor de corriente suficientemente alto. Si es necesario conectar una carga que consume una pequeña corriente (hasta cientos de mA) a un circuito eléctrico, entonces no se recomienda el uso de un transformador de tensión (U).

En estos casos, puede utilizar el divisor de voltaje (DN) más simple, cuyo costo es mucho menor. Después de obtener el valor requerido, U se endereza y se suministra energía al consumidor. Si es necesario, para aumentar la corriente (I), debe usar la etapa de salida para aumentar la potencia.Además, hay divisores y U constante, pero estos modelos se usan con menos frecuencia que otros.

Los DN se utilizan a menudo para cargar varios dispositivos en los que es necesario obtener valores más bajos de U y corrientes de 220 V para diferentes tipos de baterías. Además, es recomendable utilizar dispositivos para dividir U para crear instrumentos de medición eléctricos, equipos informáticos, así como fuentes de alimentación pulsadas y ordinarias de laboratorio.

Principio de funcionamiento

Un divisor de tensión (DN) es un dispositivo en el que la salida y la entrada U están interconectadas mediante un coeficiente de transferencia. El coeficiente de transferencia es la relación de los valores de U en la salida y en la entrada del divisor. El circuito divisor de voltaje es simple y es una cadena de dos consumidores conectados en serie: elementos de radio (resistencias, capacitores o inductores). Se diferencian en términos de rendimiento.

La corriente alterna tiene tales cantidades principales: voltaje, corriente, resistencia, inductancia (L) y capacitancia (C). Fórmulas para calcular las cantidades básicas de electricidad (U, I, R, C, L) cuando los consumidores están conectados en serie:

1. Los valores de resistencia se suman;
2. Las tensiones se suman;
3. La corriente se calculará según la ley de Ohm para la sección del circuito: I = U / R;
4. Las inductancias se suman;
5. Capacidad de toda la cadena de condensadores: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

Para la fabricación de una resistencia simple DN, se utiliza el principio de resistencias conectadas en serie. Convencionalmente, el esquema se puede dividir en 2 hombros. El primer hombro es el superior y está ubicado entre la entrada y el punto cero del DN, y el segundo es el inferior, y la salida U se elimina de él.

La suma de U en estos brazos es igual al valor resultante de la U entrante. Hay tipos de RP lineales y no lineales. Los dispositivos lineales incluyen dispositivos con salida U, que varía linealmente según el valor de entrada. Se utilizan para establecer la U deseada en varias partes de los circuitos. Los no lineales se utilizan en potenciómetros funcionales. Su resistencia puede ser activa, reactiva y capacitiva.

Además, DN también puede ser capacitivo. Utiliza una cadena de 2 condensadores que están conectados en serie.

Su principio de funcionamiento se basa en la componente reactiva de la resistencia de los condensadores en un circuito de corriente con una componente variable. El capacitor no solo tiene características capacitivas, sino también resistencia Xc. Esta resistencia se llama capacitiva, depende de la frecuencia de la corriente y está determinada por la fórmula: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, donde w es la frecuencia cíclica, C es el valor del capacitor .

La frecuencia cíclica se calcula mediante la fórmula: w = 2 * PI * f, donde PI = 3,1416 yf es la frecuencia de CA.

El tipo condensador, o capacitivo, le permite recibir corrientes relativamente grandes que con dispositivos resistivos. Ha sido muy utilizado en circuitos de alta tensión, en los que el valor de U debe reducirse varias veces. Además, tiene una ventaja significativa: no se sobrecalienta.

El tipo inductivo de DN se basa en el principio de inducción electromagnética en circuitos de corriente con un componente variable. La corriente fluye a través del solenoide, cuya resistencia depende de L y se llama inductiva. Su valor es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente alterna: Xl \u003d w * L, donde L es el valor de la inductancia del circuito o bobina.

El DN inductivo funciona solo en circuitos con corriente, que tiene un componente variable y tiene una resistencia inductiva (Xl).

Ventajas y desventajas

Las principales desventajas de un DN resistivo son la imposibilidad de su uso en circuitos de alta frecuencia, una caída de voltaje significativa en las resistencias y una disminución de la potencia. En algunos circuitos es necesario seleccionar la potencia de las resistencias, ya que se produce un calentamiento importante.

En la mayoría de los casos, los circuitos de corriente alterna utilizan DN con carga activa (resistiva), pero con el uso de condensadores de compensación conectados en paralelo a cada una de las resistencias. Este enfoque le permite reducir el calor, pero no elimina el principal inconveniente, que es la pérdida de energía. La ventaja es el uso en circuitos DC.

Para eliminar la pérdida de potencia en un DN resistivo, los elementos activos (resistencias) deben reemplazarse por capacitivos. El elemento capacitivo en relación con el DN resistivo tiene una serie de ventajas:

1. Se utiliza en circuitos de CA;
2. Sin sobrecalentamiento;
3. Se reduce la pérdida de potencia, ya que el condensador no tiene, a diferencia de la resistencia, potencia;
4. Es posible la aplicación en fuentes de tensión de alto voltaje;
5. factor de alta eficiencia (COP);
6. Menos pérdida en I.

La desventaja es que no se puede usar en circuitos con U constante. Esto se debe a que el capacitor en los circuitos de CC no tiene capacitancia, sino que solo actúa como capacitancia.

El DN inductivo en circuitos con un componente variable también tiene una serie de ventajas, pero también se puede utilizar en circuitos con un valor constante de U.El inductor tiene resistencia, pero debido a la inductancia, esta opción no es adecuada, ya que hay una caída significativa de U. Las principales ventajas en comparación con el tipo resistivo de DN:

1. Aplicación en redes con variable U;
2. Ligero calentamiento de los elementos;
3. Menos pérdida de energía en los circuitos de CA;
4. Eficiencia relativamente alta (superior a la capacitiva);
5. Uso en equipos de medición de alta precisión;
6. Tiene un error menor;
7. La carga conectada a la salida del divisor no afecta la relación de división;
8. La pérdida de corriente es menor que la de los divisores capacitivos.

Las desventajas incluyen lo siguiente:

1. El uso de U constante en las redes eléctricas conduce a importantes pérdidas de corriente. Además, el voltaje cae bruscamente debido al consumo de energía eléctrica para la inductancia.
2. La señal de salida en respuesta de frecuencia (sin el uso de un puente rectificador y filtro) cambia.
3. No aplicable a circuitos de CA de alto voltaje.

Cálculo del divisor de voltaje en resistencias, capacitores e inductancias

Después de elegir el tipo de divisor de voltaje para el cálculo, debe usar las fórmulas. Si el cálculo es incorrecto, el dispositivo en sí, la etapa de salida para amplificar la corriente y el consumidor pueden quemarse. Las consecuencias de los cálculos incorrectos pueden ser incluso peores que la falla de los componentes de la radio: incendios como resultado de un cortocircuito, así como una descarga eléctrica.

Al calcular y ensamblar el circuito, debe seguir estrictamente las reglas de seguridad, verificar el dispositivo antes de encenderlo para un ensamblaje correcto y no probarlo en una habitación húmeda (aumenta la probabilidad de descarga eléctrica). La principal ley utilizada en los cálculos es la ley de Ohm para la sección del circuito.Su formulación es la siguiente: la intensidad de la corriente es directamente proporcional a la tensión en la sección del circuito e inversamente proporcional a la resistencia de esta sección. La entrada de la fórmula se ve así: I = U / R.

Algoritmo para calcular el divisor de voltaje en resistencias:

1. Voltaje total: Upit \u003d U1 + U2, donde U1 y U2 son los valores U en cada una de las resistencias.
2. Voltajes de resistencia: U1 = I * R1 y U2 = I * R2.
3. Upit \u003d I * (R1 + R2).
4. Sin corriente de carga: I = U / (R1 + R2).
5. Caída de U en cada una de las resistencias: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit y U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.

Los valores de R1 y R2 deben ser 2 veces menores que la resistencia de carga.

Para calcular el divisor de voltaje en los capacitores, puede usar las fórmulas: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit y U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Las fórmulas para calcular DN en inductancias son similares: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit y U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Los divisores se utilizan en la mayoría de los casos con un puente de diodos y un diodo zener. Un diodo zener es un dispositivo semiconductor que actúa como una U estabilizadora. Se deben seleccionar diodos con una U inversa superior a la permitida en este circuito. El diodo zener se selecciona de acuerdo con el libro de referencia para el valor de voltaje de estabilización requerido. Además, se debe incluir una resistencia en el circuito frente a ella, ya que sin ella el dispositivo semiconductor se quemará.

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