Spannungs- und Stromteiler

Spannungsteiler

In der Elektrotechnik werden sehr häufig Spannungsteiler eingesetzt, deren Funktion durch Anwendung der Spannungsverteilungsregel überprüft werden kann. Die Abbildung zeigt Spannungsteilerschaltungen, mit denen eine bestimmte Versorgungsspannung (z. B. 4, 6, 12 oder 220 V) auf eine beliebige niedrigere Spannung heruntertransformiert wird.

Reis. 1. Spannungsteilerschaltungen

In elektrischen Elektrogeräten sowie bei Messungen ist es manchmal erforderlich, mehrere Spannungen eines bestimmten Wertes aus einer Quelle zu beziehen. Spannungsteiler werden oft (insbesondere in der Schwachstromtechnik) Potentiometer genannt.

Die variable Teilspannung wird durch Bewegen des Schleifkontakts eines Rheostaten oder eines anderen Widerstandstyps erhalten. Die Teilspannung mit konstantem Wert kann durch Drücken des Widerstands erhalten werden, oder sie kann an der Verbindung zweier separater Widerstände abgehört werden.

Mit Hilfe des Schleifkontakts kann die für den Empfänger erforderliche Teilspannung mit einem Widerstand (Lastwiderstand) stufenlos verändert werden, während der Schleifkontakt für eine Parallelschaltung der Widerstände sorgt, denen die Teilspannung entnommen wird.

Widerstände werden als Teil des Spannungsteilers verwendet, um einen festen Spannungswert zu erhalten. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung Uout über folgende Verbindung mit dem Eingang Uin (ohne eventuellen Lastwiderstand) verbunden:

Uout = Uin x (R2 / R1 + R2)

Reis. 2. Spannungsteiler

Ein Beispiel. Mithilfe eines Widerstandsteilers müssen Sie eine Spannung von 1 V aus einer 5-V-Gleichstromquelle in eine 100-kOhm-Last einspeisen. Das erforderliche Spannungsteilungsverhältnis beträgt 1/5 = 0,2. Wir verwenden ein Trennzeichen, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 2.

Der Widerstandswert der Widerstände R1 und R2 sollte deutlich unter 100 kΩ liegen. In diesem Fall kann bei der Berechnung des Teilers der Lastwiderstand vernachlässigt werden.

Daher ist R2 / (R1 + R2) R2 = 0,2

R2 = 0,2R1 + 0,2R2.

R1 = 4R2

Daher können Sie R2 = 1 kOhm, R1 – 4 kOhm wählen. Der Widerstand R1 wird durch Reihenschaltung von Standardwiderständen von 1,8 und 2,2 kOhm auf Basis eines Metallfilms mit einer Genauigkeit von ± 1 % (Leistung 0,25 W) erhalten.

Es ist zu beachten, dass der Teiler selbst Strom von der Primärquelle verbraucht (in diesem Fall 1 mA) und dieser Strom zunimmt, wenn der Widerstand der Teilerwiderstände abnimmt.

Um den angegebenen Spannungswert zu erhalten, müssen hochpräzise Widerstände verwendet werden.

Der Nachteil eines einfachen Widerstandsspannungsteilers besteht darin, dass sich bei einer Änderung des Lastwiderstands die Ausgangsspannung (Uout) des Spannungsteilers ändert. Um den Einfluss der Last auf U zu reduzieren, sollte die Drehzahl R2 mindestens 10-mal kleiner als der minimale Lastwiderstand gewählt werden.

Es ist wichtig zu bedenken, dass mit abnehmendem Widerstandswert der Widerstände R1 und R2 der von der Eingangsspannungsquelle verbrauchte Strom zunimmt. Normalerweise sollte dieser Strom 1-10 mA nicht überschreiten.

Stromteiler

Widerstände werden auch verwendet, um einen bestimmten Teil des Gesamtstroms zum entsprechenden Zweig des Teilers zu leiten. Zum Beispiel im Diagramm von Abb. 3 Strom Az ist Teil des Gesamtstroms Azv, der durch die Widerstände der Widerstände R1 und R2 bestimmt wird, d.h. wir können schreiben, dass Azout = Azv x (R1 / R2 + R1)

Ein Beispiel. Der Zählerzeiger weicht auf den Vollausschlag ab, wenn der Gleichstrom in der beweglichen Spule 1 mA beträgt. Der aktive Widerstand der Spulenwicklung beträgt 100 Ohm. Berechnen Sie den Widerstand Messshunt so dass der Zeiger des Gerätes bei einem Eingangsstrom von 10 mA maximal ausschlägt (siehe Abb. 4).

Reis. 3. Stromteiler

Reis. 4.

Das aktuelle Aufteilungsverhältnis ergibt sich aus dem Verhältnis:

Iout / Iout = 1/10 = 0,1 = R1 / R2 + R1, R2 = 100 Ohm

Deshalb,

0,1R1 + 0,1R2 = R1

0,1R1 + 10 = R1

R1 = 10/0,9 = 11,1 Ohm

Der erforderliche Widerstandswert des Widerstands R1 kann durch Reihenschaltung zweier Standard-Dickschichtwiderstände von 9,1 und 2 Ohm mit einer Genauigkeit von ± 2 % (0,25 W) erreicht werden. Beachten Sie noch einmal, dass in Abb. 3 Widerstand R2 ist Innenwiderstand des Messgerätes.

Um eine gute Genauigkeit bei der Aufteilung der Ströme zu gewährleisten, sollten Widerstände mit hoher Genauigkeit (± 1 %) verwendet werden.