Feszültségosztó a feszültség stabilizálásához

Az elektronika minden jövevénye valamikor foglalkozik egy feszültségosztóval (az ellenállások soros áramköre). Különösen a bütykölő hallgató vagy gyakornok fog megbirkózni azzal az elképzeléssel, hogy a feszültségosztónak alkalmasnak kell lennie arra, hogy egy nagy feszültséget kisebb feszültségre "osszon", hogy aztán egy másik áramkör feszültségforrásaként működjön.
A hozzáértő elektronikai szakember erre a gondolatra tapsolni fogja a fejét. Nem, vagyis itt a két vagy több ellenállásból álló feszültségosztó nem alkalmas stabil feszültségellátás kiépítésére belőle.

Miért nem alkalmas a feszültségosztó alacsonyabb feszültség létrehozására?

A következő szempontok elméleti jellegűek és matematikai számításokon alapulnak. Matematika, mert ez nagyon megkönnyíti annak bemutatását, hogy mi folyik egy feszültségosztó áramkörben.

9V teljes feszültséget adunk meg. Ez megfelel egy 9 V-os blokk akkumulátorának kimeneti feszültségének. Teljesen elképzelhető, hogy az elektronika kezdője ilyen akkumulátort fog használni az első kézműves kísérleteihez. 5 V feszültséget is megadnak, amely megfelel a TTL áramkörök üzemi feszültségének és feszültségszintjének. A cél a 9 V-os feszültség 5 V-os feszültséggé alakítása.

feszültségosztó

Ezen a ponton még mindig viszonylag könnyű megtenni. Vesz két ellenállást, és úgy választja meg az értékeiket, hogy a 9V teljes feszültség 4V-re és 5V-ra legyen osztva. Tegyük könnyebbé magunk számára, és vegyünk egy 400 ohmos és egy 500 ohmos ellenállást. A soros kapcsolat törvénye szerint az Uges összfeszültség el van osztva a két R1 és R2 részleges ellenállás között. A feszültségek úgy viselkednek, mint a kapcsolódó ellenállások. A teljes feszültség legnagyobb része a legnagyobb ellenállásnál csökken. A teljes feszültség kisebb része a legkisebb ellenállásnál csökken.

Azt jelenti:

  • R1 = 400 Ohm/U1 = 4 V
  • R2 = 500 ohm/U2 = 5 V.

Sajnos ezek a 400 és 500 ohm értékű ellenállások nem léteznek. Ezen értékek elérése érdekében létre kell hoznia egy láncot az egyes ellenállásokból, és a megfelelő helyen meg kell koppintania az 5 V feszültséget. Tehát némi kézi munka szükséges.
De tegyük fel, hogy két állítható ellenállással (1 kOhm-os potenciométerrel) állítottuk elő az ellenállási értékeket.

Tehát most sikerült beállítanunk a kívánt feszültséget. De a feszültség önmagában nem elég. Ennek a feszültségnek áramot kell biztosítania. Ez azt jelenti, hogy meg kell kérdeznünk magunktól, hogy a következő áramkör mennyi áramot emészt fel. Bárki, aki áramkört akar áramellátni, foglalkoznia kell ezzel a kérdéssel. Ha az áramellátó áramkör nem tud elegendő áramot szolgáltatni, az áramfogyasztó áramkör soha nem fog működni.

Tegyük fel, hogy az áramfogyasztó áramkör 50 mA-t használ. Az ábrázolás és a további számítások egyszerűsítése érdekében az áramfogyasztó áramkört ellenállásra redukáljuk.

Az áramfogyasztó áramkör ekvivalens ellenállása tehát 100 ohm.


Ha jobban megnézi a terhelt feszültségosztót, vegyes áramkört láthat. Tehát két ellenállás párhuzamos kapcsolása, amelyek sorba vannak kapcsolva egy másik ellenállással.
Ez azt jelenti, hogy az áramkör soros áramkörről vegyes áramkörre változik, amely párhuzamos áramkörből (R2 || RL) és soros áramkörből áll (R1 + (R2 || RL)).
Ennek a következő következményei vannak: A terheletlen feszültségosztó betöltődik. Ez megváltoztatja az áramkör teljes feszültség- és árameloszlását. A korábbi számítások tehát elavultak.
Az I1 áram már nem csak az R2 ellenálláson folyik át. Az I1 áram I2-re (R2-n keresztül) és IL-re (RL-n keresztül) oszlik.

Mit jelent ez az R1 és R2 || RL ellenállások feszültségarányaihoz? Megváltoznak. Ha az RL ellenállás értéke folyamatosan változik, akkor a feszültségarányok is változnak. Ez normális egy áramkörben, amelyben nem csak egy LED világít.

Ez azt jelenti: A feszültségosztó alkalmatlan az áramellátásra.

De az elkötelezett elektronikai hobbista nem elégedett meg ilyen könnyen. Valahogy működnie kell.

A feszültségosztó feszültségszolgáltatóként való használatának feltételei

  • A 9 V teljes feszültségnek pontosnak és stabilnak kell lennie. Mivel az akkumulátor kapacitásának csökkenésével a feszültség csökken, ennek végzetes hatása van a feszültségosztó méretezésére. Akkumulátor helyett fix feszültségű tápegységet használ.
  • A számított ellenállási értékek valós ellenállása nem lehet toleráns, különben a számított feszültség- és áramértékek nem tarthatók be. Ennek eredményeként a következő áramkör feszültségét vagy tápellátását már nem lehet fenntartani.
  • A következő áramkör által felvett terhelési áramnak mindig azonosnak kell lennie. Az áram soha nem ingadozhat.

Ha ezeket a körülményeket a valóságban akarjuk tartani, az ugyanaz lenne, mintha megpróbálnánk két golyót egymásra helyezni.

A feszültségosztóval végzett feszültségstabilizálás abszolút ostobaság. A feszültségosztóhoz szükséges feltételek túl magasak. Alig lehet őket megtartani. Alig lehet olyan áramkört fejleszteni, amely mindig pontosan ugyanazt az áramot veszi fel. A hőváltozások miatt az áramkörön belül mindig változnak az áram és a feszültség. Különösen akkor, ha a félvezető alkatrészek össze vannak kapcsolva.

Mi a feladata a feszültségosztónak?

Általában feszültségosztóra van szükség ahhoz, hogy egy bizonyos feszültségpotenciált hozzon létre, amely az üzemi feszültség alatt van. Ha az osztott feszültséget most megcsapolták, és a következő áramköri résznek nagyon alacsony az ellenállása (kicsi az ellenállása), akkor egy IL áram folyik ott. Így megváltozik az R1 és R2 ellenállások feszültségaránya is. De mivel valójában fix feszültségpotenciált akarunk, problémánk van. Ezt úgy érhetjük el, hogy a feszültségosztót követő áramkört úgy méretezzük, hogy annak nagy ellenállása legyen a bemeneti oldalon. A nagy ellenállás kis áramot jelent. Ennek eredményeként a feszültség alig változik.