При проектировании электронной схемы существует множество ситуаций, когда для схемы требуются разные значения источников напряжения и тока. Например, при установке предустановленного напряжения для операционного усилителя очень часто используют схему делителя потенциала для получения требуемых значений напряжения. Но что, если нам нужно конкретное значение тока? Подобно делителю напряжения, существует еще один тип схемы, называемый делителем тока, который можно использовать для разделения общего тока на несколько в замкнутой цепи. Итак, в этом уроке мы узнаем, как построить простую схему делителя тока, используя резистивный метод (используя только резисторы). Обратите внимание, что также можно сделать делитель тока с помощью индукторов, и работа обеих цепей будет одинаковой.
Работа цепи делителя тока
Резистор является наиболее часто используемым пассивным компонентом в электронике, и очень легко построить делитель тока с помощью резисторов. Делитель тока представляет собой линейную схему, которая разделяет общий ток, протекающий в цепь, и создает разделение или производит часть общего тока.
Согласно правилу делителя тока, ток, протекающий через любую параллельную ветвь цепи, будет равен произведению полного тока и отношения сопротивления противоположной ветви к общему сопротивлению. Таким образом, с помощью правила делителя тока мы можем вычислить ток, протекающий через ветвь, если мы знаем общий ток и значение сопротивления других ветвей. Мы узнаем об этом больше по мере продвижения.
Делитель тока можно легко построить, используя KCL (Закон Кирхгофа) и Закон Ома. Посмотрим, как происходит это разделение на параллельно включенную резистивную цепь.
На изображении выше два резистора по 1 Ом подключены параллельно, это R1 и R2. Эти два резистора разделяют общий ток, протекающий через резистор. Поскольку напряжение на этих двух резисторах одинаково, ток, протекающий через каждый резистор, можно рассчитать, используя формулу делителя тока
Таким образом, общий ток равен I Total = I R1 + I R2 согласно закону Кирхгофа по току.
Теперь, чтобы найти ток каждого резистора, мы используем закон Ома I = V / R для каждого резистора. В таком случае, I R1 = V / R1 и I R2 = V / R2
Следовательно, если мы используем эти значения в I Total = I R1 + I R2, общий ток будет
Общий ток = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)
Таким образом, V = I всего (1 / R1 + 1 / R2) -1 = I всего (R1R2 / R1 + R2)
Итак, если мы можем рассчитать полное сопротивление и общий ток, то, используя приведенную выше формулу, мы можем получить разделенный ток через резистор. В настоящее время правила делителя формула вычислить для тока через R1 может быть задана как
I R1 = V / R1 = I всего I R1 = I всего (R2 / (R1 + R2))
Точно так же текущие формулы правила делителя для расчета тока через R2 могут быть представлены как
I R2 = V / R2 = I всего I R2 = I всего (R1 / (R1 + R2))
Следовательно, если резисторов больше двух, необходимо рассчитать полное или эквивалентное сопротивление, чтобы узнать разделенный ток в каждом резисторе, используя формулу
I = V / R
Аппаратное тестирование цепи делителя тока
Давайте посмотрим, как этот текущий делитель работает в реальном сценарии.
На приведенной выше схеме есть три резистора, которые подключены к источнику постоянного или постоянного тока 1 А. Все резисторы рассчитаны на 1 Ом. Следовательно, R1 = R2 = R3 = 1 Ом.
Эта схема тестируется на макетной плате путем подключения резисторов один за другим в параллельной конфигурации с источником постоянного тока 1 А, подключенным к цепи. Вы также можете проверить эту простую схему постоянного тока, чтобы узнать, как работает источник тока и как его собрать самостоятельно. На изображении ниже к цепи подключен один резистор.
Ток показывает 1А на мультиметре при подключении через резистор. Затем добавляется второй резистор на 1 Ом. Ток упал до половины, примерно 500 мА на каждом резисторе, как показано ниже.
Почему это произошло? Давайте узнаем, используя текущий расчет делителя. Когда два резистора по 1 Ом соединены параллельно, эквивалентное сопротивление будет -
R эквивалент = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 Ом
Следовательно, когда два сопротивления 1 Ом соединены параллельно, эквивалентное сопротивление становится 0,5 Ом. Таким образом, ток через R1 равен
I R1 = I всего (R эквивалент / R1) I R1 = 1 А (0,5 Ом / 1 Ом) = 0,5 А
Такое же количество тока проходит через другой резистор, потому что R2 - это тот же резистор 1 Ом, а ток постоянен до 1A. Мультиметр показывает примерно 0,5 А, которое проходит через два резистора.
Теперь в схему включен дополнительный резистор на 1 Ом. Мультиметр теперь показывает примерно 0,33 А тока, протекающего через каждый резистор.
Поскольку есть три резистора, подключенных параллельно, давайте выясним эквивалентное сопротивление трех резисторов, подключенных параллельно.
R эквивалент = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R эквивалент = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R эквивалент = 1/3 R эквивалент = 0,33 Ом
Теперь, ток через каждый резистор, IR = общий I (эквивалент R / R1) IR = 1 ампер x (0,33 Ом / 1 Ом) IR = 0,33 ампер
Мультиметр показывает, что в каждом резисторе течет примерно 0,33 А, так как все резисторы имеют номинал 1 Ом и подключены в цепь, где ток фиксирован с 1 А. Вы также можете посмотреть видео в конце страницы, чтобы проверить, как работает схема.
Текущие приложения делителя
Основное применение делителя тока - это производство части общего тока, доступного в цепи. Однако в некоторых случаях компонент, который используется для передачи тока, имеет ограничение на то, сколько тока фактически протекает через компонент. Избыточный ток вызывает повышенное тепловыделение, а также сокращает срок службы компонентов. Используя делитель тока, можно минимизировать ток, протекающий через компонент, и, таким образом, можно использовать компонент меньшего размера.
Например, в случае, когда требуется большая мощность резистора; добавление нескольких резисторов параллельно снижает рассеивание тепла, и резисторы меньшей мощности могут выполнять ту же работу.