آموزش الکترونیکالکترونیک

مدار تقسیم ولتاژ چیست؟ کاربرد و فرمول تقسیم ولتاژ

تقسیم کننده ولتاژ یک مدار ساده است که ولتاژ بزرگتر را به ولتاژ کوچکتر تبدیل می کند. فقط با استفاده از دو مقاومت سری و ولتاژ ورودی می توانیم ولتاژ خروجی ایجاد کنیم که قسمتی از ورودی باشد. تقسیم کننده های ولتاژ یکی از اساسی ترین مدار های الکترونیک هستند.

مطالب زیر را در این آموزش پوشش داده ایم :

  • مدار تقسیم ولتاژ چگونه است
  • نحوه ولتاژ خروجی به مقاومت ولتاژ ورودی و تقسیم کننده بستگی دارد
  • رفتار تقسیم کننده های ولتاژ در دنیای واقعی
  • برنامه های تقسیم ولتاژ در زندگی واقعی

پیشنهاد میشود قبل از خواندن این مطلب، مقالات زیر را بخوانید :

تقسیم ولتاژ دو قسمت مهم دارد: مدار و معادله

مدار تقسیم ولتاژ

تقسیم کننده ولتاژ شامل استفاده از یک منبع ولتاژ در دو مقاومت سری است. ممکن است ببینید که چند مدار های تقسیم ولتاژ در چند حالت وجود داشته باشند، اما همه آنها اساسا یک مدار هستند.

برای یادگیری کامل آردوینو (برنامه نویسی حرفه ای، ارتباط با اندروید، ساخت ربات) ، روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.

همچنین اگر میخواهید الکترونیک را با فیلم های آموزشی یاد بگیرید، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

مدار تقسیم ولتاژ

ما مقاومت(مقاومت چیست؟) متصل به ولتاژ ورودی را R1 و مقاومت متصل به GND را R2 می نامیم. افت ولتاژ در R2 که همان ولتاژ تقسیم شده است را Vout مینامیم.

مدار ما فقط همین است! Vout ولتاژ تقسیم شده است و بخشی از ولتاژ ورودی است.

فرمول کاهش ولتاژ با مقاومت

معادله تقسیم ولتاژ فرض می کند که شما سه مقدار مدار بالا را می دانید: ولتاژ ورودی (Vin) و هر دو مقدار مقاومت (R1 و R2). با توجه به این مقادیر ، می توانیم از این معادله برای پیدا کردن ولتاژ خروجی (Vout) استفاده کنیم:

فرمول تقسیم ولتاژ را حفظ کنید.

این معادله بیان می کند که ولتاژ خروجی مستقیماً با ولتاژ ورودی و نسبت R1 و R2 متناسب است.

ساده کردن معادله تقسیم ولتاژ

چند تعمیم وجود دارد که خوب است هنگام استفاده از تقسیم کننده های ولتاژ به خاطر داشته باشید. این ساده سازی باعث می شود که مدار تقسیم ولتاژ کمی ساده تر شود.

تقسیم ولتاژ برابر بودن دو مقاومت

اول، اگر R2 و R1 برابر باشند، آنگاه ولتاژ خروجی نصف ورودی است. این معادله صرف نظر از مقدار مقاومت ها درست است.

فرمول تقسیم ولتاژ بزرگتر بودن مقاومت R2

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

اگر R2 از R1 بسیار بزرگتر باشد، آنگاه ولتاژ خروجی بسیار نزدیک به ورودی خواهد بود و ولتاژ بسیار کمی در R1 وجود خواهد داشت.

آموزش تقسیم ولتاژ بزرگتر بودن مقاومت R1

و برعکس ، اگر R2 بسیار کوچکتر از R1 باشد ، ولتاژ خروجی در مقایسه با ورودی کوچک خواهد بود.

کاربرد های تقسیم ولتاژ

تقسیم کننده های ولتاژ کاربرد های بسیار زیادی دارند و از شایع ترین مدار هایی هستند که مهندسان برق از آن ها استفاده میکنند. در اینجا چند مورد از مکان هایی که مدار تقسیم ولتاژ وجود دارد را معرفی میکنیم.

مطلب پیشنهادی:  مدار پل h با ترانزیستور (ساخت H-bridge با ترانزیستور)

تقسیم ولتاژ در پتانسیومتر

پتانسیومتر یک مقاومت متغیر است که می تواند برای ایجاد یک تقسیم کننده ولتاژ قابل تنظیم استفاده شود.

پتانسیومتر ، یک تقسیم کننده ولتاژ

معرفی پتانسیومتر های تصویر از بالا چپ، در جهت عقربه های ساعت: یک پتانسیومتر کوچک 10 کیلو اهمی، جوی استیک 2 محوره، پتانسیومتر سافت، پتانسیومتر اسلایدی، پتانسیومتر راست کلیک و پتانسیومتر 10 کیلو اهم

درون پتانسیومتر یک مقاومت و یک لغزنده قرار دارد که مقاومت را به دو قسمت تبدیل میکند و نسبت بین دو نیمه را تنظیم میکند. پتانسیومتر معمولا سه پایه دارد : دو پایه به هر انتهای مقاومت متصل میشود و پایه سوم به لغزنده متصل است.

نماد شماتیک پتانسیومتر در مدار

اگر پایه های بیرونی به منبع تغذیه متصل شوند (یکی به GND و دیگری به Vin)، خروجی (Vout در پایه میانی) با توجه به وضعیت پتانسیومتر ولتاژ های مختلفی را ارائه میدهد. اگر دکمه پتانسیومتر را کاملا به یک سمت ببرید، ولتاژ ممکن است صفر باشد و اگر به سمت دیگر ببرید، ولتاژ ممکن است مشابه با ورودی باشد. اگر موقعیت دکمه پتانسیومتر را در وسط قرار دهید، ولتاژ خروجی نصف ولتاژ ورودی است.

پتانسیومترها بسته بندی های مختلف و کاربرد های فراوانی دارند.

سنسور هایی بر اساس مقاومت

بسیاری از حسگرها در دنیای واقعی دستگاه های مقاومتی ساده ای هستند. فوتوسل یک مقاومت متغیر است که مقاومت را متناسب با میزان نوری  که دریافت میکند تولید می کند. سایر دستگاه ها مانند سنسورهای فلکس، مقاومت های حساس به نیرو و ترمیستورها نیز مقاومت متغیر هستند.

اندازه گیری ولتاژ برای میکروکنترلرها (دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال) بسیار آسان است. با افزودن یک مقاومت به سنسور های مقاومتی، می توان یک تقسیم کننده ولتاژ ایجاد کرد. وقتی خروجی تقسیم ولتاژ معلوم شود، می توانیم به عقب برگردیم و مقاومت سنسور را محاسبه کنیم.

به عنوان مثال، مقاومت فوتوسل بین 1kΩ در نور و حدود 10kΩ در تاریکی متفاوت است. اگر آن را با یک مقاومت استاتیک مثلاً (5.6 kΩ) ترکیب کنیم ، می توانیم از تقسیم ولتاژ ایجاد شده، ولتاژ ورودی را بدست آوریم.

تقسیم ولتاژ با فتوسل
تقسیم ولتاژ با فتوسل

فوتوسل نیمی از این تقسیم کننده ولتاژ را تشکیل می دهد. ولتاژ خروجی اندازه گیری می شود تا مقاومت سنسور نوری پیدا شود.

شدت نور R2 (سنسور) R1 (ثابت) R2/(R1+R2) نسبت Vout
روشن 1kΩ 5.6kΩ 0.15 0.76 V
نیمه روشن 7kΩ 5.6kΩ 0.56 2.78 V
تاریک 10kΩ 5.6kΩ 0.67 3.21 V

بین حالت روشن و تاریک، محدوده حدودا 2.45 ولتی وجود دارد. این میزان برای اکثر مبدل های آنالوگ به دیجیتال به آسانی قابل تشخیص است.

استفاده از تقسیم ولتاژ برای تغییر سطح

سنسورهای پیچیده تر ممکن است مقدار خوانده شده توسط خود را با استفاده از رابط های سریال، مانند UART ، SPI یا I2C منتقل کنند. بسیاری از این سنسورها برای حفظ انرژی در ولتاژ نسبتاً کمی کار می کنند تا انرژی را کمتر مصرف کنند. پیش می آید که سنسور های ولتاژ پایین در نهایت به میکروکنترلر هایی با ولتاژ کاری بالاتر ارتباط برقرار کنند. در این موارد نیاز هست که از تغییر سطح استفاده کنیم.

به عنوان مثال، سنسور شتاب سنج ADXL345 نهایتا میتواند ولتاژ 3.3 را دریافت کند، بنابراین در صورت اتصال آن به آردوینو، باید ولتاژ 5 آردوینو را به 3.3 ولت تبدیل کنید. برای این کار تنها به دو مقاومت نیاز دارید که نسبت آنها سیگنال 5 ولت را به 3.3 ولت تبدیل کند. برای این کار استفاده از مقاومت ها در محدوده 1 تا 10 کیلو اهم پیشنهاد میشود.

مطلب پیشنهادی:  آموزش ساخت باتری مانیتور (نمایش شارژ باتری با LED)
مدار تغییر سطح با تقسیم ولتاژ
مقاومت 3.3kΩ (نارنجی ، نارنجی ، قرمز) R2 هستند ، مقاومت های 1.8kΩ (قهوه ای، خاکستری، قرمز) R1 هستند. نمونه ای از تقسیم ولتاژ سیگنال 5 ولت به 3.24 ولت

به خاطر داشته باشید ، این راه حل فقط در یک جهت کار می کند. تقسیم کننده ولتاژ به تنهایی هرگز قادر نخواهد بود ولتاژ پایین تر را به سطح بالاتری برساند.

کابرد ممنوع تقسیم ولتاژ

استفاده از تقسیم کننده ولتاژ برای Step Down ممنوع است! مثلا برای تبدیل 12 ولت به 5 ولت نباید از مدار تقسیم ولتاژ استفاده کرد. هر جریانی که بار مورد نیاز را داشته باشد باید از R1 منتقل شود. جریان و ولتاژ موجود در R1 توان الکتریکی تولید می کند که به صورت گرما منتشر می شود. اگر این توان از رتبه مقاومت (معمولاً بین ⅛W تا 1W) فراتر رود ، گرما باعث مشکل میشود و حتی میتواند مقاومت را ذوب کند.

بنابراین پیشنهاد میشود برای تامین ولتاژ های مختلف، از رگولاتور ها، و یا منبع تغذیه مناسب استفاده کنید.

اثبات معادله های تقسیم ولتاژ

در این بخش ما بررسی می کنیم که چگونه از قانون اهم برای تولید معادله تقسیم ولتاژ استفاده می شود. فرض کنیم که ما مقادیر Vin ، R1 و R2 را می دانیم.

بیایید با ترسیم جریان های موجود در مدار شروع کنیم.

اثبات معادله تقسیم ولتاژ

هدف ما محاسبه Vout است ، با استفاده از قانون اهم داریم :

Vout = I2 * R2 

ما از مقدار R2 اطلاع داریم اما I2 یک مقدار ناشناخته است، اما ما کمی در موردش می دانیم. ما می توانیم فرض کنیم (و این یک فرض بزرگ است) که I1 معادل I2 است. حالا با توجه به این فرض، مدار را رسم میکنیم :

آموزش استفاده از معادله تقسیم ولتاژ

درباره وین چه می دانیم؟ Vin ولتاژ هر دو مقاومت R1 و R2 است. این مقاومت ها به صورت سری هستند. در مقاومت های سری، میزان مقاومت ها جمع میشود.

R = R1 + R2 کل

و باز هم مدار تقسیم ولتاژ را ساده تر میکنیم :

ساده سازی فرمول و مدار تقسیم ولتاژ

قانون اهم در ابتدایی ترین حالت خود است یعنی Vin = I * R که اگر آن R را به R1 + R2 تبدیل کنیم ، می تواند به صورت زیر نیز نوشته شود:

I = Vin / (R1 + R2)

و از آنجا که I معادل I2 است، آن را در معادله Vout قرار میدهیم.

(Vout = R2 * Vin / (R2+ R2

ولتاژ خروجی کسری از ولتاژ ورودی است و این بخش بر مجموع R1 و R2 تقسیم می شود.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *