Strujni krugovi djelitelja struje objašnjeni formulom i praktičnim hardverom

Pri projektiranju elektroničkog sklopa, postoji puno situacija kada krug zahtijeva različite vrijednosti napona i izvora struje. Na primjer, prilikom postavljanja unaprijed postavljenog napona za Op-pojačalo, vrlo je uobičajeno koristiti potencijalni djeliteljski krug za dobivanje potrebnih vrijednosti napona. Ali što ako trebamo određenu vrijednost struje? Slično razdjelniku napona, postoji još jedan tip kruga koji se naziva razdjelnik struje i koji se može koristiti za dijeljenje ukupne struje na nekoliko unutar zatvorenog kruga. Dakle, u ovom uputstvu naučit ćemo kako izgraditi jednostavan strujni krug djelitelja struje pomoću otporne metode (koristeći samo otpore). Imajte na umu da je također moguće napraviti razdjelnik struje pomoću induktora i rad oba kruga bit će jednak.

Rad kruga djelitelja struje

Otpor je najčešće korištena pasivna komponenta u elektronici i vrlo je jednostavno konstruirati djelitelj struje pomoću otpornika. Razdjelnik struje je linearni krug koji dijeli ukupnu struju koja teče u krug i stvara podjelu ili stvara djelić ukupne struje.

Prema pravilu djelitelja struje, struja koja prolazi kroz bilo koji paralelni krak kruga bit će jednaka umnošku ukupne struje i omjera otpora suprotne grane i ukupnog otpora. Tako s pravilom djelitelja struje možemo izračunati struju koja prolazi kroz odvojak ako znamo ukupnu vrijednost struje i otpora ostalih grana. O tome ćemo razumjeti više tijekom nastavka.

Trenutni razdjelnik može se jednostavno izraditi pomoću KCL (Kirchhoffov trenutni zakon) i Ohmovog zakona. Pogledajmo kako se odvija ova podjela u paralelno spojeni otporni krug.

Na gornjoj su slici paralelno povezana dva otpora od 1 Ohm, a to su R1 i R2. Ova dva otpora dijele ukupnu struju koja prolazi kroz otpor. Budući da je napon na ova dva otpornika jednak, struja koja prolazi kroz svaki otpor može se izračunati pomoću formule djelitelja struje

Dakle, ukupna struja je I _Ukupno = I _R1 + I _R2 prema Kirchoffovom trenutnom zakonu.

Sada da bismo pronašli struju svakog otpornika, koristimo Ohmov zakon I = V / R na svakom otporu. U tom slučaju, I _R1 = V / R1 i I _R2 = V / R2

Stoga, ako ove vrijednosti koristimo u I _Ukupno = I _R1 + I _R2, ukupna struja bit će

Ukupna struja = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)

Tako, V = I _ukupno (1 / R1 + 1 / R2) ^-1 = I _ukupno (R1R2 / R1 + R2)

Dakle, ako možemo izračunati ukupni otpor i ukupnu struju, pomoću gornje formule možemo dobiti podijeljenu struju kroz otpor. U sadašnje djelitelj pravilo formule za izračun struje kroz R1 može dati kao

I _R1 = V / R1 = I _ukupno I _R1 = I _ukupno (R2 / (R1 + R2))

Slično tome, formule pravila trenutnog razdjelnika za izračunavanje struje kroz R2 mogu se dati kao

I _R2 = V / R2 = I _ukupno I _R2 = I _ukupno (R1 / (R1 + R2))

Stoga, gdje su otpornici veći od dva, treba izračunati ukupni ili ekvivalentni otpor kako bi se saznala podijeljena struja u svakom otporu pomoću formule

I = V / R

Ispitivanje kruga djelitelja struje u hardveru

Pogledajmo kako ovaj trenutni razdjelnik djeluje u stvarnom scenariju.

U gornjoj shemi postoje tri otpornika koja su spojena na fiksni ili konstantni izvor struje od 1A. Svi otpornici su ocijenjeni na 1 Ohm. Prema tome R1 = R2 = R3 = 1 Ohm.

Ovaj se krug ispituje u pločici spajanjem otpornika jedan po jedan u paralelnoj konfiguraciji s izvorom konstantne struje od 1 A koji je spojen preko kruga. Također možete provjeriti ovaj jednostavni krug s konstantnom strujom da biste saznali kako radi izvor struje i kako ga sami izraditi. Na slici dolje, jedan je otpor povezan preko kruga.

Struja pokazuje 1A u multimetru kada je spojena preko otpornika. Zatim se dodaje drugi otpor od 1 Oma. Struja je pala na pola, približno 500 mA u svakom otporniku, kao što je prikazano dolje

Zašto se to dogodilo? Otkrijmo pomoću trenutnog izračuna djelitelja. Kada su paralelno spojena dva otpora od 1 Ohm, ekvivalentni otpor bit će -

R _ekvivalent = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 ohma

Stoga, kada su se paralelno spojila dva otpora od 1 Ohm, ekvivalentni otpor postao je 0,5 Ohma. Dakle, struja kroz R1 je

I _R1 = I _ukupno (R _ekvivalent / R1) I _R1 = 1A (0,5 ohma / 1 ohma) = 0,5 ampera

Ista količina struje teče kroz drugi otpornik, jer je R2 isti otpor od 1 Ohma, a struja je konstantna do 1A. Multimetar pokazuje približno 0,5 ampera koji prolaze kroz dva otpora.

Sada je u krug priključen dodatni otpor od 1 Ohma. Multimetar sada pokazuje da približno otprilike 0,33A struje teče kroz svaki otpornik.

Budući da postoje tri paralelno povezana otpornika, doznajmo ekvivalentni otpor tri otpornika u paralelnom spoju

R _ekvivalent = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R _ekvivalent = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R _ekvivalent = 1/3 R _ekvivalent = 0,33 Ohms

Sada, struja kroz svaki otpornik, IR = I _ukupno (R _ekvivalent / R1) IR = 1 Amp x (0,33 Ohma / 1 Ohma) IR = 0,33 Amp

Multimetar pokazuje otprilike 0,33 Amp koji teče u svakom otporniku, jer su svi otpornici vrijednosti 1 Ohm i povezani u krug u kojem je protok struje fiksiran s 1A. Videozapis možete pogledati i na kraju stranice kako biste provjerili kako krug funkcionira.

Trenutne aplikacije razdjelnika

Glavna primjena razdjelnika struje je stvaranje djelića ukupne struje dostupne u krugu. Međutim, u nekim slučajevima komponenta koja služi za nošenje struje ima ograničenje koliko struje zapravo prolazi kroz komponentu. Prekomjerna struja uzrokuje povećano odvođenje topline, kao i smanjuje životni vijek komponenata. Korištenjem razdjelnika struje može se minimizirati struja koja prolazi kroz komponentu i na taj način se može koristiti manja veličina komponente.

Na primjer, u slučaju kada je potrebna veća snaga otpora; paralelno dodavanje više otpornika smanjuje odvođenje topline, a manji otpornici snage mogu raditi isti posao.