Capacitieve spanningsdeler:een uitgebreide handleiding

Capacitieve spanningsdelers zijn steeds populairder geworden; je zult ze vinden in veel elektrische projecten, zoals onder andere Colpitts-oscillatoren.

Voordat u echter besluit een capacitieve spanningsdeler te gebruiken, moet u goed begrijpen hoe ze werken.

Dit artikel definieert capacitieve spanningsdelers en de spanningsdelerregel. Je zult ook kijken naar de verschillende schakelschema's van een capacitieve spanningsdeler en meer.

Wat is een capacitieve spanningsdeler?

Spanningsdeler

Bron:Wikipedia

Een capacitieve spanningsdeler is een circuit dat een potentiaal spanningsverschil neemt en het in tweeën splitst terwijl een constante spanningsverhouding behouden blijft.

Bovendien heeft een capacitieve verdeler over het algemeen een paar condensatoren in lijn met elkaar.

Het primaire doel van dit circuit is om verschillende hoeveelheden spanningen toe te wijzen aan andere circuitonderdelen volgens de wet van Ohm:

V=IR

Waar; V staat voor spanning, ik voor stroom en R weerstand.

Als je bijvoorbeeld een voeding van 12 volt hebt, plaats je vier condensatoren in serie met elkaar (en ze zijn allemaal 1µF). Dan bieden de condensatoren een uitgangsspanning van 6 volt, wat de helft is van de 12 volt.

Wat is een spanningsdelerregel?

Spanningsdeler

Bron:Wikimedia Commons.

Gemiddeld splitst de ingangsspanning door de elementen wanneer een paar circuitelementen in serie met elkaar zijn verbonden.

Evenzo, wanneer u enkele circuitelementen parallel aan elkaar koppelt, zal de stroom zich ook door de componenten verdelen.

Daarom gebruiken we de stroomdelerregel voor parallelle circuits en voor een serieschakeling gebruiken we de spanningsdelerregel bij het analyseren van de koers.

De spanningsdelerregel, een andere naam potentiaaldelerregel, speelt een cruciale rol in circuitanalyse omdat het ons helpt de individuele spanning van de elementen te berekenen.

Afhankelijk van de elementen die in een circuit worden gebruikt, valt de spanningsdelerregel in drie categorieën.

Namelijk;

• Inductieve spanningsdeler
• Capacitieve spanningsdeler
• Ohmse spanningsdeler

Laten we elk van de bovenstaande eens nader bekijken.

Spanningsdelerregel voor resistieve circuits

Laten we, om de resistieve spanningsdelerregel te begrijpen, een circuit gebruiken met een paar weerstanden die in serie zijn geschakeld met de spanningsbron.

Omdat je de weerstanden in serie met elkaar hebt verbonden, hebben ze (weerstanden) allebei een vergelijkbare hoeveelheid stroom door hen heen.

Weerstanden

De weerstanden hebben echter een contrasterende spanning; de ingangsspanning van het circuit splitst zich in het paar weerstanden. Bovendien heeft de weerstand direct invloed op de hoeveelheid individuele spanning.

Hieronder is een circuit dat u kunt gebruiken voor meer begrip:

Een resistief circuit

Uit het bovenstaande schakelschema zijn de weerstanden R₁ en R₂ interlink in serie met V_S (de spanningsbron). De spanningsbron levert een totale stroom van 1 ampère.

Toch heeft de ontwerper alle elementen in serie aangebracht; bijgevolg zal er een lus zijn en de stroom die er doorheen gaat, blijft constant op 1 ampère.

Om nu de somspanning te berekenen, kunt u de formule gebruiken;

V_S =V _{R 1} + V _{R 2} … (1)

Waar,

V_R1 vertegenwoordigt de spanning door weerstand, R₁ en V_R2 vertegenwoordigen spanning via weerstand R₂ . Bovendien splitst alle geleverde spanning tussen deze twee weerstanden. U kunt dus de somspanning krijgen door V_R1 . toe te voegen en V_R2 .

Volgens de OHM-wet;

V_R1 =IR₁ +IR₂ …. (2)

Dus uit vergelijkingen (1) en (2);

V_S =IR₁ +IR₂

V_S =ik(R₁ +R₂ )

Plaats vervolgens de waarde van de eerste stroom in vergelijking (2)

V_R1 =IR₁

Evenzo

V_R2 =IR₂

De spanningsdelerregel van een resistief circuit is dus in tegenspraak met de huidige delerregel.

Spanningsdelerregel voor inductieve circuits

Wanneer u drie of meer inductoren in een circuit in seriemodus met elkaar verbindt, blijft de stroom die door de inductoren vloeit constant. Desalniettemin verspreidt de bronspanning zich naar alle inductoren.

Smoorspoelen

Daarom kunt u de inductorspanningsdelerregel gebruiken om de hoeveelheid spanning in een individuele inductor te berekenen.

Een inductief circuit

De ontwerper heeft beide spoelen L₁ . gekoppeld en L₂ in seriemodus uit het bovenstaande schakelschema. Bovendien, V_L1 vertegenwoordigt spanning via L₁ , en eveneens V_L2 vertegenwoordigt spanning via L₂ . De V_S geeft de voedingsspanning weer.

V_L1 . vinden en V_L2 , gebruiken we de inductorspanningsdelerregel. Zoals u al weet, is de vergelijking voor de spanning van inductoren;

Waar L_eq gelijk is aan de sominductantie van het circuit, heeft de elektrotechnisch ingenieur de inductoren in serie met elkaar verbonden in ons voorbeeldcircuit. De sominductantie is dus een combinatie van de twee inductanties;

L_eq =L₁ + L₂

Uit vergelijking (3);

Spanning door spoel L₁ is;

Evenzo spanning door spoel L₂ is;

We kunnen dus concluderen dat de spanningsdelerregel van een inductor vergelijkbaar is met de weerstanden.

Spanningsdelerregel voor capacitieve circuits

Laten we de onderstaande schakeling gebruiken om de spanningsdelerregel van een condensator te berekenen.

Een capacitief circuit

Waar;

De ingenieur plaatste een paar condensatoren in serie met V_S , de bronspanning. Vervolgens splitst de bronspanning zich in tweeën. Eén gaat door condensator C₁ en de andere via condensator C₂ .

condensatoren

Bovendien, V_C1 vertegenwoordigt spanning via condensator C₁ , en V_C2 staat voor spanning door condensator C₂ .

Dus de gecombineerde capaciteit is

Het totaalbedrag dat door de bron is opgegeven:Q =C_eq V_S , wat in wezen

Condensator C₁ spanning;

V_C1 =Q₁ / C₁

Condensator C₂ spanning;

V_C2 =Q₂ / C₂

Samengevat, individuele spanning door een condensator is een verhouding van tegengestelde capaciteit vermenigvuldigd met totale capaciteit en totale spanning.

Formule capacitieve spanningsdeler

Een capacitieve spanningsdeler is een circuit dat gebruik maakt van een paar condensatoren parallel aan de uitgang en onderling verbonden met de AC-ingang (wisselstroom).

U kunt de verhouding van de ingangs- en uitgangsspanning krijgen met behulp van de formule;

V_uit /V_in =1/ (1+C_S /C_P )

Waar;

• C_S vertegenwoordigt de volledige capaciteit van de hele in serie geschakelde condensatoren.

• C_P vertegenwoordigt de somcapaciteit van elke parallel geschakelde condensator.

De bovenstaande formule levert een wisselstroomsignaal (AC) met een grootte die afhangt van de V_in met een offset.

De offset varieert echter met betrekking tot de hoeveelheid capaciteit van C_S of C_P .

Circuitdiagram van capacitieve spanningsdeler

Capacitieve AC-spanningsdelercircuit

De formule X _C =1/ (2πf _c ) geleidt de spanningsverdeling door afzonderlijke condensatoren in een capacitief spanningsdelercircuit.

Om de hoeveelheid spanning te berekenen die aan de condensatoren van het circuit is toegewezen, moet u echter eerst de impedantie van de condensator berekenen. U kunt dit doen met behulp van de hierboven vermelde formule.

Nadat u de impedantie hebt berekend, kunt u de OHM-formule gebruiken om de hoeveelheid spanning te kennen die over elke condensator gaat.

Bijvoorbeeld:

Een capacitief AC-spanningsdelercircuit

Bovenstaande schakeling heeft twee condensatoren en een voedingsspanning van 120V AC; bijgevolg zal de spanning naar beide condensatoren vloeien. Onthoud dat de condensatoren in seriemodus staan.

U kunt nu een eenvoudige spanningsdeler gebruiken om de toegewezen spanning te kennen, waarbij de 1μF-condensator tweemaal de spanning krijgt.

Daarom zal het in ons geval 80V zijn en zal condensator 2μ 40V krijgen

Capacitief DC-spanningsdelercircuit

De spanning wordt gedeeld in een DC-spanningsdelercircuit volgens de formule V=Q/C. Waarbij de spanning tegengesteld symmetrisch is aan de capaciteitswaarde van de condensator.

In wezen zal de condensator met een lagere capaciteit een hogere spanning ontvangen. Aan de andere kant zal de condensator met meer capaciteit een lagere spanning ontvangen.

Bijvoorbeeld:

Capacitieve DC-spanningsdelercircuit

Bovenstaande circuits leveren een gelijkspanning van 15V, wat betekent dat de 15 volt door zal stromen naar het paar condensatoren.

De spanning zal naar beide condensatoren vloeien, zodat deze bij optelling gelijk is aan de voedingsbron 15V.

Ervan uitgaande dat de condensatoren een vergelijkbare lading hebben, kunt u de spanning berekenen uit hun capaciteitswaarden.

Aangezien de waarde van de condensator van 1μF de helft is van de waarde van de condensator van 2µF, zal de spanning van de eerste condensator twee keer zo groot zijn als die van de tweede.

Daarom zal de condensatorspanning van 1 F 10 volt zijn en de condensatorspanning van 2 F 5 volt.

Voor- en nadeel van capacitieve spanningsdeler

Spanningsdelers zijn handig, maar ook zij hebben voor- en nadelen zoals alle andere uitvindingen.

Voordelen

• Minimaal warmteverlies
• Betaalbaar
• Werken op DC (gelijkstroom) of AC (wisselstroom)
• Lage installatiekosten
• Frequentie-afhankelijk

Nadelen

• werkt alleen op Lightweight AC
• Redelijk zwaar
• Oververhitting verlaagt de werkefficiëntie
• Een paar spanningsdelers zijn duur om te installeren en werken alleen met wisselstroom.

Gebruik van capacitieve spanningsdeler

Zoals eerder vermeld, hebben capacitieve spanningsdelers tal van toepassingen. Sommigen van hen omvatten:

• Een spanningsdeler kan de spanning verlagen en het meten van hoogspanning mogelijk maken.
• Spanningsdelers in een microcontroller helpen bij het meten van de weerstand van een sensor.

Een microcontroller

• Een spanningsdeler werkt als een logische niveauverschuiver bij het koppelen van verschillende bedrijfsspanningen.

Samenvatting

Na het lezen van dit artikel hopen we een capacitief delercircuit te definiëren en de spanningsdelerregel uit te leggen.

Het is het beste om de verschillende voor- en nadelen van een capacitieve spanningsdeler te begrijpen.

Als u meer informatie over dit onderwerp nodig heeft, neem dan contact met ons op.