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Kapazitiver Spannungsteiler:Eine ausführliche Anleitung

Kapazitive Spannungsteiler erfreuen sich zunehmender Beliebtheit; Sie finden sie unter anderem in vielen elektrischen Projekten wie Colpitts-Oszillatoren.

Bevor Sie sich jedoch für die Verwendung eines kapazitiven Spannungsteilers entscheiden, müssen Sie dessen Funktionsweise genau verstehen.

Dieser Artikel definiert kapazitive Spannungsteiler und die Spannungsteilerregel. Sie sehen sich auch die verschiedenen Schaltpläne eines kapazitiven Spannungsteilers und mehr an.

Was ist ein kapazitiver Spannungsteiler?

Spannungsteiler

Quelle:Wikipedia

Ein kapazitiver Spannungsteiler ist eine Schaltung, die eine potenzielle Spannungsdifferenz nimmt und sie in zwei Teile aufteilt, während ein konstantes Spannungsverhältnis beibehalten wird.

Außerdem hat ein kapazitiver Teiler im Allgemeinen ein Paar Kondensatoren in Reihe.

Der Hauptzweck dieser Schaltung besteht darin, andere Schaltungsteile gemäß dem Ohmschen Gesetz mit unterschiedlichen Spannungswerten zu belegen:

V=IR

Wo; V steht für Spannung, I für Strom und R für Widerstand.

Wenn Sie beispielsweise eine 12-Volt-Stromversorgung haben, schalten Sie vier Kondensatoren in Reihe (und alle haben 1 µF). Dann bieten die Kondensatoren eine Ausgangsspannung von 6 Volt, was der Hälfte von 12 Volt entspricht.

Was ist eine Spannungsteilerregel?

Spannungsteiler

Quelle:Wikimedia Commons.

Im Durchschnitt teilt sich die Eingangsspannung durch die Elemente, wenn ein paar Schaltungselemente in Reihe geschaltet werden.

Wenn Sie einige Schaltungselemente parallel schalten, teilt sich der Strom ebenfalls auf die Komponenten auf.

Daher wenden wir bei Parallelschaltungen die Stromteilerregel und bei Reihenschaltungen die Spannungsteilerregel zur Verlaufsanalyse an.

Die Spannungsteilerregel, ein anderer Name Potentialteilerregel, spielt eine entscheidende Rolle bei der Schaltungsanalyse, da sie uns hilft, die individuelle Spannung der Elemente zu berechnen.

Abhängig von den in einer Schaltung verwendeten Elementen fällt die Spannungsteilerregel in drei Kategorien.

Nämlich;

Lassen Sie uns einen genaueren Blick auf die oben genannten Punkte werfen.

Spannungsteilerregel für Widerstandsschaltungen

Um die Regel des Widerstandsspannungsteilers zu verstehen, verwenden wir eine Schaltung mit zwei Widerständen, die in Reihe mit der Spannungsquelle verbunden sind.

Da Sie die Widerstände in Reihe geschaltet haben, fließt durch beide (Widerstände) eine ähnliche Strommenge.

Widerstände

Die Widerstände haben jedoch eine gegensätzliche Spannung; Die Eingangsspannung der Schaltung teilt sich in das Widerstandspaar auf. Außerdem wirkt sich der Widerstand direkt auf die Höhe der individuellen Spannung aus.

Unten ist eine Schaltung, die Sie zum weiteren Verständnis verwenden können:

Eine Widerstandsschaltung

Aus dem obigen Schaltplan die Widerstände R1 und R2 in Reihe mit VS verketten (die Spannungsquelle). Die Spannungsquelle liefert einen Gesamtstrom von 1 Ampere.

Trotzdem hat der Designer alle Elemente in Reihe angebracht; Folglich entsteht eine Schleife, und der Strom, der durch sie fließt, bleibt konstant bei 1 Ampere.

Um nun die Summenspannung zu berechnen, können Sie die Formel verwenden;

VS =V R 1 + V R 2 … (1)

Wo,

VR1 repräsentiert die Spannung durch den Widerstand, R1 und VR2 stellen die Spannung durch den Widerstand R2 dar . Darüber hinaus teilt sich die gesamte bereitgestellte Spannung zwischen diesen beiden Widerständen auf. Somit erhält man die Summenspannung durch Addition von VR1 und VR2 .

Gemäß OHM-Gesetz;

VR1 =IR1 +IR2 …. (2)

Somit aus den Gleichungen (1) und (2);

VS =IR1 +IR2

VS =I(R1 +R2 )

Setzen Sie als Nächstes den Wert des ersten Stroms in Gleichung (2) ein

VR1 =IR1

Ebenso

VR2 =IR2

Somit widerspricht die Spannungsteilerregel einer Widerstandsschaltung der Stromteilerregel.

Spannungsteilerregel für induktive Schaltungen

Wenn Sie drei oder mehr Induktivitäten in einer Schaltung in Reihe schalten, bleibt der Strom, der durch die Induktivitäten fließt, konstant. Trotzdem breitet sich die Quellenspannung auf alle Induktivitäten aus.

Induktoren

Daher können Sie die Spannungsteilerregel für Induktoren verwenden, um die Höhe der Spannung in einem einzelnen Induktor zu berechnen.

Eine induktive Schaltung

Der Designer verknüpfte beide Induktoren L1 und L2 im Serienmodus aus dem obigen Schaltplan. Außerdem VL1 repräsentiert die Spannung durch L1 , und ebenso VL2 repräsentiert die Spannung durch L2 . Das VS zeigt die Versorgungsspannung.

Um VL1 zu finden und VL2 verwenden wir die Induktivitäts-Spannungsteilerregel. Wie Sie bereits wissen, lautet die Gleichung für die Induktorspannung:

Wobei Leq der Summeninduktivität der Schaltung entspricht, hat der Elektrotechniker in unserer Beispielschaltung die Induktivitäten in Reihe geschaltet. Somit ist die Summeninduktivität eine Kombination der beiden Induktivitäten;

Leq =L1 + L2

Aus Gleichung (3);

Spannung durch Induktivität L1 ist;

Ebenso Spannung durch Induktor L2 ist;

Daraus können wir schließen, dass die Spannungsteilerregel einer Induktivität ähnlich der der Widerstände ist.

Spannungsteilerregel für kapazitive Schaltungen

Lassen Sie uns die folgende Schaltung verwenden, um die Spannungsteilerregel eines Kondensators zu berechnen.

Eine kapazitive Schaltung

Wo;

Der Ingenieur hat ein Paar Kondensatoren in Reihe mit VS angebracht , die Quellenspannung. Als nächstes teilt sich die Quellenspannung in zwei Teile. Einer geht durch den Kondensator C1 und der andere durch den Kondensator C2 .

Kondensatoren

Außerdem VC1 stellt die Spannung durch den Kondensator C1 dar , und VC2 steht für Spannung durch Kondensator C2 .

Somit ist die kombinierte Kapazität

Die von der Quelle bereitgestellte Summenladung:Q =Ceq VS , was im Wesentlichen

ist

Kondensator C1 Spannung;

VC1 =Q1 / C1

Kondensator C2 Spannung;

VC2 =Q2 / C2

Zusammenfassend ist die individuelle Spannung durch einen Kondensator ein Verhältnis der entgegengesetzten Kapazität multipliziert mit der Gesamtkapazität und der Gesamtspannung.

Kapazitive Spannungsteilerformel

Ein kapazitiver Spannungsteiler ist eine Schaltung, die ein Paar Kondensatoren parallel zum Ausgang verwendet und mit dem AC-Eingang (Wechselstrom) verbunden ist.

Das Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsspannung erhalten Sie mit der Formel;

Vaus /Vin =1/ (1+CS /CP )

Wo;

Die obige Formel liefert ein Wechselstromsignal (AC) mit einer Größe, die von Vin abhängt mit einem Offset.

Der Offset variiert jedoch bezüglich des Kapazitätsbetrags von CS oder CP .

Schaltplan des kapazitiven Spannungsteilers

Kapazitive Wechselspannungsteilerschaltung

Die Formel X C =1/ (2πf c ) führt eine Spannungsteilung durch einzelne Kondensatoren in einer kapazitiven Spannungsteilerschaltung.

Um jedoch die den Kondensatoren der Schaltung zugewiesene Spannung zu berechnen, müssen Sie zunächst die Impedanz des Kondensators berechnen. Sie können dies mit der oben genannten Formel tun.

Nachdem Sie die Impedanz berechnet haben, können Sie die Ohm-Formel verwenden, um die Höhe der Spannung zu ermitteln, die über jeden Kondensator fließt.

Zum Beispiel:

Eine kapazitive Wechselspannungsteilerschaltung

Die obige Schaltung hat zwei Kondensatoren und eine Versorgungsspannung von 120 V AC; Folglich fließt die Spannung zu beiden Kondensatoren. Denken Sie daran, dass die Kondensatoren in Reihe geschaltet sind.

Sie können jetzt einen einfachen Spannungsteiler verwenden, um die zugewiesene Spannung zu ermitteln, wobei der 1μF-Kondensator die doppelte Spannung erhält.

In unserem Fall sind es also 80 V, und der Kondensator 2μ erhält 40 V

Kapazitive DC-Spannungsteilerschaltung

Die Spannung wird in einer Gleichspannungsteilerschaltung nach der Formel V=Q/C. geteilt Wobei die Spannung entgegengesetzt symmetrisch zum Kapazitätswert des Kondensators ist.

Im Wesentlichen erhält der Kondensator mit einer niedrigeren Kapazität eine höhere Spannung. Andererseits erhält der Kondensator mit mehr Kapazität eine geringere Spannung.

Zum Beispiel:

Kapazitive DC-Spannungsteilerschaltung

Die obigen Schaltungen liefern eine Gleichspannung von 15 V, was bedeutet, dass die 15 Volt durch das Kondensatorenpaar fließen.

Die Spannung fließt zu beiden Kondensatoren, so dass sie zusammengerechnet der Versorgungsquelle 15 V entspricht.

Unter der Annahme, dass die Kondensatoren eine ähnliche Ladung haben, können Sie die Spannung aus ihren Kapazitätswerten berechnen.

Da der 1μF-Kondensatorwert die Hälfte des 2μF-Kondensatorwerts ist, ist die Spannung des ersten Kondensators doppelt so hoch wie die des zweiten.

Daher beträgt die Kondensatorspannung von 1 μF 10 Volt und die Kondensatorspannung von 2 μF 5 Volt.

Vorteil und Nachteil des kapazitiven Spannungsteilers

Spannungsteiler sind hilfreich, aber auch sie haben Vor- und Nachteile wie alle anderen Erfindungen.

Vorteile

Nachteile

Verwendung des kapazitiven Spannungsteilers

Wie bereits erwähnt, haben kapazitive Spannungsteiler zahlreiche Anwendungen. Einige davon sind:

Ein Mikrocontroller

Zusammenfassung

Nachdem wir diesen Artikel gelesen haben, hoffen wir, eine kapazitive Teilerschaltung definieren und die Spannungsteilerregel erklären zu können.

Am besten verstehen Sie die verschiedenen Vor- und Nachteile eines kapazitiven Spannungsteilers.

Wenn Sie weitere Informationen zu diesem Thema benötigen, kontaktieren Sie uns bitte.


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