Příliš velký proud
Minulý díl Elektroniky virtuálně jsme zakončili zapojením rezistorů paralelně. Naměřený proud byl příliš velký. Pokud jste zkoušeli přijít na to proč, jistě jste zjistili, že vše souvisí s celkovou hodnotou odporu paralelního zapojení rezistorů. Vzorec pro výpočet celkového odporu u paralelního zapojení rezistorů je R = 1 / ((1/R1) + (1/R2)). Celkový odpor nám vyjde 500 Ω. Paralelní zapojení tedy celkovou hodnotu odporu snižuje!
Dělič napětí: Jak na to?
A nyní již k dnešnímu tématu. V programu LTspice (jak a kde nainstalovat zjistíte tady) vytvoříme obvod podle obrázku číslo 1. Rezistorům nastavíme hodnotu odporu na 1 kΩ (1 kΩ znamená 1000 Ω). Mezi rezistory vyvedeme spoj, který pojmenujeme „OUT“ (to znamená „výstup“). Pojmenování spoje se provádí přes ikonku obdélníku s písmenkem uvnitř.
Na obrázku číslo 2 můžeme vidět ikonku zvýrazněnou červeným kroužkem. Po kliknutí vyskočí dialog, do volného pole napíšeme „OUT“ a dáme „OK“, vidíme, že kurzor se změnil. Jakmile nyní klikneme na nějaký spoj, dojde k jeho pojmenování. Jakmile spoj pojmenujeme, tak je třeba stisknout „Esc“.
Simulace zapojení
Hodnotu zdroje nastavíme na 10 V. Spustíme simulaci a všechny grafy smažeme (spuštěnou simulaci lze vidět na obrázku číslo 3). Smazání grafu se provádí kliknutím pravého tlačítka na název grafu. Po kliknutí se zobrazí dialog, na kterém je tlačítko „Delete this Trace“. Jako nápovědu můžete použít obrázek číslo 4, na něm vidíme červenou elipsu ukazující, kde najdeme název grafu a dialog, který se po kliknutí objeví.
Poté, co vymažeme všechny grafy, pojmenujeme spoje u pólů zdroje podle daného pólu (tedy „+“ a „−“). Obrázek číslo 5 ukazuje, kam jsem umístil názvy spojů (opět zvýrazněno červeným kroužkem). Nyní najedeme kurzorem na spoj „+“, měli bychom vidět červenou sondu, po stisknutí a držení levého tlačítka myši se sonda změní na černou. S touto černou sondou dojedeme na spoj „OUT“ a tlačítko myši uvolníme. Měl by se objevit graf ukazující hodnotu 5 V.
Obdobně klikneme na spoj „OUT“ a držíme levé tlačítko myši. Přetáhneme sondu na spoj „-“ a pustíme. Nyní máme v okně výstupu dvě křivky (ačkoliv vidíme jen jednu barvu, protože se překrývají).
Vidíme, že obě křivky ukazují hodnotu 5 V. To je polovina napájecího napětí. Je to proto, že oběma rezistory prochází stejný proud, který je dle Ohmova zákona roven: I = U / (R1+R2). Hodnoty odporů sčítáme, protože jde o sériové zapojení. Hodnota proudu je tedy 5 mA.
Nyní spočítáme napětí, které bude pouze na rezistoru R1 a podle Ohmova zákona dostaneme: U = R1 x I. To je 5 V. Obdobně spočteme pro R2. Na každém rezistoru dochází k úbytku napětí, a proto je mezi jednotlivými spoji napětí nižší.
Pojďte trochu experimentovat!
Nyní zkusíme změnit hodnoty rezistorů postupně na 500 Ω a 2 kΩ, vidíme že hodnota napětí je stále stejná (nezapomeňte vždy spustit simulaci znovu). Zkuste si nové hodnoty dosadit do předchozích výpočtů a uvidíte, že vše vyjde stejně. U děliče napětí záleží na poměru hodnot odporů. Zkusíme tedy nyní do R1 nastavit hodnotu 1 kΩ a do R2 nastavit hodnotu 2 kΩ.
Vidíme, že napětí mezi „+“ a OUT je něco přes 3.3 V a napětí mezi OUT a „−“ je něco přes 6.6 V. Zkuste si opět vše spočítat.
Dělič napětí ne, stabilizátor ano!
Dělič napětí nepoužívejte pro napájení! V takovém případě se má používat „stabilizátor napětí“. Dělič napětí má totiž velké výkonové ztráty a nemůže poskytovat stabilní zdroj proudu. Také se hodnota výstupního napětí může výrazně změnit, pokud zapojíme zátěž. Zátěž by se totiž chovala jako paralelně zapojený rezistor a víme, že v paralelním zapojení je celková hodnota odporu nižší.
Už jste někdy otáčeli kolečkem „volume“? Toto kolečko bývá tvořeno takzvaným „potenciometrem“, jedná se o jakýsi „proměnlivý dělič napětí“, kdy otáčením měníme poměr odporů a tím i výstupní napětí.
