- Funktionsweise der Stromteilerschaltung
- Testen der Stromteilerschaltung in Hardware
- Aktuelle Teileranwendungen
Beim Entwurf einer elektronischen Schaltung gibt es viele Situationen, in denen eine Schaltung unterschiedliche Werte für Spannungs- und Stromquellen erfordert. Wenn Sie beispielsweise die voreingestellte Spannung für einen Operationsverstärker einstellen, wird häufig eine Potentialteilerschaltung verwendet, um die erforderlichen Spannungswerte zu erhalten. Aber was ist, wenn wir einen bestimmten Stromwert benötigen? Ähnlich wie beim Spannungsteiler gibt es einen anderen Schaltungstyp, der als Stromteiler bezeichnet wird und verwendet werden kann, um den Gesamtstrom innerhalb eines geschlossenen Stromkreises in mehrere zu teilen. In diesem Tutorial lernen wir, wie man eine einfache Stromteilerschaltung mit der Widerstandsmethode (nur mit Widerständen) aufbaut. Beachten Sie, dass es auch möglich ist, einen Stromteiler mit Induktivitäten herzustellen, und dass beide Schaltkreise gleich funktionieren.
Funktionsweise der Stromteilerschaltung
Ein Widerstand ist die am häufigsten verwendete passive Komponente in der Elektronik und es ist sehr einfach, einen Stromteiler unter Verwendung von Widerständen zu konstruieren. Der Stromteiler ist eine lineare Schaltung, die den in eine Schaltung fließenden Gesamtstrom aufteilt und eine Teilung erzeugt oder einen Bruchteil des Gesamtstroms erzeugt.
Gemäß der Stromteilerregel ist der Strom, der durch einen parallelen Zweig einer Schaltung fließt, gleich dem Produkt aus Gesamtstrom und dem Verhältnis von Gegenzweigwiderstand zu Gesamtwiderstand. Mit der Stromteilerregel können wir also den durch einen Zweig fließenden Strom berechnen, wenn wir den Gesamtstrom- und Widerstandswert anderer Zweige kennen. Wir werden im weiteren Verlauf mehr darüber verstehen.
Der Stromteiler kann einfach mit KCL (Kirchhoff's Current Law) und Ohms Law aufgebaut werden. Mal sehen, wie diese Aufteilung in eine parallel geschaltete Widerstandsschaltung erfolgt.
In der obigen Abbildung sind zwei Widerstände mit 1 Ohm parallel geschaltet, nämlich R1 und R2. Diese beiden Widerstände teilen sich den Gesamtstrom, der durch den Widerstand fließt. Da die Spannung an diesen beiden Widerständen gleich ist, kann der durch jeden Widerstand fließende Strom unter Verwendung der Stromteilerformel berechnet werden
Somit ist der Gesamtstrom I Total = I R1 + I R2 gemäß Kirchoffs aktuellem Gesetz.
Um nun den Strom jedes Widerstands zu ermitteln, verwenden wir für jeden Widerstand das Ohmsche Gesetz I = V / R. In einem solchen Fall, I R1 = V / R1 und I R2 = V / R2
Wenn wir diese Werte in I Total = I R1 + I R2 verwenden, ist der Gesamtstrom daher
Gesamtstrom = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)
So, V = I gesamt (1 / R1 + 1 / R2) -1 = I gesamt (R1R2 / R1 + R2)
Wenn wir also den Gesamtwiderstand und den Gesamtstrom berechnen können, können wir unter Verwendung der obigen Formel den geteilten Strom durch den Widerstand erhalten. Die aktuellen Teilerregelformeln zur Berechnung des Stroms durch R1 können wie folgt angegeben werden
I R1 = V / R1 = I gesamt I R1 = I gesamt (R2 / (R1 + R2))
In ähnlicher Weise können die aktuellen Teilerregelformeln zur Berechnung des Stroms durch R2 wie folgt angegeben werden
I R2 = V / R2 = I gesamt I R2 = I gesamt (R1 / (R1 + R2))
Wenn die Widerstände mehr als zwei sind, muss daher der Gesamtwiderstand oder der äquivalente Widerstand berechnet werden, um den geteilten Strom in jedem Widerstand unter Verwendung der Formel herauszufinden
I = V / R.
Testen der Stromteilerschaltung in Hardware
Mal sehen, wie dieser aktuelle Teiler in einem realen Szenario funktioniert.
In dem obigen Schema gibt es drei Widerstände, die an eine feste oder konstante Stromquelle von 1A angeschlossen sind. Alle Widerstände sind mit 1 Ohm bewertet. Daher ist R1 = R2 = R3 = 1 Ohm.
Diese Schaltung wird im Steckbrett getestet, indem die Widerstände einzeln in einer parallelen Konfiguration mit einer über die Schaltung angeschlossenen 1A-Konstantstromquelle verbunden werden. Sie können auch diese einfache Konstantstromschaltung überprüfen, um zu erfahren, wie die Stromquelle funktioniert und wie Sie eine eigene bauen. In der folgenden Abbildung ist ein einzelner Widerstand über die Schaltung angeschlossen.
Der Strom zeigt im Multimeter 1A an, wenn er über den Widerstand angeschlossen wird. Als nächstes wird ein zweiter 1 Ohm Widerstand hinzugefügt. Der Strom fiel auf die Hälfte ab, ungefähr 500 mA in jedem Widerstand, wie unten gezeigt
Warum ist das passiert? Lassen Sie uns anhand der aktuellen Teilerberechnung herausfinden. Wenn zwei Widerstände mit 1 Ohm parallel geschaltet werden, beträgt der äquivalente Widerstand -
R- Äquivalent = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 Ohm
Wenn daher zwei 1 Ohm Widerstand parallel geschaltet wurden, betrug der äquivalente Widerstand 0,5 Ohm. Somit ist der Strom durch den R1
I R1 = I gesamt (R- Äquivalent / R1) I R1 = 1A (0,5 Ohm / 1 Ohm) = 0,5 Ampere
Die gleiche Strommenge fließt durch den anderen Widerstand, da R2 der gleiche 1-Ohm-Widerstand ist und der Strom bis zu 1A konstant ist. Das Multimeter zeigt ungefähr 0,5 Ampere an, die durch die beiden Widerstände fließen.
Jetzt ist ein zusätzlicher 1 Ohm Widerstand in der Schaltung angeschlossen. Das Multimeter zeigt jetzt an, dass durch jeden Widerstand ungefähr 0,33 A Strom fließen.
Da drei Widerstände parallel geschaltet sind, ermitteln wir den äquivalenten Widerstand der drei parallel geschalteten Widerstände
R- Äquivalent = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R- Äquivalent = (1/1 (1/1 + 1/1 + 1/1)) R- Äquivalent = 1/3 R- Äquivalent = 0,33 Ohm
Nun, der Strom durch jeden Widerstand, IR = I gesamt (R- Äquivalent / R1) IR = 1 Ampere x (0,33 Ohm / 1 Ohm) IR = 0,33 Ampere
Das Multimeter zeigt an, dass in jedem Widerstand ungefähr 0,33 Ampere fließen, da alle Widerstände einen Wert von 1 Ohm haben und in einem Stromkreis angeschlossen sind, in dem der Stromfluss mit 1A festgelegt ist. Sie können sich auch das Video am Ende der Seite ansehen, um zu überprüfen, wie die Schaltung funktioniert.
Aktuelle Teileranwendungen
Die Hauptanwendung des Stromteilers besteht darin, einen Bruchteil des in der Schaltung verfügbaren Gesamtstroms zu erzeugen. In einigen Fällen hat die Komponente, die zum Führen des Stroms verwendet wird, jedoch eine Grenze dafür, wie viel Strom tatsächlich durch die Komponente fließt. Überstrom führt zu einer erhöhten Wärmeableitung und verringert die Lebenserwartung der Komponenten. Durch Verwendung eines Stromteilers kann der durch eine Komponente fließende Strom minimiert und somit eine kleinere Komponentengröße verwendet werden.
Zum Beispiel in einem Fall, in dem eine größere Widerstandsleistung erforderlich ist; Das parallele Hinzufügen mehrerer Widerstände verringert die Wärmeableitung, und Widerstände mit kleinerer Leistung können dieselbe Aufgabe erfüllen.