Διαιρέτης τάσης
Διαιρέτης τάσης
Το κύκλωμα του Διαιρέτη Τάσης (ΔΤ) είναι πολύ απλό και χρησιμοποιείται συνήθως για τον υποβιβασμό μιας τάσης σε DC κύκλωμα (π.χ. από τα 5V στα 3.3V). Ως αρχικό κύκλωμα αναφοράς, θα θεωρήσουμε αυτό που φαίνεται αριστερά στην επόμενη εικόνα.
Στα κυκλώματα της παραπάνω εικόνας, υπάρχει ένας κλάδος και επομένως, ένα ρεύμα. Στο αριστερό κύκλωμα, η πηγή είναι συνδεδεμένη στα άκρα της αντίστασης και έτσι, U=UR=5V. Διαιρώντας απλά την τάση με την αντίσταση, υπολογίζουμε το ρεύμα. Αν τώρα οι αντιστάσεις είναι περισσότερες από μία (δεξιά στην προηγούμενη εικόνα), αλλά σε σειρά, τότε το ρεύμα υπολογίζεται διαιρώντας την τάση της πηγής με τη συνολική αντίσταση.
Στον υπολογισμό του παραπάνω κυκλώματος, βρίσκουμε το ίδιο ρεύμα, αφού R1+R2=R. Δηλαδή, η συνολική αντίσταση ταυτίζεται με την τιμή της αντίστασης στο πρώτο κύκλωμα (110Ω+110Ω=220Ω).
Στην παραπάνω εικόνα φαίνεται ότι παρά τις δύο αντιστάσεις (αντί για μια), το ρεύμα παραμένει το ίδιο. Για να υπολογίζουμε την πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση (UR1, UR2), συνδυάζουμε την τιμή του ρεύματος και της αντίστασης (U=I*R). Εδώ, η διαφορά είναι η αντίσταση, αφού το ρεύμα είναι ίδιο (ένας κλάδος κυκλώματος).
Έτσι, υπολογίζοντας βρίσκουμε ότι η πτώση τάσης είναι ίδια και στις δύο αντιστάσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή η τιμή των αντιστάσεων είναι ίδια. Επομένως, αν υπολογίσουμε την UR2, θα πρέπει να είναι το μισό της πηγής τάσης, δηλαδή 2.5V (επόμενη εικόνα).
Παραδείγματα υπολογισμού 1
Έστω πηγή τάσης 5V και δύο αντιστάσεις σε σειρά 1ΚΩ και 2ΚΩ αντίστοιχα. Να υπολογιστεί η πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση.
Παραδείγματα υπολογισμού 2
Έστω ότι, επιθυμούμε να υποβιβάσουμε την τάση 5V, σε 3.3V. Ποια τιμή θα πρέπει να έχουν οι αντιστάσεις;
Εφαρμογές Arduino
Σε αυτή την εφαρμογή, θα υπολογίσουμε την τιμή μιας άγνωστης αντίστασης, η οποία όμως βρίσκεται συνδεδεμένη σε ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης. Στην ουσία, το Arduino θα μετρήσει την πτώση τάσης στην άγνωστη αντίσταση και σε συνδυασμό με το ρεύμα, θα υπολογιστεί η άγνωστη τιμή. Όπως φαίνεται στην επόμενη εικόνα, η αναλογική είσοδος Α0 (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε από τις διαθέσιμες), συνδέεται μεταξύ των δύο αντιστάσεων. Έτσι, θα μετρηθεί η τάση του σημείου ως προς τη γη και επομένως, η πτώση τάσης στην άγνωστη αντίσταση.
Η επόμενη εικόνα δείχνει το πλήρες κύκλωμα με το Arduino.
Αν υποθέσουμε ότι γνωστή και άγνωστη αντίσταση έχουν την ίδια τιμή, τότε θα πρέπει να έχουν την ίδια πτώση τάσης και φυσικά, θα πρέπει να μετράμε τη μισή τάση της πηγής. Όταν οι αντιστάσεις είναι ίσες, τότε η τάση της πηγής διαιρείται δια δύο. Διαφορετικά, η μεγαλύτερη τάση εμφανίζεται στην μεγαλύτερη αντίσταση.
Στην επόμενη εικόνα φαίνεται το πρώτο δοκιμαστικό πρόγραμμα για το Arduino. Στην εφαρμογή αυτή, η υπολογισμένη τιμή (βάσει της μέτρησης στην είσοδο Α0), θα εμφανίζεται σε μια LCD οθόνη 16x02. Η δοκιμή έχει γίνει στο TinkerCAD, αλλά μπορείτε εσείς να κάνετε την υλοποίηση απευθείας στο φυσικό κύκλωμα.
Στην επόμενη εικόνα, φαίνεται τόσο το κύκλωμα, όσο και ο κώδικας με μια μικρή παραλλαγή του αρχικού, στον οποίο μπορούμε να ορίσουμε την τάση αναφοράς (Vref) και τις στάθμες του μετατροπέα.
Στην επόμενη εφαρμογή, έχουμε τοποθετήσει ένα ποτενσιόμετρο στη θέση της άγνωστης αντίστασης. Περιστρέφοντας το ποτενσιόμετρο, βλέπουμε κάθε φορά την έξοδο του μετατροπέα ADC. Εσείς μπορείτε να υλοποιήσετε και τον υπόλοιπο υπολογισμό, προκειμένου να εμφανίζεται στην οθόνη LCD και η τιμή της αντίστοιχης αντίστασης (από το ποτενσιόμετρο).
Στην τελευταία εκδοχή της εφαρμογής, έχουμε τοποθετήσει ένα πολύμετρο (ως βολτόμετρο εδώ), προκειμένου να συγκρίνουμε τη μετρούμενη τάση στην είσοδο A0 με αυτή που τελικά υπολογίζουμε. Θα πρέπει εδώ να παρατηρήσουμε ότι: α) η τιμή 0.0048V έχει προκύψει από τη διαίρεση Vref=5V με τις 1024 στάθμες β) στο TinkerCAD, οι τιμές ταυτίζονται (μετρήσεων και υπολογισμών), διότι όλα τα στοιχεία είναι ιδανικά-θεωρητικά. Για παράδειγμα μια αντίσταση 150Ω, έχει ακριβώς αυτή την τιμή, χωρίς ανοχή. Τυχόν αποκλίσεις, οφείλονται στην ακρίβεια των υπολογισμών μέσα στον κώδικα.
