विभवांतर विभाजक

चित्र 1: एक साधारण वोल्टेज विभक्त

इलेक्ट्रानिक्स में, एक वोल्टेज विभक्त (एक संभावित विभक्त के रूप में भी जाना जाता है) एक निष्क्रिय रैखिक परिपथ है जो एक आउटपुट वोल्टेज (V_out) उत्पन्न करता है जो कि इसके इनपुट वोल्टेज (V_in) का एक अंश है। वोल्टेज विभाजन विभक्त के घटकों के बीच इनपुट वोल्टेज को वितरित करने का परिणाम है। वोल्टेज विभक्त का एक सरल उदाहरण श्रृंखला में जुड़े दो प्रतिरोधक हैं, जिसमें प्रतिरोधक जोड़ी में इनपुट वोल्टेज लागू होता है और आउटपुट वोल्टेज उनके बीच के कनेक्शन से निकलता है।

रेसिस्टर वोल्टेज विभक्त सामान्यतः संदर्भ वोल्टेज बनाने के लिए या वोल्टेज के परिमाण को कम करने के लिए उपयोग किया जाता है ताकि इसे मापा जा सके, और कम आवृत्तियों पर सिग्नल एटेन्यूएटर्स के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। प्रत्यक्ष धारा और अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों के लिए, वोल्टेज विभक्त पर्याप्त रूप से सटीक हो सकता है यदि केवल प्रतिरोधकों से बना हो जहां एक विस्तृत श्रृंखला पर आवृत्ति प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है (जैसे एक ऑसिलोस्कोप जांच में), एक वोल्टेज विभक्त में लोड धारिता की भरपाई के लिए धारितीय तत्व जोड़े जा सकते हैं। विद्युत शक्ति संचरण में, उच्च वोल्टेज की माप के लिए एक धारितीय वोल्टेज विभक्त का उपयोग किया जाता है।

सामान्य मामला

जमीन के संदर्भ में एक वोल्टेज विभक्त श्रृंखला में दो विद्युत प्रतिबाधाओं विद्युत प्रतिबाधा को जोड़कर बनाया गया है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। इनपुट वोल्टेज को श्रृंखला प्रतिबाधाओं Z₁ और Z₂ में लागू किया जाता है और आउटपुट Z₂ के पार वोल्टेज होता है। Z₁ और Z₂ तत्वों के किसी भी संयोजन से बना हो सकता है जैसे कि प्रतिरोधक, प्रेरक और संधारित्र।

यदि आउटपुट तार में विद्युत शून्य है तो इनपुट वोल्टेज, V_in और आउटपुट वोल्टेज, V_out के बीच संबंध है।

$V_{\mathrm {out} }={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }$

प्रमाण (ओम के नियम का उपयोग करके)

$V_{\mathrm {in} }=I\cdot (Z_{1}+Z_{2})$

$V_{\mathrm {out} }=I\cdot Z_{2}$

$I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{Z_{1}+Z_{2}}}$

$V_{\mathrm {out} }=V_{\mathrm {in} }\cdot {\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}$

इस परिपथ का स्थानांतरण फलन (जिसे विभक्त वोल्टेज अनुपात भी कहते हैं) है।

$H={\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}$

सामान्य तौर पर यह स्थानांतरण फलन आवृत्ति का एक जटिल, तर्कसंगत कार्य है।

उदाहरण

प्रतिरोधक विभक्त

चित्रा 2: सरल प्रतिरोधक वोल्टेज डिवाइडर

एक प्रतिरोधक डिवाइडर वह मामला है जहां दोनों प्रतिबाधा, z₁ और जेड₂, विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक हैं (चित्र 2)।

प्रतिस्थापित z₁ = आर₁ और जेड₂ = आर₂ पिछली अभिव्यक्ति में देता है:

$V_{\mathrm {out} }={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }$

अगर आर₁ = आर₂ फिर

$V_{\mathrm {out} }={\frac {1}{2}}\cdot V_{\mathrm {in} }$

अगर वी_out = 6v और वी_in = 9V (दोनों आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले वोल्टेज), फिर:

${\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}={\frac {6}{9}}={\frac {2}{3}}$

और बीजगणित , आर का उपयोग करके हल करके₂ आर के मूल्य से दोगुना होना चाहिए₁।

R1 के लिए हल करने के लिए:

$R_{1}={\frac {R_{2}\cdot V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-R_{2}=R_{2}\cdot \left({{\frac {V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-1}\right)$

R2 के लिए हल करने के लिए:

$R_{2}=R_{1}\cdot {\frac {1}{\left({{\frac {V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-1}\right)}}$

कोई भी अनुपात v_out/वी_in 1 से अधिक संभव नहीं है।अर्थात्, अकेले प्रतिरोधकों का उपयोग करना या तो वोल्टेज को उल्टा करना या v बढ़ाना संभव नहीं है_out ऊपर वी_in।

कम-पास आरसी फिल्टर

चित्र 3: रोकनेवाला/संधारित्र वोल्टेज विभक्त

चित्रा 3 में दिखाए गए अनुसार एक प्रतिरोधक और संधारित्र से मिलकर एक विभक्त पर विचार करें।

सामान्य मामले के साथ तुलना करते हुए, हम z देखते हैं₁ = आर और जेड₂ संधारित्र की प्रतिबाधा है, द्वारा दी गई है

$Z_{2}=-\mathrm {j} X_{\mathrm {C} }={\frac {1}{\mathrm {j} \omega C}}\ ,$

जहां एक्स_C कैपेसिटर की प्रतिक्रिया (इलेक्ट्रॉनिक्स) है, सी कैपेसिटर की समाई है, जे काल्पनिक इकाई है, और ω (ओमेगा) इनपुट वोल्टेज की रेडियन आवृत्ति है।

इस विभक्त का तब वोल्टेज अनुपात होगा:

${\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {Z_{\mathrm {2} }}{Z_{\mathrm {1} }+Z_{\mathrm {2} }}}={\frac {\frac {1}{\mathrm {j} \omega C}}{{\frac {1}{\mathrm {j} \omega C}}+R}}={\frac {1}{1+\mathrm {j} \omega RC}}\ .$

उत्पाद τ (ताऊ) = आरसी को सर्किट का समय स्थिर कहा जाता है।

अनुपात तब आवृत्ति पर निर्भर करता है, इस मामले में आवृत्ति बढ़ने के साथ घटता है।यह सर्किट, वास्तव में, एक बुनियादी (प्रथम-क्रम) लो पास फिल्टर है।अनुपात में एक काल्पनिक संख्या होती है, और वास्तव में फ़िल्टर के आयाम और चरण (तरंगों) दोनों जानकारी होती है।केवल आयाम अनुपात निकालने के लिए, अनुपात के परिमाण (गणित) की गणना करें, अर्थात:

$\left|{\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}\right|={\frac {1}{\sqrt {1+(\omega RC)^{2}}}}\ .$

आगमनात्मक विभक्त

इंडक्शन के अनुसार आगमनात्मक डिवाइडर एसी इनपुट को विभाजित करता है:

$V_{\mathrm {out} }={\frac {L_{2}}{L_{1}+L_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }$ (चित्रा 2 के रूप में एक ही स्थिति में घटकों के साथ)

उपरोक्त समीकरण गैर-इंटरैक्टिंग इंडक्टरों के लिए है;आपसी अधिष्ठापन (जैसा कि एक ऑटोट्रांसफॉर्मर में) परिणामों को बदल देगा।

आगमनात्मक डिवाइडर डीसी इनपुट को तत्वों के प्रतिरोध के अनुसार विभाजित करता है जैसा कि ऊपर प्रतिरोधक विभक्त के लिए।

कैपेसिटिव डिवाइडर

कैपेसिटिव डिवाइडर डीसी इनपुट पास नहीं करते हैं।

एक एसी इनपुट के लिए एक साधारण कैपेसिटिव समीकरण है:

$V_{\mathrm {out} }={\frac {Xc_{2}}{Xc_{1}+Xc_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {1/C_{2}}{1/C_{1}+1/C_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {C_{1}}{C_{1}+C_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }$ (चित्रा 2 के रूप में एक ही स्थिति में घटकों के साथ)

कैप्टिव तत्वों में किसी भी रिसाव वर्तमान में दो प्रतिबाधा के साथ सामान्यीकृत अभिव्यक्ति के उपयोग की आवश्यकता होती है।उचित अनुपात में समानांतर आर और सी तत्वों के चयन से, समान विभाजन अनुपात को आवृत्तियों की एक उपयोगी सीमा पर बनाए रखा जा सकता है।यह माप बैंडविड्थ बढ़ाने के लिए क्षतिपूर्ति आस्टसीलस्कप जांच में लागू सिद्धांत है।

लोडिंग प्रभाव

वोल्टेज डिवाइडर का आउटपुट वोल्टेज विद्युत प्रवाह के अनुसार अलग -अलग होगा जो अपने बाहरी विद्युत भार को आपूर्ति कर रहा है।जेड के एक विभक्त से आने वाला प्रभावी स्रोत प्रतिबाधा₁और जेड₂, जैसा कि ऊपर, z होगा₁z के साथ समानांतर सर्किट में₂(कभी -कभी लिखा गया z₁ // z₂), वह है: (z₁जेड₂) / (Z₁+ Z₂) = हर्ट्ज₁।

पर्याप्त रूप से स्थिर आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, आउटपुट करंट या तो स्थिर होना चाहिए (और इसलिए संभावित विभक्त मानों की गणना का हिस्सा बनाया जाना चाहिए) या डिवाइडर के इनपुट करंट के उचित रूप से छोटे प्रतिशत तक सीमित होना चाहिए।डिवाइडर के दोनों हिस्सों के प्रतिबाधा को कम करके लोड संवेदनशीलता को कम किया जा सकता है, हालांकि यह डिवाइडर के क्विसेंट इनपुट करंट को बढ़ाता है और डिवाइडर में उच्च बिजली की खपत (और बर्बाद गर्मी) में परिणाम होता है।वोल्टेज नियामकों का उपयोग अक्सर निष्क्रिय वोल्टेज डिवाइडर के बदले में किया जाता है जब उच्च या उतार -चढ़ाव वाले लोड धाराओं को समायोजित करने के लिए आवश्यक होता है।

अनुप्रयोग

वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग सिग्नल के स्तर को समायोजित करने के लिए किया जाता है, एम्पलीफायरों में सक्रिय उपकरणों के पूर्वाग्रह के लिए, और वोल्टेज के माप के लिए।एक व्हीटस्टोन पुल और एक बहुमूलक दोनों में वोल्टेज डिवाइडर शामिल हैं।एक तनाव नापने का यंत्र का उपयोग कई रेडियो के वॉल्यूम नियंत्रण में एक चर वोल्टेज डिवाइडर के रूप में किया जाता है।

सेंसर माप

वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग एक सेंसर के प्रतिरोध को मापने के लिए माइक्रोकंट्रोलर को अनुमति देने के लिए किया जा सकता है। सेंसर को एक वोल्टेज डिवाइडर बनाने के लिए एक ज्ञात प्रतिरोध के साथ श्रृंखला में वायर्ड किया जाता है और एक ज्ञात वोल्टेज को विभक्त में लागू किया जाता है। माइक्रोकंट्रोलर का एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर डिवाइडर के केंद्र नल से जुड़ा हुआ है ताकि यह टैप वोल्टेज को माप सके और, मापा वोल्टेज और ज्ञात प्रतिरोध और वोल्टेज का उपयोग करके, सेंसर प्रतिरोध की गणना कर सके। इस तकनीक का उपयोग आमतौर पर तापमान सेंसर जैसे thermistor ्स और प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर ों के प्रतिरोध को मापने के लिए किया जाता है।

एक अन्य उदाहरण जो आमतौर पर उपयोग किया जाता है, उसमें प्रतिरोधक तत्वों में से एक के रूप में एक पोटेंशियोमीटर (चर रोकनेवाला) शामिल होता है। जब पोटेंशियोमीटर के शाफ्ट को घुमाया जाता है तो प्रतिरोध का उत्पादन या तो बढ़ जाता है या घट जाता है, प्रतिरोध में परिवर्तन शाफ्ट के कोणीय परिवर्तन से मेल खाता है। यदि एक स्थिर वोल्टेज संदर्भ के साथ युग्मित किया जाता है, तो आउटपुट वोल्टेज को एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर में खिलाया जा सकता है और एक डिस्प्ले कोण दिखा सकता है। इस तरह के सर्किट आमतौर पर रीडिंग कंट्रोल नॉब्स में उपयोग किए जाते हैं।

उच्च वोल्टेज माप

उच्च वोल्टेज (एचवी) प्रतिरोधक विभक्त जांच।एचवी को मापा जाना है (वी_IN) कोरोना कैप जांच टिप पर लागू किया जाता है और जमीन काली केबल के माध्यम से डिवाइडर के दूसरे छोर से जुड़ी होती है।डिवाइडर आउटपुट (वी)_OUT) केबल से सटे कनेक्टर पर दिखाई देता है।

एक वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग बहुत अधिक वोल्टेज को पैमाने के लिए किया जा सकता है ताकि इसे वाल्टमीटर द्वारा मापा जा सके।उच्च वोल्टेज को डिवाइडर में लागू किया जाता है, और डिवाइडर आउटपुट & mdash; जो मीटर के इनपुट रेंज & mdash के भीतर एक निचले वोल्टेज को आउटपुट करता है; मीटर द्वारा मापा जाता है।विशेष रूप से इस उद्देश्य के लिए डिज़ाइन किए गए उच्च वोल्टेज प्रतिरोधक विभक्त जांच का उपयोग 100 kV तक वोल्टेज को मापने के लिए किया जा सकता है।इस तरह की जांच में विशेष उच्च-वोल्टेज प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है क्योंकि उन्हें उच्च इनपुट वोल्टेज को सहन करने में सक्षम होना चाहिए और सटीक परिणाम उत्पन्न करने के लिए, तापमान गुणांक और बहुत कम वोल्टेज गुणांक का मिलान करना चाहिए।कैपेसिटिव डिवाइडर जांच का उपयोग आमतौर पर 100 kV से ऊपर के वोल्टेज के लिए किया जाता है, क्योंकि इस तरह के उच्च वोल्टेज पर प्रतिरोधक विभक्त जांच में बिजली के नुकसान के कारण होने वाली गर्मी अत्यधिक हो सकती है।

लॉजिक लेवल शिफ्टिंग

एक वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग क्रूड तर्क -स्तरीय शिफ्टर के रूप में किया जा सकता है, जो दो सर्किट को इंटरफ़ेस करने के लिए है जो विभिन्न ऑपरेटिंग वोल्टेज का उपयोग करते हैं।उदाहरण के लिए, कुछ लॉजिक सर्किट 5V पर काम करते हैं जबकि अन्य 3.3V पर काम करते हैं।सीधे 3.3V इनपुट के लिए 5V लॉजिक आउटपुट को इंटरफेस करने से 3.3V सर्किट को स्थायी नुकसान हो सकता है।इस मामले में, 3.3/5 के आउटपुट अनुपात के साथ एक वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग 5V सिग्नल को 3.3V तक कम करने के लिए किया जा सकता है, जिससे सर्किट को 3.3V सर्किट को नुकसान पहुंचाने के बिना इंटरपरेट करने की अनुमति मिल सके।इसके लिए संभव होने के लिए, 5V स्रोत प्रतिबाधा और 3.3V इनपुट प्रतिबाधा नगण्य होना चाहिए, या उन्हें स्थिर होना चाहिए और डिवाइडर रोकनेवाला मानों को उनके प्रतिबाधा के लिए जिम्मेदार होना चाहिए।यदि इनपुट प्रतिबाधा कैपेसिटिव है, तो एक विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक विभक्त डेटा दर को सीमित कर देगा।यह शीर्ष रोकनेवाला के साथ श्रृंखला में एक संधारित्र को जोड़कर, डिवाइडर कैपेसिटिव के दोनों पैरों के साथ -साथ प्रतिरोधक भी बनाने के लिए लगभग दूर किया जा सकता है।

यह भी देखें

• वर्तमान डिवाइडर
• डीसी-टू-डीसी कनवर्टर
• वोल्टेज एम्पलीफायर

संदर्भ

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