Как найти выходное напряжение
Перейти к содержимому

Как найти выходное напряжение

  • автор:

Как правильно измерить выходное напряжение повышающего преобразователя?

Во избежание просадки напряжения мультимером рекомендуют использовать делитель, например на 100МОм. Я не пойму, как в данном случае поможет делитель? Допустим, напряжение на выходе преобразователя 400в, мы подключаем делитель из 10 резисторов на 10МОм, замеряем напряжение на одном резисторе. Резистор и мультиметр оказываются подключены параллельно их общее сопротивление (если внутреннее сопротивление мультиметра 10МОм) составит 5МОм, таким образом общее сопротивление схемы будет 95 МОм, ток соответственно 400/95000000=4,21мкА. Измеряемое напряжение на резисторе составит 4,21мкА*5МОм=21В. Умножив 21 на 10 получаем 210в, но никак не 400в. Что я не так считаю?

  • Вопрос задан более трёх лет назад
  • 414 просмотров

Комментировать
Решения вопроса 0
Ответы на вопрос 2

Sanchogus

Там что такие проблемы с мощностью источника, что 10 МОм его сопротивления внесут существенные изменения выходного напряжения? Или нет возможности найти мультиметр с диапазоном до 1000 В?

Как вариант ставите на нижнем резисторе буфер на ОУ с входным током несколько пА (на порядки меньше тока измеряемой цепи) и на выходе спокойно смотрите сигнал.

Ток в нижнем резисторе известен.
Общее напряжение будет равно: ток * суммарное сопротивление делителя: 4.21мкА * 95 МОм = 400 В с погрешностями округлений.

Вы забыли учесть, что делитель стал не в десять раз после учета сопротивления измерительного прибора.
Надо напряжение на резисторе умножать на 19.

Ответ написан более трёх лет назад
geopunk @geopunk Автор вопроса

Максимальный выходной ток не более 20 мА. Мультиметр позволяет менять до 1000в, но все равно рекомендуют через делитель.
Да, в расчётах вы правы, но рекомендация использовать делитель звучит именно так: измерить напряжение на одном резисторе и умножить на десять. При этом получится 210в, а никак не 400в.

geopunk @geopunk Автор вопроса

К тому же это я принял, что известно внутреннее сопротивление мультиметра. В реальности известно только сопротивление резисторов делителя.

Sanchogus

geopunk, возможно рекомендацию писали без учета столь конских номиналов резисторов, соизмеримых с сопротвлением мультиметра. Самый лучший вариант тогда ИМХО делитель + буферный ОУ с малым входным током или напрямую.

По точности можно посмотреть паспорт, может быть вы без делителя уже получите необходимую точность.
Ток даже через 10 МОм мультиметра на несколько порядков меньше тока 20 мА который способен отдать источник (40 мкА при 10 МОм)

С резисторами будет еще их погрешность изготовления.

Как найти выходное напряжение

Расчет действующего значения выходного напряжения
преобразователя в зависимости от формы сигнала

При использовании ветрогенераторов в качестве источника энергии необходимо иметь промежуточный накопитель энергии. Как правило, для этого используется аккумуляторная батарея с довольно низким выходным постоянным напряжением – 12 или 24 В . В то же время большинство потребительских нагрузок рассчитаны на подключение к сетям переменного тока напряжением 110 – 380 В частотой 45 – 65 Гц . Поэтому требуется преобразователь постоянного напряжения аккумуляторной батареи ( наиболее распространены автомобильные аккумуляторы напряжением 12 В) в переменное напряжение ( чаще всего 220 В 50 Гц) [1, 2].

Нагрузки, подключаемые в сеть переменного тока, могут не иметь блока питания и иметь индуктивный характер (вибрационный насос, электромагнит, электродвигатель ) или резистивный характер (лампа накаливания, нагревательный прибор ).

При наличии блока питания он может быть трансформаторным или бестрансформаторного типа.

Синусоидальная форма выходного сигнала преобразователя при малом коэффициенте гармоник соответствует паспортным требованиям нагрузок, подключаемых в сеть переменного тока , в частности, по соотношению амплитудного и действующего значений напряжения . Однако преобразователь с синусоидальной формой выходного сигнала сложен в конструировании и изготовлении. Желательно упростить преобразователь за счет использования других форм выходного сигнала, поняв условия, при которых такой преобразователь может использоваться для возможно большего количества типов нагрузок.

Форма выходного сигнала наиболее просто реализуемых преобразователей может быть прямоугольной, прямоугольной с паузой, трапецеидальной .

При этом возникает проблема выбора параметров сигнала, в частности, амплитудного значения напряжения. Для нагрузок с бестрансформаторным блоком питания , построенном по схеме выпрямитель-фильтр-преобразователь, максимальное амплитудное значение любого сигнала независимо от его формы может составлять 310 В, причем, как правило, это значение может быть существенно уменьшено .

Для нагрузок резистивного типа (ламп накаливания), рассчитанных на синусоидальное напряжение с действующим значением 220 В, амплитудное напряжение 310 В для сигнала прямоугольной формы без паузы является чрезмерным ( действующее значение сигнала прямоугольной формы равно его амплитудному значению, в данном случае 310 В), и его необходимо уменьшить .

Рассмотрим случай трансформаторного блока питания . Полоса пропускания трансформаторов по частоте весьма широкая (до тысяч герц), поэтому напряжение на выходе трансформатора будет иметь прямоугольную форму. Так как стоящие дальше по схеме стабилизаторы рассчитаны на использование переменного напряжения с амплитудным значением (приведенным ко входу) 310 В, то применение прямоугольного напряжения с амплитудным значением 310 В будет перегружать трансформатор, а при меньших значениях амплитуды ухудшатся условия работы стабилизаторов.

Величину действующего напряжения для периодического сигнала Ud = U(t) с периодом T и круговой частотой w = 2 p /T можно рассчитать по формуле:

Для синусоидального сигнала с периодом T, круговой частотой w = 2 p /T и амплитудным значением U0:

Для прямоугольного сигнала с периодом T, круговой частотой w = 2 p /T и амплитудным значением U0:

Для прямоугольного сигнала с паузой ( период T , круговая частота w = 2 p /T, длительность импульса положительной и отрицательной полярности t , длительность паузы T/2 – t ) с амплитудным значением U0:

Для такого сигнала соотношение (2) достигается при t = T/4 , т. е. длительность импульса с положительной полярностью и длительность импульса с отрицательной полярностью t должна быть равна половине полупериода, а длительность паузы должна быть равна длительности импульса t . При этом действующее значение напряжения Ud будет равно действующему значению напряжения синусоидального сигнала с такой же амплитудой.

Для трапецеидального сигнала с периодом T, круговой частотой w = 2 p /T и амплитудным значением U0:

Здесь t – длительность вершины импульса.

При t = T/8 ( четвертой части полупериода) действующее значение напряжения Ud будет таким же, как для случая синусоидального сигнала с такой же амплитудой U0:

Принимая в качестве критерия соотношение для амплитудного и действующего значения выходного напряжения преобразователя как для случая синусоидального сигнала (2)

можно сделать вывод, что приемлемой формой выходного сигнала преобразователя является прямоугольная с паузой, когда длительность как отрицательного, так и положительного импульса равна длительности паузы (половина полупериода), или трапецеидальная, когда длительность плоской вершины импульса составляет четвертую часть полупериода . Выходной сигнал трапецеидальной формы предпочтительнее, так как коэффициент гармоник для него меньше.

Таким образом, возможно конструирование преобразователя с выходным сигналом трапецеидальной формы частотой 50 Гц, у которого длительность плоской вершины импульса составляет четвертую часть полупериода. Амплитуда выходного напряжения должна быть около 310 В. Действующее значение напряжения при этом будет равно 220 В. Такой преобразователь подходит по своим параметрам для большинства применяемых типов нагрузок.

Ссылки:

  1. Преобразователь напряжения =12/~220 В 50 Гц 100 Вт
  2. Преобразователь напряжения =12/~220 В 50 Гц 600 Вт
  • Амплитуда — максимальное абсолютное значение.
  • Электрическое напряжение — разность электрических потенциалов в соответствующих точках.

11.12.2003
12.01.2006
17.04.2006
17.06.2010

определите выходное напряжение

Закон Ома, чёрт подери. Ток всей цепи I=U/R1+R2,напряжение на резисторе R2 при известном токе Uвых=I*R2.Так сложно что ли?

Uвых=(19В/11.000 Ом) *1000 Ом=1,72 В
19 * 1 / (1+10) = 1,(72) В
смотри формулу делитель напряжения
верни ответ на vlb.su 1.7v
регистрируешся на vlab.su ?
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Входное и выходное сопротивление

Входное и выходное сопротивление является очень важным в электронике.

Предисловие

Ладно, начнем издалека… Как вы знаете, все электронные устройства состоят из блоков. Их еще часто называют каскады, модули, узлы и тд. В нашей статье будем использовать понятие «блок». Например, источник питания, собранный по этой схеме:

состоит из двух блоков. Я их пометил в красном и зеленом прямоугольниках.

В красном блоке мы получаем постоянное напряжение, а в зеленом блоке мы его стабилизируем. То есть блочная схема будет такой:

Блочная схема — это условное деление. В этом примере мы могли бы даже взять трансформатор, как отдельный блок, который понижает переменное напряжение одного номинала к другому. Как нам удобнее, так и делим на блоки нашу электронную безделушку. Метод «от простого к сложному» полностью работает в нашем мире. На низшем уровне находятся радиоэлементы, на высшем — готовое устройство, например, телевизор.

Ладно, что-то отвлеклись. Как вы поняли, любое устройство состоит из блоков, которые выполняют определенную функцию.

— Ага! Так что же получается? Я могу просто тупо взять готовые блоки и изобрести любое электронное устройство, которое мне придет в голову?

Да! Именно на это нацелена сейчас современная электроника 😉 Микроконтроллеры и конструкторы, типа Arduino, добавляют еще больше гибкости в творческие начинания молодых изобретателей.

На словах все выходит прекрасно, но всегда есть подводные камни, которые следует изучить, чтобы начать проектировать электронные устройства. Некоторые из этих камушков называются входным и выходным сопротивлением.

Думаю, все помнят, что такое сопротивление и что такое резистор. Резистор хоть и обладает сопротивлением, но это активное сопротивление. Катушка индуктивности и конденсатор будут уже обладать, так называемым, реактивным сопротивлением. Но что такое входное и выходное сопротивление? Это уже что-то новенькое. Если прислушаться к этим фразам, то входное сопротивление — это сопротивление какого-то входа, а выходное — сопротивление какого-либо выхода. Ну да, все почти так и есть. И где же нам найти в схеме эти входные и выходные сопротивления? А вот «прячутся» они в самих блоках радиоэлектронных устройств.

Входное сопротивление

Итак, имеем какой-либо блок. Как принято во всем мире, слева — это вход блока, справа — выход.

Как и полагается, этот блок используется в каком-нибудь радиоэлектронном устройстве и выполняет какую-либо функцию. Значит, на его вход будет подаваться какое-то входное напряжение Uвх от другого блока или от источника питания, а на его выходе появится напряжение Uвых (или не появится, если блок является конечным).

Но раз уж мы подаем напряжение на вход (входное напряжение Uвх), следовательно, у нас этот блок будет кушать какую-то силу тока Iвх.

Теперь самое интересное… От чего зависит Iвх ? Вообще, от чего зависит сила тока в цепи? Вспоминаем закон Ома для участка цепи :

Значит, сила тока у нас зависит от напряжения и от сопротивления. Предположим, что напряжение у нас не меняется, следовательно, сила тока в цепи будет зависеть от… СОПРОТИВЛЕНИЯ. Но где нам его найти? А прячется оно в самом каскаде и называется входным сопротивлением.

То есть, разобрав такой блок, внутри него мы можем найти этот резистор? Конечно же нет). Он является своего рода сопротивлением радиоэлементов, соединенных по схеме этого блока. Скажем так, совокупное сопротивление.

Как измерить входное сопротивление

Как мы знаем, на каждый блок подается какой-либо сигнал от предыдущего блока или это может быть даже питание от сети или батареи. Что нам остается сделать?

1)Замерить напряжение Uвх, подаваемое на этот блок

2)Замерить силу тока Iвх, которую потребляет наш блок

3) По закону Ома найти входное сопротивление Rвх.

Если у вас входное сопротивление получается очень большое, чтобы замерить его как можно точнее, используют вот такую схему.

Мы с вами знаем, что если входное сопротивление у нас большое, то входная сила тока в цепи у нас будет очень маленькая (из закона Ома).

Падение напряжения на резисторе R обозначим, как UR

Входное и выходное сопротивление

Из всего этого получаем…

Входное и выходное сопротивление

Когда мы проводим эти измерения, имейте ввиду, что напряжение на выходе генератора не должно меняться!

Итак, давайте посчитаем, какой же резистор нам необходимо подобрать, чтобы как можно точнее замерять это входное сопротивление. Допустим, что у нас входное сопротивление Rвх=1 МегаОм, а резистор взяли R=1 КилоОм. Пусть генератор выдает постоянное напряжение U=10 Вольт. В результате, у нас получается цепь с двумя сопротивлениями. Правило делителя напряжения гласит: сумма падений напряжений на всех сопротивлениях в цепи равняется ЭДС генератора.

В результате получается цепь:

Высчитываем силу тока в цепи в Амперах

Входное и выходное сопротивление

Получается, что падение напряжения на сопротивлении R в Вольтах будет:

Входное и выходное сопротивление

Грубо говоря 0,01 Вольт. Вряд ли вы сможете точно замерить такое маленькое напряжение на своем китайском мультиметре.

Какой отсюда вывод? Для более точного измерения высокого входного сопротивления надо брать добавочное сопротивление также очень большого номинала. В этом случае работает правило шунта: на бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение, и наоборот, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение.

Измерение входного сопротивления на практике

Ну все, запарка прошла ;-). Давайте теперь на практике попробуем замерить входное сопротивление какого-либо устройства. Мой взгляд сразу упал на Транзистор-метр. Итак, выставляем на блоке питания рабочее напряжение этого транзистор-метра, то есть 9 Вольт, и во включенном состоянии замеряем потребляемую силу тока. Как замерить силу тока в цепи, читаем в этой статье. По схеме все это будет выглядеть вот так:

А на деле вот так:

Итак, у нас получилось 22,5 миллиАмпер.

Теперь, зная значение потребляемого тока, можно найти по этой формуле входное сопротивление:

Входное и выходное сопротивление

Выходное сопротивление

Яркий пример выходного сопротивления — это закон Ома для полной цепи, в котором есть так называемое «внутреннее сопротивление». Кому лень читать про этот закон, вкратце рассмотрим его здесь.

Что мы имели? У нас был автомобильный аккумулятор, с помощью которого мы поджигали галогенную лампочку. Перед тем, как цеплять лампочку, мы замеряли напряжение на клеммах аккумулятора:

И как только подсоединяли лампочку, у нас напряжение на аккумуляторе становилось меньше.

Входное и выходное сопротивление

Разница напряжения, то есть 0,3 Вольта (12,09-11,79) у нас падало на так называемом внутреннем сопротивлении r 😉 Оно же и есть ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Его также называют еще сопротивлением источника или эквивалентным сопротивлением.

У всех аккумуляторов есть это внутреннее сопротивление r, и «цепляется» оно последовательно с источником ЭДС (Е).

Но только ли аккумуляторы и различные батарейки обладают выходным сопротивлением? Не только. Выходным сопротивлением обладают все источники питания. Это может быть блок питания, генератор частоты, либо вообще какой-нибудь усилитель.

В теореме Тевенина (короче, умный мужик такой был) говорилось, что любую цепь, которая имеет две клеммы и содержит в себе туеву кучу различных источников ЭДС и резисторов разного номинала можно привести тупо к источнику ЭДС с каким-то значением напряжения (Eэквивалентное) и с каким-то внутренним сопротивлением (Rэквивалентное).

Eэкв — эквивалентный источник ЭДС

Rэкв — эквивалентное сопротивление

То есть получается, если какой-либо источник напряжения питает нагрузку, значит, в источнике напряжения есть ЭДС и эквивалентное сопротивление, оно же выходное сопротивление.

В режиме холостого хода (то есть, когда к выходным клеммам не подцеплена нагрузка) с помощью мультиметра мы можем замерить ЭДС (E). С замером ЭДС вроде бы понятно, но вот как замерить Rвых ?

В принципе, можно устроить короткое замыкание. То есть замкнуть выходные клеммы толстым медным проводом, по которому у нас будет течь ток короткого замыкания Iкз.

В результате у нас получается замкнутая цепь с одним резистором. Из закона Ома получаем, что

Входное и выходное сопротивление

Но есть небольшая загвоздка. Теоретически — формула верна. Но на практике я бы не рекомендовал использовать этот способ. В этом случае сила тока достигает бешеного значения, да вообще, вся схема ведет себя неадекватно.

Измерение выходного сопротивления на практике

Есть другой, более безопасный способ. Не буду повторяться, просто скопирую со статьи закон Ома для полной цепи, где мы находили внутреннее сопротивление аккумулятора. В той статье, мы к акуму цепляли галогенную лампочку, которая была нагрузкой R. В результате по цепи шел электрический ток. На лампочке и на внутреннем сопротивлении у нас падало напряжение, сумма которых равнялась ЭДС.

Итак, для начала замеряем напряжение на аккумуляторе без лампочки.

Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе Ur тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае E=12,09 Вольт.

Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем резисторе и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение UR=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило Ur=E-UR=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r:

Заключение

Входное и выходное сопротивление каскадов (блоков) в электронике играют очень важную роль. В этом мы убедимся, когда начнем рассматривать статью по согласованию узлов радиоэлектронных схем. Все качественные вольтметры и осциллографы также стараются делать с очень высоким входным сопротивлением, чтобы оно меньше сказывалось на замеряемый сигнал и не гасило его амплитуду.

С выходным сопротивлением все намного интереснее. Когда мы подключаем низкоомную нагрузку, то чем больше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение падает на внутреннем сопротивлении. То есть в нагрузку будет отдаваться меньшее напряжение, так как разница осядет на внутреннем резисторе. Поэтому, качественные источники питания, типа блока питания либо генератора частоты, пытаются делать как можно с меньшим выходным сопротивлением, чтобы напряжение на выходе «не проседало» при подключении низкоомной нагрузки. Даже если сильно просядет, то мы можем вручную подкорректировать с помощью регулировки выходного напряжения, которые есть в каждом нормальном источнике питания. В некоторых источниках это делается автоматически.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *