在设计电子电路时,很多情况下电路需要不同的电压和电流源值。例如,在为运算放大器设置预设电压时,通常使用分压器电路来获得所需的电压值。但是,如果我们需要特定的电流值怎么办?与分压器类似,还有另一种称为分流器的电路,可用于在闭合电路中将总电流分成几部分。因此,在本教程中,我们将学习如何使用电阻方法(仅使用电阻器)构建简单的分压器电路。请注意,也可以使用电感器制作分压器,并且两个电路的工作原理相同。
分流电路的工作
电阻器是电子产品中使用最广泛的无源元件,并且使用电阻器构建分压器非常容易。分流器是一个线性电路,用于将流入电路的总电流分开,并进行除法或产生总电流的一部分。
根据分流器规则,流经电路任何并联分支的电流将等于总电流与相反分支电阻与总电阻之比的乘积。因此,如果我们知道其他分支的总电流和电阻值,则可以使用电流分配器规则来计算流经分支的电流。在进行过程中,我们将对此有所了解。
使用KCL(基尔霍夫电流定律)和欧姆定律可以轻松构建分流器。让我们看看这种划分如何发生在并联的电阻电路中。
在上图中,两个1欧姆的电阻并联连接,分别为R1和R2。这两个电阻共享流过该电阻的总电流。由于这两个电阻上的电压相同,因此可以使用分流器公式来计算流过每个电阻的电流
因此,根据基尔霍夫电流定律,总电流为I Total = I R1 + I R2。
现在找到每个电阻的电流,我们在每个电阻上使用欧姆定律I = V / R。在这种情况下,
I R1 = V / R1和I R2 = V / R2
因此,如果我们在I Total = I R1 + I R2中使用这些值,则总电流为
总电流= V / R1 + V / R2 = V(1 / R1 +1 / R2)
从而,
V =我总计(1 / R1 / 1 / R2)-1 =我总计(R1R2 / R1 + R2)
因此,如果我们可以计算出总电阻和总电流,则通过使用以上公式,我们可以获得通过电阻的分流电流。可以通过以下公式给出用于计算通过R1的电流的分流器规则公式:
我R1 = V / R1 = I总我R1 = I总(R2 /(R1 + R2))
类似地,可以计算通过R2的电流的分流器规则公式为
我R2 = V / R2 = I总我R2 = I总(R1 /(R1 + R2))
因此,如果电阻大于两个,则需要使用以下公式计算总电阻或等效电阻,以找出每个电阻中的分流电流
我= V / R
测试硬件中的分流电路
让我们看看该电流分配器在实际情况下如何工作。
上面示意图中有三个电阻,它们连接到1A的固定或恒定电流源。所有电阻器的额定值为1欧姆。因此,R1 = R2 = R3 = 1欧姆。
通过在并联配置中将电阻器一个接一个地连接到电路上,并在电路上连接一个1A恒定电流源,可以对该电路进行测试。您还可以检查这个简单的恒流电路,以了解电流源的工作原理以及如何自行构建一个。在下图中,单个电阻跨电路连接。
当跨接电阻时,电流在万用表中显示为1A。接下来,添加第二个1欧姆电阻。电流降至一半,每个电阻约为500mA,如下所示
为什么会这样呢?让我们找出使用当前分频器计算的结果。当两个1 Ohm电阻器并联时,等效电阻为-
R等效值=(1 /(1 / R1 / 1 / R2))=(1 /(1/1 / + 1/1)= 0.5欧姆
因此,当两个1 Ohm电阻并联时,等效电阻变为0.5 Ohms。因此,通过R1的电流为
I R1 =总电流(R当量/ R1)I R1 = 1A(0.5欧姆/ 1欧姆)= 0.5安培
相同的电流量流过另一个电阻器,因为R2是相同的1欧姆电阻器,并且电流恒定高达1A。万用表显示大约有0.5安培流过两个电阻。
现在,电路中连接了一个额外的1欧姆电阻。万用表现在显示大约有0.33A的电流流过每个电阻。
由于三个电阻并联,让我们找出三个电阻的等效电阻
R当量=(1 / /(1 / R1 / + 1 / R2 + 1 / R3))R当量=(1 /(1/1 + 1/1/1 + 1/1))R当量= 1/3 R当量= 0.33欧姆
现在,通过每个电阻的电流
IR = I合计(R等效/ R1)IR = 1安培x(0.33欧姆/ 1欧姆)IR = 0.33安培
万用表显示每个电阻中大约流过0.33 Amp,因为所有电阻的值均为1 Ohm,并连接到电流固定为1A的电路中。您也可以在页面末尾观看视频,以检查电路的工作原理。
当前分频器应用
分流器的主要应用是产生电路中可用总电流的一小部分。但是,在某些情况下,用于承载电流的组件具有实际流过该组件多少电流的限制。过电流会增加散热量,并降低组件的预期寿命。通过使用分压器,可以使流经一个组件的电流最小化,因此可以使用更小的组件尺寸。
例如,在需要更大的电阻功率的情况下;并联添加多个电阻可降低散热,较小的瓦数电阻也可以完成相同的工作。