Dzielnik napięcia

Dzielnik napięcia stanowi układ, w którym napięcie wyjściowe jest częścią napięcia wejściowego. Napięcie wyjściowe ma mniejszą wartość niż wejściowe, stąd nazwa „dzielnik”. Najprostsza budowa dzielnika to dwa połączone szeregowo rezystory z dwoma właściwie poprowadzonymi doprowadzeniami dla wejścia i dwoma wyprowadzeniami dla wyjścia.

V_in
o-------R1-------o------ V_out
        |
        R2
        |
       ---
       GND

Rezystor R2 może mieć regulowaną rezystancję. Regulacja wpływałaby na wartość napięcia wyjścia. Można zastosować np. potencjometr, termistor albo fotorezystor zależnie od tego czy napięcie wyjścia ma ustalać mechaniczna regulacja, temperatura, bądź intensywność światła. Możliwa jest także inna budowa dzielnika, w którym wartość napięcia może być sterowana elektrycznie:

V_in
o----R1----R2----R3----o----V_out
           |      |
          SW1    SW2
           |      |
          GND    GND

Abstrakcyjne elementy SW1 i SW2 na schemacie mogą zostać wdrożone jako tranzystory MOSFET.

MOSFET ma trzy główne wyprowadzenia:

• Bramka (G): Kontroluje, czy MOSFET przewodzi.

• Dren (D): Łączy się z jednym końcem rezystora w dzielniku.

• Źródło (S): Łączy się z drugim końcem rezystora lub masą.

Jeśli napięcie na bramce przekracza określony próg (dla MOSFET-ów kanału N), tranzystor włącza się i przewodzi, zwierając rezystor lub włączając go do obwodu. W ten sposób zmienia się opór zastępczy rezystorów połączonych szeregowo i w konsekwencji napięcie wyjścia. Trzeba zauważyć, że prezentowany układ ma 3 kombinacje redukcji napięcia:

• SW1 stan 1, SW2 stan 0
• SW1 stan 0, SW2 stan 1
• SW1 stan 1, SW2 stan 1

W przypadku stanów: SW1 0, SW2 0, prąd nie popłynie, ponieważ nie ma zwarcia do masy, gdyby było, to i tak otrzymany układ nie byłby dzielnikiem napięcia tylko źródłem napięcia z przyłączonym rezystorem R1, do którego można podłączyć się równolegle.

V_in
o--------o----V_out
    |          
    R1  
    |
   ---          
   GND  

Prezentowane schematy łatwiej interpretować ze świadomością, że istnienie węzła na schemacie implikuje istnienie połączenia typu równoległego. Węzeł musi mieć co najmniej trzy wyprowadzenia. Dwa wyprowadzenia to zwykłe połączenie elementów, charakterystyczne dla typu szeregowego.

Dzielnik napięcia a spadek napięcia

Po podłączeniu obciążenia do wyjścia dzielnika, może nastąpić spadek napięcia wyjścia. Dzieje się tak z powodu rezystancji obciążenia, która po wpięciu do obwodu zmienia opór zastępczy w całym dzielniku, powodując zmianę napięcia na wyjściu. Obciążenie podłącza się do dzielnika równolegle, więc wartość rezystancji w obwodzie równoległym spada. Obwód równoległy jest połączony szeregowo z pierwszym opornikiem dzielnika. Rezystancja zastępcza sumuje się do mniejszej wartości przy podłączonym obciążeniu. Sumuje się opór pierwszego rezystora i układu równoległego. W efekcie w dzielniku popłynie większy prąd, spadek napięcia będzie większy na pierwszym rezystorze, w efekcie w obwodzie równoległym (z podłączonym obciążeniem) napięcie będzie mniejsze. Zgodnie z napięciowym prawem Kirchoffa:

• napięcie źródła nie zmienia się
• spadek napięcia na rezystorze R1 zwiększa się
• napięcie w obwodzie równoległym musi się proporcjonalnie zmniejszyć
• Vzrodla + Vrezystor1 + Vobwodu = 0

Napięcie wyjścia spadnie bardziej przy podłączeniu obciążenia z małą rezystancją, w przypadku dużej rezystancji spadek będzie mniejszy.

Aby zminimalizować zjawisko spadku napięcia wyjściowego w dzielniku, można zastosować:

• wzmacniacz operacyjny jako bufor pomiędzy obciążeniem a dzielnikiem,
• mniejszą rezystancję wyjściową, czyli oporniki o małej rezystancji,
• bufor w postaci tranzystora.

Prąd AC

W przypadku prądu zmiennego do konstrukcji dzielnika napięcia nadają się np.:

• kondensatorowy dzielnik napięcia,
• transformator.

Dzielniki napięcia są wielokrotnie wykorzystywane w układach elektronicznych.