分壓電路可用于提供與公共電源電壓不同的電壓電平。該公共電源可以是相對(duì)于公共點(diǎn)或地的正電源或負(fù)電源，例如+ 5V，+ 12V，-5V或-12V等，通常為0V，也可以跨雙電源，例如±5V或±12V等。

分壓器也稱為分壓器，因?yàn)殡妷旱膯挝弧胺亍北硎緝牲c(diǎn)之間的電勢(shì)差值。分壓器或分壓器是一種簡(jiǎn)單的無(wú)源電路，它利用電壓在串聯(lián)連接的組件之間下降的影響。

電位器是帶滑動(dòng)觸點(diǎn)的可變電阻器，是分壓器的最基本示例，因?yàn)槲覀兛梢栽谄?a target="_blank">端子上施加電壓，并產(chǎn)生與其滑動(dòng)觸點(diǎn)的機(jī)械位置成比例的輸出電壓。但是我們也可以使用單獨(dú)的電阻器，電容器和電感器來(lái)制作分壓器，因?yàn)樗鼈兪强梢源?lián)在一起的兩端組件。

電阻分壓器

無(wú)源分壓器網(wǎng)絡(luò)的最簡(jiǎn)單，最容易理解和最基本的形式是兩個(gè)串聯(lián)在一起的電阻器。這種基本的組合使我們可以使用分壓器規(guī)則來(lái)計(jì)算每個(gè)串聯(lián)電阻上的壓降。

電阻分壓器電路

此處，電路由兩個(gè)串聯(lián)在一起的電阻組成：R 1和R 2。由于兩個(gè)電阻器是串聯(lián)連接的，因此必須遵循的原則是，相同的電流值必須流過(guò)電路的每個(gè)電阻元件，因?yàn)闊o(wú)處可去。從而在每個(gè)電阻元件上提供I * R壓降。

隨著電源或電源電壓，V小號(hào)應(yīng)用過(guò)這個(gè)系列的組合，我們可以應(yīng)用基爾霍夫電壓定律（KVL），還用歐姆定律找到橫跨在公共電流方面得到的每一個(gè)電阻上的電壓下降，我流過(guò)它們。因此，解決流經(jīng)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電流（I）可以使我們：

遵循歐姆定律，流經(jīng)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電流僅為I = V / R。由于電流是兩個(gè)電阻器共用的（I R1 = I R2），我們可以計(jì)算出上述串聯(lián)電路中電阻器R 2兩端的壓降為：

同樣對(duì)于電阻器R 1為：

分壓器示例1

當(dāng)串聯(lián)組合兩端的電源電壓為12伏直流電時(shí)，將有多少電流流過(guò)與40Ω電阻串聯(lián)的20Ω電阻。還計(jì)算每個(gè)電阻兩端產(chǎn)生的壓降。

每個(gè)電阻提供一個(gè)I * R壓降，該壓降成比例地等于其在電源電壓兩端的電阻值。使用分壓器比率規(guī)則，我們可以看到最大的電阻器產(chǎn)生最大的I * R壓降。因此，R 1＝ 4V并且R 2＝ 8V。應(yīng)用基爾霍夫電壓定律表明，電阻電路周圍的電壓降之和正好等于電源電壓，為4V + 8V = 12V。

請(qǐng)注意，如果我們使用兩個(gè)相等的電阻，即R 1 = R 2，則每個(gè)電阻上的壓降將恰好是串聯(lián)的兩個(gè)電阻的電源電壓的一半，因?yàn)榉謮罕鹊扔?0％。

分壓器網(wǎng)絡(luò)的另一種用途是產(chǎn)生可變電壓輸出。如果我們用可變電阻器（電位計(jì)）代替電阻器R 2，那么R 2兩端的壓降以及因此V OUT可以通過(guò)一個(gè)量來(lái)控制，該量取決于電位計(jì)抽頭的位置，因此取決于兩個(gè)電阻值的比值有一個(gè)固定電阻和一個(gè)可變電阻。電位器，微調(diào)器，變阻器和自耦變壓器都是可變分壓設(shè)備的示例。

我們還可以通過(guò)將固定電阻器R 2替換為諸如光敏電阻器或LDR之類的傳感器來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可變分壓的想法。因此，隨著傳感器的電阻值隨光水平的變化而變化，輸出電壓V OUT也按比例變化。熱敏電阻和應(yīng)變儀是電阻傳感器的其他示例。

由于上述兩個(gè)分壓表達(dá)式與相同的公共電流相關(guān)，因此在數(shù)學(xué)上它們必須彼此相關(guān)。因此，對(duì)于形成串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的任意數(shù)量的單個(gè)電阻器，任何給定電阻器上的壓降為：

分壓器方程

其中：V R（x）是電阻兩端的壓降，R X是電阻的值，R T是串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的總電阻。該分壓器方程式可用于連接在一起的任意數(shù)量的串聯(lián)電阻，這是因?yàn)槊總€(gè)電阻R及其對(duì)應(yīng)的電壓降V之間存在比例關(guān)系。但是請(qǐng)注意，該方程式是針對(duì)無(wú)負(fù)載分壓器網(wǎng)絡(luò)而給出的，沒(méi)有連接任何額外的電阻性負(fù)載或并聯(lián)支路電流。

分壓器示例2

在36伏電源上，三個(gè)6kΩ，12kΩ和18kΩ電阻元件串聯(lián)在一起。計(jì)算總電阻，電路周圍流動(dòng)的電流值以及每個(gè)電阻兩端的電壓降。

給出的數(shù)據(jù)：V S = 36伏，R 1 =6kΩ，R 2 =12kΩ和R 3 =18kΩ

分壓電路

所有三個(gè)電阻上的壓降應(yīng)加起來(lái)等于基爾霍夫電壓定律（KVL）定義的電源電壓。因此，電壓降的總和為：V T = 6 V + 12 V + 18 V = 36.0 V相同的電源電壓值V S是正確的。再次注意，最大的電阻產(chǎn)生最大的電壓降。

分壓器網(wǎng)絡(luò)中的電壓分接點(diǎn)

考慮連接到電壓源V S的一連串電阻。沿著所述一系列網(wǎng)絡(luò)有不同的電壓分接點(diǎn)，A，B，C，D，和E。

只需將各個(gè)串聯(lián)電阻值相加即可得出總串聯(lián)電阻，從而得出總電阻R T值為15kΩ。該電阻值將限制由電源電壓V S產(chǎn)生的流經(jīng)電路的電流。

電阻兩端的各個(gè)壓降可通過(guò)上述公式找到，因此V R1 = V AB，V R2 = V BC，V R3 = V CD，V R4 = V DE。

每個(gè)分接點(diǎn)的電壓電平都是相對(duì)于地面（0V）進(jìn)行測(cè)量的。因此，D點(diǎn)的電壓電平將等于V DE，C點(diǎn)的電壓電平將等于V CD + V DE。換句話說(shuō)，點(diǎn)C處的電壓是R 3和R 4兩端的兩個(gè)電壓降之和。

因此，希望我們可以看到，通過(guò)選擇一組合適的電阻值，我們可以產(chǎn)生一系列的電壓降，這些電壓降將具有從單個(gè)電源波動(dòng)獲得的成比例的電壓值。還注意，在本示例中，每個(gè)輸出電壓點(diǎn)將在值是正的，因?yàn)殡妷汗┙o的負(fù)端，V小號(hào)接地。

分壓器示例3

1.如果串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)連接到15伏直流電源，則計(jì)算上述分壓器電路每個(gè)分接點(diǎn)的空載電壓輸出。

2.計(jì)算從B點(diǎn)到E點(diǎn)之間的空載電壓輸出。

負(fù)分壓器

在簡(jiǎn)單的分壓器電路中，所有輸出電壓均從一個(gè)公共零電壓接地點(diǎn)參考，但有時(shí)有必要從單個(gè)電源電壓產(chǎn)生正電壓和負(fù)電壓。例如，相對(duì)于公共參考接地端子，來(lái)自計(jì)算機(jī)PSU的電壓電平分別為-12V，+ 3.3V，+ 5V和+ 12V。

分壓器示例4

使用歐姆定律，找到提供給空載分壓器電路的總功率所需的電阻R 1，R 2，R 3和R 4的值，以產(chǎn)生-12V，+ 3.3V，+ 5V和+ 12V的電壓電平是24伏直流電，60瓦

在此示例中，零電壓接地參考點(diǎn)已移動(dòng)以產(chǎn)生所需的正電壓和負(fù)電壓，同時(shí)保持電源上的分壓器網(wǎng)絡(luò)。因此，相對(duì)于該公共參考點(diǎn)全部測(cè)量了四個(gè)電壓，結(jié)果點(diǎn)D相對(duì)于地面處于所需的-12V負(fù)電位。

到目前為止，我們已經(jīng)看到串聯(lián)電阻電路可用于創(chuàng)建分壓器或分壓器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可廣泛用于電子電路中。通過(guò)為串聯(lián)電阻選擇合適的值，可以獲得低于輸入或電源電壓的任何輸出電壓值。但是，除了使用電阻和直流電源電壓創(chuàng)建電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)外，我們還可以使用電容器（C）和電感器（L），但使用正弦交流電源，因?yàn)殡娙萜骱碗姼衅魇请娍剐越M件，這意味著它們電阻針對(duì)電流流動(dòng)“反應(yīng)”。

電容分壓器

顧名思義，電容分壓器電路會(huì)在串聯(lián)連接到公共交流電源的電容器兩端產(chǎn)生壓降。通常，電容分壓器用于“降壓”非常高的電壓以提供低壓輸出信號(hào)，然后可將其用于保護(hù)或計(jì)量。如今，高頻電容分壓器越來(lái)越多地用于移動(dòng)電話和平板電腦中的顯示設(shè)備和觸摸屏技術(shù)中。

與可同時(shí)在交流和直流電源上運(yùn)行的電阻分壓器電路不同，僅在正弦交流電源下才可以使用電容器進(jìn)行分壓。這是因?yàn)榇?lián)電容器之間的分壓是使用電容器的電抗X C計(jì)算的，該電抗X C取決于交流電源的頻率。

我們從關(guān)于交流電路中電容器的教程中還記得，電容電抗X C（以歐姆為單位）與頻率和電容成反比，因此由以下等式給出：

電容電抗公式

哪里：

Xc =電容電抗，單位為歐姆（Ω）

π（pi）= 3.142的數(shù)值常數(shù)

? =以赫茲為單位的頻率（Hz）

C =法拉電容（F）

因此，通過(guò)了解交流電源的電壓和頻率，我們可以計(jì)算單個(gè)電容器的電抗，將它們代入上式中的電阻分壓器規(guī)則，并獲得每個(gè)電容器上相應(yīng)的壓降，如圖所示。

電容分壓器

使用上面串聯(lián)電路中的兩個(gè)10uF和22uF電容器，我們可以在連接到100伏，50Hz均方根電源時(shí)根據(jù)其電抗來(lái)計(jì)算每個(gè)電容器兩端的均方根壓降。

使用純電容器時(shí)，所有串聯(lián)電壓降之和等于電源電壓，與串聯(lián)電阻相同。雖然每個(gè)電容器上的電壓降量與其電抗成正比，但與電容值成反比。

結(jié)果，較小的10uF電容器具有更大的電抗（318.3Ω），因此，與較大的22uF電容器（分別具有144.7Ω的電抗和31V的電壓降）相比，其電壓降更大，為69伏。串聯(lián)電路中的電流I C將為216mA，并且與串聯(lián)的C 1和C 2值相同。

關(guān)于電容性分壓器電路的最后一點(diǎn)是，只要沒(méi)有串聯(lián)電阻（純電容性），兩個(gè)電容器的69和32伏特的電壓降在算術(shù)上就等于100伏特的電源電壓，因?yàn)橛呻娙萜鳟a(chǎn)生的兩個(gè)電壓電容器彼此同相。如果由于某種原因兩個(gè)電壓彼此異相，那么我們不能像使用基爾霍夫斯電壓定律那樣簡(jiǎn)單地將它們加在一起，而是需要兩個(gè)波形的相量相加。

電感分壓器

顧名思義，電感分壓器會(huì)在串聯(lián)在一起連接到公共交流電源的電感器或線圈上產(chǎn)生壓降。一個(gè)感應(yīng)電壓分壓器可以由單個(gè)繞組或線圈，其中所述輸出電壓是由跨段的一個(gè)區(qū)，或從連接在一起的兩個(gè)單獨(dú)的線圈，其被分成兩個(gè)部分。電感分壓器的最常見(jiàn)示例是自耦變壓器，其次級(jí)繞組上有多個(gè)抽頭點(diǎn)。

當(dāng)與穩(wěn)態(tài)直流電源或頻率接近0 Hz的非常低的正弦波一起使用時(shí)，電感器會(huì)充當(dāng)短路。這是因?yàn)樗鼈兊碾娍箮缀鯙榱悖瑥亩试S任何直流電流輕松通過(guò)它們，因此像以前的電容分壓器網(wǎng)絡(luò)一樣，我們必須使用正弦交流電源執(zhí)行任何感性分壓。串聯(lián)電感之間的電感分壓可以使用電感L的電抗來(lái)計(jì)算，X L像電容電感一樣，取決于交流電源的頻率。

在有關(guān)交流電路中電感器的教程中，我們看到電感電抗X L（也以歐姆為單位）與頻率和電感成正比，因此，電源頻率的任何增加都會(huì)增加電感電抗。因此，感抗定義為：

感應(yīng)電抗公式

哪里：

X L =以歐姆為單位的感抗（Ω）

π（pi）= 3.142的數(shù)值常數(shù)

? =以赫茲為單位的頻率（Hz）

L =亨利電感，（H）

如果我們知道交流電源的電壓和頻率，則可以計(jì)算兩個(gè)電感的電抗，并將它們與分壓器規(guī)則一起使用，以獲取每個(gè)電感上的壓降，如圖所示。

電感分壓器

使用上面串聯(lián)電路中的兩個(gè)10mH和20mH電感器，我們可以在連接到60伏，200Hz均方根電源時(shí)根據(jù)其電抗來(lái)計(jì)算每個(gè)電容器兩端的均方根壓降。

像以前的電阻和電容分壓電路一樣，只要沒(méi)有串聯(lián)電阻，電感兩端的所有串聯(lián)壓降之和就等于電源電壓。表示純電感器。每個(gè)電感上的電壓降量與其電抗成正比。

結(jié)果是，較小的10mH電感具有較小的電抗（12.56Ω），因此，與較大的20mH電感分別具有25.14Ω的電抗和40伏的電壓降相比，在30伏時(shí)的電壓降較小。串聯(lián)電路中的電流I L為1.6mA，并且由于這兩個(gè)電感器串聯(lián)連接，因此L 1和L 2的值將相同。

分壓器摘要

我們?cè)谶@里已經(jīng)看到，分壓器或網(wǎng)絡(luò)是一種非常常見(jiàn)且有用的電路配置，它使我們能夠從單個(gè)電源產(chǎn)生不同的電壓電平，從而消除了為電路不同部分以不同的方式工作而需要單獨(dú)的電源的需求電壓電平。

顧名思義，分壓器或分壓器使用電阻器，電容器或電感器將固定電壓“精確地”分壓。最基本，最常用的分壓器電路是兩個(gè)固定值串聯(lián)電阻器，但也可以通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整其抽頭位置將電位計(jì)或變阻器用于分壓。

分壓器電路的一個(gè)非常普遍的應(yīng)用是用傳感器代替其中一個(gè)固定值電阻器。電阻傳感器（例如光傳感器，溫度傳感器，壓力傳感器和應(yīng)變儀）會(huì)隨環(huán)境變化而改變其電阻值，這些電阻傳感器均可用于分壓器網(wǎng)絡(luò)中以提供模擬電壓輸出。雙極晶體管和MOSFET的偏置也是分壓器的另一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用。

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