เมื่อออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์มีหลายสถานการณ์เมื่อวงจรต้องการค่าแรงดันและแหล่งกระแสที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าสำหรับ Op-Amp เป็นเรื่องปกติมากที่จะใช้วงจรแบ่งที่มีศักยภาพเพื่อให้ได้ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ แต่ถ้าเราต้องการค่าเฉพาะของกระแสล่ะ? คล้ายกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้ามีวงจรอีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าตัวแบ่งกระแสซึ่งสามารถใช้เพื่อแบ่งกระแสรวมออกเป็นหลาย ๆ ภายในวงจรปิด ดังนั้นในบทช่วยสอนนี้เราจะได้เรียนรู้วิธีสร้างวงจรแบ่งกระแสอย่างง่ายโดยใช้วิธีการต้านทาน (โดยใช้ตัวต้านทานเท่านั้น) โปรดทราบว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างตัวแบ่งกระแสโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำและการทำงานของทั้งสองวงจรจะเหมือนกัน
การทำงานของวงจรแบ่งกระแส
ตัวต้านทานเป็นส่วนประกอบที่ใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เรื่อย ๆ และมันเป็นเรื่องง่ายมากที่จะสร้างdivider ปัจจุบันใช้ตัวต้านทาน ตัวแบ่งกระแสเป็นวงจรเชิงเส้นที่แยกกระแสทั้งหมดที่ไหลเข้าสู่วงจรและสร้างการหารหรือสร้างเศษส่วนของกระแสทั้งหมด
ตามกฎตัวแบ่งกระแสกระแสที่ไหลผ่านสาขาขนานใด ๆ ของวงจรจะเท่ากับผลคูณของกระแสรวมและอัตราส่วนของความต้านทานสาขาตรงข้ามกับความต้านทานทั้งหมด ดังนั้นด้วยกฎตัวแบ่งปัจจุบันเราสามารถคำนวณกระแสที่ไหลผ่านสาขาได้หากเราทราบค่ากระแสรวมและค่าความต้านทานของสาขาอื่น เราจะเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อดำเนินการต่อไป
ตัวแบ่งปัจจุบันสามารถสร้างได้อย่างง่ายดายโดยใช้KCL (กฎหมายปัจจุบันของ Kirchhoff)และกฎหมายโอห์ม มาดูกันว่าการแบ่งนี้เกิดขึ้นในวงจรตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบขนานได้อย่างไร
ในภาพด้านบนตัวต้านทาน 2 ตัวขนาด 1 โอห์มเชื่อมต่อแบบขนานซึ่งก็คือ R1 และ R2 ตัวต้านทานทั้งสองนี้แบ่งปันกระแสทั้งหมดที่ไหลผ่านตัวต้านทาน เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานทั้งสองนี้เท่ากันจึงสามารถคำนวณกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวได้โดยใช้สูตรตัวแบ่งกระแส
ดังนั้นกระแสรวมคือI Total = I R1 + I R2ตามกฎหมายปัจจุบันของ Kirchoff
ในการค้นหากระแสของตัวต้านทานแต่ละตัวเราใช้กฎของโอห์ม I = V / R บนตัวต้านทานแต่ละตัว ในกรณีเช่นนี้
I R1 = V / R1 และ I R2 = V / R2
ดังนั้นถ้าเราใช้ค่าเหล่านี้ใน I Total = I R1 + I R2กระแสทั้งหมดจะเป็น
กระแสรวม = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)
ด้วยประการฉะนี้
V = ฉันทั้งหมด (1 / R1 + 1 / R2) -1 = ฉันรวม (R1R2 / R1 + R2)
ดังนั้นถ้าเราสามารถคำนวณความต้านทานรวมและกระแสรวมได้จากนั้นโดยใช้สูตรข้างต้นเราจะได้รับกระแสหารผ่านตัวต้านทาน สูตรกฎ divider ปัจจุบันการคำนวณสำหรับปัจจุบันผ่าน R1 จะได้รับเป็น
ฉันR1 = V / R1 = ฉันรวมฉันR1 = ฉันรวม (R2 / (R1 + R2))
ในทำนองเดียวกันสูตรกฎตัวแบ่งปัจจุบันที่คำนวณหากระแสผ่าน R2 สามารถกำหนดเป็น
I R2 = V / R2 = ฉันรวม I R2 = ฉันทั้งหมด (R1 / (R1 + R2))
ดังนั้นเมื่อตัวต้านทานมีมากกว่าสองตัวต้องคำนวณความต้านทานรวมหรือเทียบเท่าเพื่อหากระแสแบ่งในตัวต้านทานแต่ละตัวโดยใช้สูตร
ฉัน = V / R
การทดสอบวงจรแบ่งกระแสในฮาร์ดแวร์
มาดูกันว่าตัวแบ่งปัจจุบันนี้ทำงานอย่างไรในสถานการณ์จริง
มีตัวต้านทานสามตัวในแผนผังด้านบนซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งกระแสคงที่หรือคงที่ที่ 1A ตัวต้านทานทั้งหมดได้รับการจัดอันดับเป็น 1 โอห์ม ดังนั้น R1 = R2 = R3 = 1 โอห์ม
วงจรนี้ได้รับการทดสอบในเขียงหั่นขนมโดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานทีละตัวในการกำหนดค่าแบบขนานโดยมีแหล่งจ่ายกระแสคงที่ 1A เชื่อมต่ออยู่ในวงจร คุณยังสามารถตรวจสอบวงจรกระแสคงที่ง่ายๆนี้เพื่อเรียนรู้วิธีการทำงานของแหล่งกระแสไฟฟ้าและวิธีการสร้างขึ้นเอง ในภาพด้านล่างตัวต้านทานตัวเดียวเชื่อมต่อผ่านวงจร
กระแสจะแสดง 1A ในมัลติมิเตอร์เมื่อเชื่อมต่อผ่านตัวต้านทาน ถัดไปมีการเพิ่มตัวต้านทาน 1 โอห์มที่สอง กระแสลดลงเหลือครึ่งหนึ่งโดยประมาณ 500mA ในตัวต้านทานแต่ละตัวดังที่แสดงด้านล่าง
ทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้น? ลองหาคำตอบโดยใช้การคำนวณตัวแบ่งปัจจุบัน เมื่อเชื่อมต่อตัวต้านทาน 2 ตัวขนาด 1 โอห์มในการเชื่อมต่อแบบขนานความต้านทานจะเท่ากับ
R เทียบเท่า = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0.5 โอห์ม
ดังนั้นเมื่อความต้านทาน 1 โอห์มสองตัวเชื่อมต่อแบบขนานความต้านทานที่เท่ากันจะกลายเป็น 0.5 โอห์ม ดังนั้นกระแสผ่าน R1 คือ
I R1 = ฉันทั้งหมด (เทียบเท่า R / R1) I R1 = 1A (0.5 โอห์ม / 1 โอห์ม) = 0.5 แอมป์
กระแสจำนวนเท่ากันไหลผ่านตัวต้านทานอื่นเนื่องจาก R2 เป็นตัวต้านทาน 1 โอห์มเหมือนกันและกระแสคงที่สูงถึง 1A มัลติมิเตอร์กำลังแสดงประมาณ 0.5 แอมป์ซึ่งไหลผ่านตัวต้านทานสองตัว
ตอนนี้มีการเชื่อมต่อตัวต้านทาน 1 โอห์มเพิ่มเติมในวงจร ขณะนี้มัลติมิเตอร์กำลังแสดงกระแสประมาณ 0.33A ที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว
เนื่องจากมีตัวต้านทานสามตัวเชื่อมต่อแบบขนานเรามาดูความต้านทานที่เท่ากันของตัวต้านทานสามตัวในการเชื่อมต่อแบบขนาน
เทียบเท่า R = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) เทียบเท่า R = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) เทียบเท่า R = 1/3 R เทียบเท่า = 0.33 โอห์ม
ตอนนี้กระแสผ่านตัวต้านทานแต่ละตัว
IR = I รวม (เทียบเท่า R / R1) IR = 1 แอมป์ x (0.33 โอห์ม / 1 โอห์ม) IR = 0.33 แอมป์
มัลติมิเตอร์กำลังแสดงประมาณ 0.33 แอมป์กำลังไหลในตัวต้านทานแต่ละตัวเนื่องจากตัวต้านทานทั้งหมดมีค่า 1 โอห์มและเชื่อมต่อในวงจรที่การไหลของกระแสคงที่ด้วย 1A คุณยังสามารถดูวิดีโอที่ท้ายหน้าเพื่อตรวจสอบการทำงานของวงจร
แอปพลิเคชัน Divider ปัจจุบัน
การประยุกต์ใช้ตัวแบ่งกระแสหลักคือการสร้างเศษส่วนของกระแสทั้งหมดที่มีอยู่ในวงจร อย่างไรก็ตามในบางกรณีส่วนประกอบที่ใช้ในการรับกระแสจะมีข้อ จำกัด ว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านส่วนประกอบจริง กระแสไฟเกินทำให้การกระจายความร้อนเพิ่มขึ้นรวมทั้งลดอายุการใช้งานของส่วนประกอบ ด้วยการใช้ตัวแบ่งกระแสกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนประกอบสามารถลดลงและสามารถใช้ขนาดส่วนประกอบที่เล็กลงได้
ตัวอย่างเช่นในกรณีที่ต้องการกำลังไฟของตัวต้านทานขนาดใหญ่ การเพิ่มตัวต้านทานหลายตัวแบบขนานจะลดการกระจายความร้อนและตัวต้านทานกำลังวัตต์ที่เล็กกว่าก็สามารถทำงานเดียวกันได้