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制造分壓器,幾個電阻和一條歐姆定律

時間:2020-02-25 00:13來源:海獵人

 

示例:制造分壓器

如果你只有某個型號的電源、幾個電阻和一條歐姆定律,那你能做的也不少。例如,假設你想用一個9 V電壓的電池向電路輸出5 V的直流電壓。假設電路需要的電流不大(可能只有幾毫安),而且你也不太關心5 V電壓是否穩定,那么一個簡單的分壓器 (見圖1-7)就可以滿足你的要求。

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 1-7 簡單的分壓器

我們希望在A點加上9 V電壓時,B點的電壓為5 V。所選擇的兩個電阻阻值能夠使流過它們的電流為100 mA。在B點接入的電路中的電流沒有計入,我假設它的電流很小,對B點的電壓電平影響也不大。

我們注意到圖1-7所示的分壓器中的兩個電阻阻值不同,一個為40 Ω,另一個為50 Ω。如果R 1 R 2 阻值相等,B點的電壓將是4.5 V,而不是我們想要的5 V。

那么,我是怎樣得到這兩個阻值的呢?首先計算出分壓器電路的總電阻。由于我們已經知道了輸入電壓和流過電阻的電流,就可以這樣計算:

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因為分壓器有兩個電阻,它們的阻值之和必定等于總阻值:

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利用電流和分壓器的目標輸出電壓(B點),我們就得到了第二個電阻R 2 的值:

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R 1 就是剩下的值:

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R 1 R 2 之間的比例及B點得到的電壓在圖1-7中的右側以垂直刻度標明。

另一種方法不需要知道分壓器流過的電流,只需要兩個電阻的比例:

V 輸出 =V 輸入 ×(R 2 /( R 1 +R 2 ))

那么,這塊9 V電池能用多久呢?一塊標準的普通9 V堿性電池標稱容量約為550 mAh。我們可以使用前文計算簡單燈泡電路的方法。用電池的標稱容量除以分壓器的電流,可以得到:

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因此,在該電路中,電池能夠連續使用約5.5小時。

作為練習,請計算這個簡單電路能耗費多少功率。由于電阻的額定值包括阻值和功率損耗兩個方面,很容易看出這兩個電阻的功率都應該是1 W左右。該電路的功率大大超過了一個小型的1/8 W元件。

而且,我在前文提到,我假設B點接入的任何元件或電路都不會通過太大的電流。你可以將兩個電阻的阻值擴大一個數量級(×10),從而將總電流減小到10 mA,但仍然有足夠的裕度能在5 V上下提供一個很小的電流。這樣就能將電池壽命延長到55小時或更長,并顯著減少電阻器的額定功率要求。當你使用分壓器為電路中的有源元件提供參考電壓時,電流消耗通常很。ǹ赡茉谖卜秶鷥龋,因為起決定作用的是電壓。在這種情況下,R 1 R 2 的阻值可以非常大,以進一步減小分壓器上的電流。

這個小練習清楚地說明了一些事情。第一,你不會真的想用分壓器來充當電源。穩壓器的效果更好,不會無意義地耗散太多熱量。我們將在第5章講解電源,第9章講解穩壓器等有源元件。第二,在有多元變量的情況下,尋找解決方案的空間很大,有的解決方案比別的要好。不要抓住第一個結果不放,因為可能有更好的方法。第三,電池雖然易于攜帶,但是在大電流、長時間使用時壽命較短。

 

總結

本章中我們學習了原子結構的基礎知識,以及這種結構是如何促成電子運動的。我們還學習了電壓、電流、功率和電阻的基礎知識,并發現功率100 W、額定電壓110 V的用電器的電流只比功率1.25 W、電壓1.5 V的用電器的電流略大。造成功率差異的主要因素是電壓。

理解了這些知識以后,你應該已經能夠計算在供電電流大小給定的情況下,電子設備耗費的功率是多少,一塊電池能使用多久。

以上的基本理論對于你制作和運行電子器件應該已經足夠,接下來的章節會介紹其他必要的概念。如果你真的想深入到理論中以求進一步的了解,我建議你在附錄C中找一本出色的參考作品。附錄B列出了電子學中常用的各種符號圖,并簡要介紹了如何使用電路圖繪制工具來繪制干凈整潔的電路圖。

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