מעגלי חלוקה נוכחיים מוסברים באמצעות נוסחה וחומרה מעשית

בעת תכנון מעגל אלקטרוני, ישנם הרבה מצבים בהם מעגל דורש ערכים שונים של מתח ומקור זרם. לדוגמא, כאשר מגדירים את המתח הקבוע מראש עבור מגבר אופ, מקובל מאוד להשתמש במעגל מחלק פוטנציאלי להשגת ערכי המתח הנדרשים. אבל מה אם נצטרך ערך ספציפי של זרם? בדומה למחלק המתח, קיים סוג אחר של מעגל הנקרא מחלק זרם בו ניתן לחלק את הזרם הכולל למספר בתוך מעגל סגור. לכן, במדריך זה נלמד כיצד לבנות מעגל מפריד זרם פשוט בשיטת התנגדות (תוך שימוש רק בנגדים). שים לב כי ניתן גם לבצע מחלק זרם באמצעות משרנים והעבודה של שני המעגלים תהיה זהה.

עבודה במעגל המפריד הנוכחי

נגד הוא המרכיב הפסיבי הנפוץ ביותר באלקטרוניקה וקל מאוד לבנות מחלק זרם באמצעות נגדים. המחלק הנוכחי הוא מעגל ליניארי המחלק את הזרם הכולל הזורם למעגל ויוצר חלוקה או מייצר חלק מהזרם הכולל.

על פי כלל המחלק הנוכחי, הזרם הזורם בכל ענף מקביל של מעגל יהיה שווה לתוצר של הזרם הכולל והיחס בין התנגדות ענף מנוגד להתנגדות מוחלטת. לפיכך, עם כלל המחלק הנוכחי, אנו יכולים לחשב את הזרם הזורם בענף אם אנו יודעים את ערך הזרם וההתנגדות הכולל של ענפים אחרים. נבין על כך עוד בהמשך.

ניתן לבנות את המחלק הנוכחי בקלות באמצעות KCL (החוק הנוכחי של קירכהוף) וחוק אוהם. בואו נראה כיצד חלוקה זו מתבצעת למעגל התנגדות מקביל.

בתמונה לעיל, שני נגדים של 1 אוהם מחוברים במקביל, שהם R1 ו- R2. שני נגדים אלה חולקים את הזרם הכולל הזורם דרך הנגד. מכיוון שהמתח על שני הנגדים הללו זהה, ניתן לחשב את הזרם הזורם בכל נגע באמצעות נוסחת המחלק הנוכחי

לפיכך הזרם הכולל הוא I _סך = I _R1 + I _R2 לפי החוק הנוכחי של קירשוף.

עכשיו כדי למצוא את הזרם של כל נגד, אנו משתמשים בחוק אוהם I = V / R על כל הנגד. במקרה כזה, אני _R1 = V / R1 ואני _R2 = V / R2

לכן, אם נשתמש בערכים אלה ב- I _Total = I _R1 + I _R2, הזרם הכולל יהיה

זרם כולל = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)

לכן, V = I _total (1 / R1 + 1 / R2) ^-1 = I _total (R1R2 / R1 + R2)

לכן, אם נוכל לחשב את ההתנגדות הכוללת ואת הזרם הכולל, אז באמצעות הנוסחה שלעיל, נוכל לקבל את הזרם המחולק דרך הנגד. ניתן לתת את נוסחאות כלל המחיצות הנוכחיות לחישוב הנוכחי דרך R1 כ-

I _R1 = V / R1 = I _total I _R1 = I _total (R2 / (R1 + R2))

באופן דומה, ניתן לתת את נוסחאות הכלל המפריד הנוכחי לחישוב עבור זרם דרך R2

I _R2 = V / R2 = I _total I _R2 = I _total (R1 / (R1 + R2))

לכן, כאשר הנגדים הם יותר משניים, צריך לחשב את ההתנגדות הכוללת או המקבילה כדי לגלות את הזרם המחולק בכל נגד באמצעות הנוסחה

אני = V / R

בדיקת מעגל המפריד הנוכחי בחומרה

בואו נראה איך המחלק הנוכחי עובד בתרחיש אמיתי.

יש שלושה נגדים בסכמה הנ"ל המחוברים למקור זרם קבוע או קבוע של 1A. כל הנגדים מדורגים כ -1 אוהם. לכן R1 = R2 = R3 = 1 אוהם.

מעגל זה נבדק על קרש לחם על ידי חיבור הנגדים אחד אחד בתצורה מקבילה עם מקור זרם קבוע 1A המחובר על פני המעגל. אתה יכול גם לבדוק את מעגל הזרם הקבוע הפשוט הזה כדי ללמוד כיצד המקור הנוכחי עובד וכיצד לבנות כזה בעצמנו. בתמונה למטה, נגד יחיד מחובר על פני המעגל.

הזרם מציג 1A ברב-מטר כאשר הוא מחובר נגד הנגד. לאחר מכן נוסף נגן 1 אוהם שני. הזרם ירד לחצי, בערך 500mA בכל נגן, כמוצג להלן

מדוע זה קרה? בואו נגלה באמצעות חישוב המחלק הנוכחי. כאשר שני נגדים של 1 אוהם מחוברים בחיבור מקביל, ההתנגדות המקבילה תהיה -

R _{שווה ערך} = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0.5 אוהם

לכן, כאשר שני התנגדות של 1 אוהם התחברו במקביל, ההתנגדות המקבילה הפכה ל 0.5 אוהם. לפיכך, הזרם דרך R1 הוא

I _R1 = I _total (R _equivalent / R1) I _R1 = 1A (0.5 Ohms / 1 Ohms) = 0.5 Amps

אותה כמות זרם זורמת דרך הנגד האחר מכיוון ש R2 הוא אותו הנגד של 1 אוהם והזרם קבוע עד 1A. המולטימטר מציג כ 0.5 אמפר אשר זורם דרך שני הנגדים.

כעת מחובר נגד 1 אוהם נוסף במעגל. המולטימטר מציג כעת כ 0.33A של זרם זורם בכל נגד.

מכיוון שיש שלושה נגדים המחוברים במקביל, בואו נגלה את ההתנגדות המקבילה של שלושת הנגדים בחיבור מקביל

_{שווה ערך} R ((1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) _{שווה ערך} R = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) _{שווה ערך} R = 1/3 R _{שווה ערך} = 0.33 אוהם

עכשיו, הזרם דרך כל נגד, IR = אני _כולל (_{שווה ערך} R / R1) IR = 1 אמפר x (0.33 אוהם / 1 אוהם) IR = 0.33 אמפר

המולטימטר מציג כ 0.33 אמפר זורם בכל נגד מכיוון שכל הנגדים הם בערך 1 אוהם ומחוברים במעגל שבו זרימת הזרם קבועה עם 1A. ניתן גם לצפות בסרטון בסוף העמוד כדי לבדוק כיצד המעגל עובד.

יישומי חלוקה נוכחיים

היישום העיקרי של המחלק הנוכחי הוא לייצר חלק קטן מהזרם הכולל הקיים במעגל. עם זאת, במקרים מסוימים, לרכיב המשמש להעברת הזרם יש מגבלה של כמה זרם אכן זורם דרך הרכיב. זרם יתר גורם לפיזור חום מוגבר, כמו גם להפחית את תוחלת החיים של הרכיבים. באמצעות מחלק זרם ניתן למזער את הזרם הזורם דרך רכיב וכך ניתן להשתמש בגודל רכיב קטן יותר.

לדוגמא, במקרה בו נדרש הספק נגדים גדול יותר; הוספת נגדים מרובים במקביל מקטינה את פיזור החום, ונגדי הספק קטנים יותר יכולים לעשות את אותה העבודה.