分压器电路

在本教程中,我们将学习电子学中常用的电路之一,即分压器或分压器。我们将看到一个基本的分压器电路,并分析其功能。我们也将看一下分压器计算器的公式(从欧姆定律推导),最后一些典型的分压器电路的常见应用。

介绍

电子学中有很多基本的电路,在纸上看起来很简单,但实际上却有很大的用途。其中一个这样的电路是分压器电路或有时被称为分压器电路。

在深入了解分压电路之前,让我们首先考虑一个问题,看看如何利用分压器解决它。

考虑一个运行在5V电源上的微控制器。为了简单起见,让这个微控制器是Arduino(和Arduino Uno板上的ATmega328P需要5V电源)。

现在让我们假设您想要实现一个涉及蓝牙模块的项目(比如蓝牙控制家电基于蓝牙的DIY机器人手臂)。DIY项目中常用的蓝牙模块之一是HC-05。

HC-05蓝牙模块引脚和组件

HC-05蓝牙模块可以通过UART Communication连接Arduino Uno,即Arduino Uno的引脚0和1(分别为RX和TX)。这些引脚应该连接到HC-05蓝牙模块对应的TX和RX引脚。但这里有一个问题。

如果你之前使用过这个模块或看到我们的一个项目使用这个模块实现,那么你可能熟悉它的功率评级,即它工作在3.3V电源。这意味着HC-05的RX和TX引脚工作在3.3V电平。

注意,一些HC-05模块可以由5V电源供电,因为他们有一个板上的5V到3.3V调节器。但这仅限于电源和通信引脚,即RX和TX仍然工作在3.3V水平。

这意味着我们不能直接连接Arduino Uno和HC-05蓝牙模块利用UART针5 v的输出Arduino Uno的TX(必须连接到3.3 v RX销HC-05)可能破坏周边或者更糟可能完全摧毁模块。

需要注意的是,HC-05蓝牙模块的TX可以直接连接到Arduino Uno的RX,因为HC-05模块的TX输出是3.3V, Arduino Uno没有问题。问题只有另一种方式,即Arduino Uno的5V TX到HC-05的3.3V RX。

所以我们必须先将Arduino Uno的TX引脚的5V信号转换为3.3V电平,再连接到HC-05蓝牙模块的RX引脚。这是一个简单的分压器电路来派上用场。

什么是分压器电路?

分压电路或分压电路是一种简单的电子电路,通过使用一对电阻将较高的输入电压转换为较低的输出电压。它经常用于模拟电路,如基于运算放大器的电路,其中所需的电压可能是可变的。

下图显示的是一个简单的分压器电路,由两个电阻R1和R2组成。VIN是输入电压,VOUT是通过电阻R2的输出电压。

分压器电路

因此,只要使用R1和R2两个电阻,我们就可以通过适当选择R1和R2的值,将任何输入电压VIN转换为任何想要的输出电压VOUT。

分压器方程

分压器网络输出电压VOUT的计算公式如下:

Vout = (vin * r2) / (r1 + r2)

在那里,=输入电压

输出电压=输出电压

R1R2两个电阻的值。

由上述分压器公式可以确定输出电压的比例因子是由比值决定的R2 / (r1 + R2)

推导分压器方程

分压器电路的基础是欧姆定律。实际上,我们可以简单地利用欧姆定律推导分压器方程。根据欧姆定律,我们知道电路中的电流与电路中的电压和电位差成正比。

在上面的陈述中,比例常数是电路(或元件)的电阻。

利用上述电路中的欧姆定律,可以计算出输入电压为

Vin = I * r1 + I * r2 = I * (r1 + r2)

同样,输出电压为

Vout = I * r2

如果我们观察上述两个方程,很明显,在这两个方程中电流是相同的,因此我们可以将上述方程改写如下:

I = vin / (r1 + r2)

I = vout / r2

将上面两个方程等价,我们得到

Vout / r2 = vin / (r1 + r2)

最后,Vout = vin * r2 / (r1 + r2)

例子

让我们看一个分压器方程的例子。设VIN为5V, R1和R2分别为10000 Ω (10 KΩ)和20000 Ω (20 KΩ)。由上面给出的方程,我们可以计算出VOUT的值如下:

Vout = 5 * 20000 / (10000 + 20000)

输出电压= 3.3 v

R1为10 KΩ和R2为20 KΩ的组合是常用的分压电路之一,将5V电平信号转换为3.3V电平信号。

应用程序

分压器在模拟电路和数字电路中都很常用。下面介绍分压器电路的一些常见应用。

水平换档器

分压器的主要应用之一是充当电平移频器。正如在介绍中已经提到的,如果微控制器和传感器工作在不同的电压水平,那么一个简单的电平移位器组成的一对电阻配置在分压器的方式将做这项工作。

HC-05蓝牙模块带Arduino电路图

一个典型的要求是将微控制器的5V信号转换为传感器的3.3V信号。我们可以简单地用两个电阻10 KΩ和20 KΩ作为R1和R2。

注意:20 KΩ电阻是不常见的,你可以用两个10 KΩ电阻串联。另一种选择是使用1 KΩ电阻作为R1和一个相当常见的2.2 KΩ电阻作为R2。在这种情况下,输出电压为3.4 V,但传感器可以承受。

电位计

电位器或简单的POT是一个具有三个终端的可变电阻。使用一个电位器,你可以实现一个可变输出电压的分压器电路。可以通过将输入电压连接到电位器的极端引脚上,并通过雨刷端子获取输出来实现这一点。

使用电位器的分压电路

通过调整电位器的雨刷位置,输出电压也会发生变化。

电阻式传感器(LDR和热敏电阻)

在DIY项目中常用的两种传感器是LDR(光依赖电阻)和热敏电阻。这两种传感器都是电阻式的。但问题是,像Arduino这样的微控制器只会读取输入端的电压。

通过在分压电路中连接电阻传感器(LDR或热敏电阻),您可以获得跨传感器的电压,并编程单片机来相应地缩放值。

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