Điện áp là gì, làm thế nào để hạ và tăng điện áp

Điện áp và cường độ dòng điện là hai đại lượng chính trong điện. Ngoài chúng, một số lượng khác được phân biệt: điện tích, cường độ từ trường, cường độ điện trường, cảm ứng từ và các loại khác. Một kỹ sư điện hoặc thực hành điện tử trong công việc hàng ngày thường phải hoạt động với điện áp và dòng điện - Volts và Amps. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nói cụ thể về căng thẳng, về nó là gì và làm thế nào để làm việc với nó.

Xác định đại lượng vật lý

Điện áp là sự khác biệt tiềm năng giữa hai điểm, đặc trưng cho công việc được thực hiện bởi điện trường để chuyển điện tích từ điểm đầu tiên sang điểm thứ hai. Đo điện áp trong Volts. Điều này có nghĩa là điện áp chỉ có thể có mặt giữa hai điểm trong không gian. Do đó, không thể đo điện áp tại một điểm.

Điện thế được biểu thị bằng chữ "F" và điện áp bằng chữ "U". Nếu được biểu thị dưới dạng chênh lệch tiềm năng, điện áp là:

U = F1-F2

Nếu thể hiện thông qua công việc, thì:

U = A / q,

Trong đó A là công việc, q là phí.

Đo điện áp

Điện áp được đo bằng vôn kế. Các đầu dò vôn kế kết nối điện áp với hai điểm mà chúng ta quan tâm, hoặc với các cực của bộ phận, độ sụt điện áp mà chúng ta muốn đo. Hơn nữa, bất kỳ kết nối với mạch có thể ảnh hưởng đến hoạt động của nó. Điều này có nghĩa là khi một tải được thêm song song vào một phần tử, dòng điện trong mạch sẽ thay đổi và điện áp trên phần tử thay đổi theo định luật Ohm.

Kết luận:

Vôn kế phải có điện trở đầu vào cao nhất để khi được kết nối, tổng trở trong phần đo được gần như không thay đổi. Điện trở của vôn kế nên có xu hướng vô cùng, và càng lớn, độ tin cậy của bài đọc càng lớn.

Độ chính xác đo (lớp chính xác) bị ảnh hưởng bởi một số tham số. Đối với đồng hồ đo quay số, điều này bao gồm độ chính xác của thang đo, tính năng thiết kế của hệ thống treo mũi tên, chất lượng và tính toàn vẹn của cuộn dây điện từ, tình trạng của lò xo hồi lưu, độ chính xác của lựa chọn shunt, v.v.

Đối với các thiết bị kỹ thuật số - chủ yếu là độ chính xác của việc lựa chọn điện trở trong bộ chia điện áp đo, độ phân giải của ADC (càng chính xác, càng chính xác), chất lượng của các đầu đo đo.

Để đo điện áp DC bằng một thiết bị kỹ thuật số (ví dụ: vạn năng), như một quy luật, kết nối chính xác của các đầu dò với mạch đo không quan trọng. Nếu bạn kết nối đầu dò dương với một điểm có tiềm năng âm hơn so với điểm mà đầu dò âm được kết nối, thì một dấu hiệu - - sẽ xuất hiện trước kết quả đo.

Nhưng nếu bạn đo bằng thiết bị con trỏ, bạn cần cẩn thận. Nếu các đầu dò không được kết nối chính xác, mũi tên sẽ bắt đầu lệch về 0, nó sẽ nằm trên bộ giới hạn. Khi đo điện áp gần với giới hạn đo trở lên, nó có thể bị kẹt hoặc uốn cong, sau đó không cần thiết phải nói về độ chính xác và hoạt động hơn nữa của thiết bị này.

Đối với hầu hết các phép đo trong cuộc sống hàng ngày và trong các thiết bị điện tử ở mức độ nghiệp dư, một vôn kế được tích hợp trong các vạn năng như DT-830 và tương tự là đủ.

Các giá trị đo càng lớn, yêu cầu độ chính xác càng thấp, bởi vì nếu bạn đo vôn và bạn có sai số 0,1V, điều này sẽ làm biến dạng hình ảnh một cách đáng kể và nếu bạn đo hàng trăm hoặc hàng nghìn volt, thì sai số 5 volt sẽ không có vai trò đáng kể.

Phải làm gì nếu điện áp không phù hợp để cung cấp tải

Để cấp nguồn cho từng thiết bị hoặc thiết bị cụ thể, bạn cần đặt một điện áp có giá trị nhất định, nhưng điều đó xảy ra là nguồn điện bạn có không phù hợp và tạo ra điện áp thấp hoặc quá cao.Vấn đề này được giải quyết theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào công suất, điện áp và cường độ dòng điện yêu cầu.

Làm thế nào để hạ điện trở?

Điện trở giới hạn dòng điện và khi nó chảy, điện áp giảm xuống điện trở (điện trở giới hạn dòng điện). Phương pháp này cho phép bạn hạ thấp điện áp xuống cấp nguồn cho các thiết bị có công suất thấp với dòng điện hàng chục, tối đa hàng trăm milliamp.

Một ví dụ về nguồn cung cấp năng lượng như vậy là việc đưa đèn LED vào mạng DC 12 (ví dụ: mạng xe trên tàu có công suất lên đến 14,7 Volts). Sau đó, nếu đèn LED được thiết kế để được cấp nguồn từ 3,3 V, với dòng điện 20 mA, bạn cần có điện trở R:

R = (14,7-3,3) / 0,02) = 570 Ohm

Nhưng điện trở khác nhau về công suất tiêu tán tối đa:

P = (14,7-3,3) * 0,02 = 0,228 W

Cái gần nhất ở mệnh giá là điện trở 0,25 W.

Đó là sự tiêu tán năng lượng áp đặt một hạn chế đối với loại cung cấp năng lượng này, thường điện trở không vượt quá 5-10 watt. Nó chỉ ra rằng nếu bạn cần phải trả một điện áp lớn hoặc cung cấp năng lượng cho tải theo cách này, bạn sẽ phải đặt một số điện trở như sức mạnh của một là không đủ và nó có thể được phân phối giữa nhiều người.

Phương pháp giảm điện áp với điện trở hoạt động ở cả mạch DC và AC.

Nhược điểm là điện áp đầu ra không được ổn định theo bất kỳ cách nào và với dòng điện tăng và giảm, nó thay đổi tỷ lệ với giá trị của điện trở.

Làm thế nào để giảm điện áp xoay chiều với một cuộn cảm hoặc tụ điện?

Nếu chúng ta chỉ nói về dòng điện xoay chiều, thì chúng ta có thể sử dụng phản ứng. Điện trở phản kháng chỉ có trong các mạch điện xoay chiều, điều này là do các tính năng lưu trữ năng lượng trong các tụ điện và cuộn cảm và định luật chuyển mạch.

Cuộn cảm và tụ điện có thể được sử dụng như chấn lưu.

Độ phản kháng của cuộn cảm (và bất kỳ phần tử cảm ứng nào) phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều (đối với mạng điện gia dụng là 50 Hz) và độ tự cảm, nó được tính theo công thức:

Trong đó ω là tần số góc tính bằng rad / s, độ tự cảm L, 2pi là cần thiết để chuyển đổi tần số góc thành bình thường, f là tần số điện áp tính bằng Hz.

Điện kháng của tụ điện phụ thuộc vào điện dung của nó (C càng thấp, điện trở càng lớn) và tần số của dòng điện trong mạch (tần số càng cao thì điện trở càng thấp). Nó có thể được tính như sau:

Một ví dụ về việc sử dụng điện trở cảm ứng là việc cung cấp đèn chiếu sáng huỳnh quang, đèn DRL và DNaT. Cuộn cảm giới hạn dòng điện qua đèn, trong đèn LL và DNT, nó được sử dụng cùng với bộ khởi động hoặc thiết bị đánh lửa xung (rơle khởi động) để tạo ra điện áp cao bật đèn. Điều này là do bản chất và nguyên tắc hoạt động của các loại đèn như vậy.

Một tụ điện được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị năng lượng thấp, nó được lắp đặt nối tiếp với mạch điện. Một nguồn cung cấp năng lượng như vậy được gọi là "nguồn cung cấp năng lượng biến áp với tụ điện dằn (trống)".

Rất thường chúng được tìm thấy như một bộ giới hạn hiện tại để sạc pin (ví dụ như chì) trong đèn pin cầm tay và radio công suất thấp. Những nhược điểm của sơ đồ như vậy là rõ ràng - không kiểm soát được mức sạc pin, sự sôi của chúng, quá tải, mất ổn định điện áp.

Làm thế nào để hạ thấp và ổn định điện áp DC

Để đạt được điện áp đầu ra ổn định, có thể sử dụng các chất ổn định tham số và tuyến tính. Thông thường chúng được sản xuất trên loại microcircuit trong nước KREN hoặc loại L78xx, L79xx.

Bộ chuyển đổi tuyến tính LM317 cho phép bạn ổn định bất kỳ giá trị điện áp nào, nó có thể điều chỉnh lên đến 37V, bạn có thể cung cấp nguồn điện được điều chỉnh đơn giản nhất dựa trên nó.

Nếu bạn cần giảm một chút điện áp và ổn định nó, các IC được mô tả sẽ không hoạt động. Để họ làm việc, phải có sự khác biệt của thứ tự từ 2V trở lên. Đối với điều này, chất ổn định LDO (bỏ học thấp) được tạo ra.Sự khác biệt của chúng nằm ở chỗ để ổn định điện áp đầu ra, cần phải có điện áp đầu vào vượt quá giá trị 1V. Một ví dụ về bộ ổn định như vậy là AMS1117, có sẵn trong các phiên bản từ 1,2 đến 5V, hầu hết họ thường sử dụng các phiên bản 5 và 3,3V, ví dụ trong bảng Arduino và nhiều hơn nữa.

Thiết kế của tất cả các chất ổn định bước xuống tuyến tính được mô tả ở trên thuộc loại tuần tự có một nhược điểm đáng kể - hiệu quả thấp. Chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra càng lớn thì càng thấp. Anh ta chỉ đơn giản là đốt cháy điện áp dư thừa, biến nó thành nhiệt và tổn thất năng lượng bằng:

Mất = (Uin-Uout) * Tôi

Công ty AMTECH sản xuất các bộ tương tự PWM của bộ chuyển đổi L78xx, chúng hoạt động theo nguyên tắc điều chế độ rộng xung và hiệu suất của chúng luôn đạt hơn 90%.

Họ chỉ cần bật và tắt điện áp với tần số lên tới 300 kHz (gợn là tối thiểu). Và điện áp hiện tại được ổn định ở mức phù hợp. Và mạch chuyển đổi tương tự như các tuyến tương tự.

Làm thế nào để tăng điện áp không đổi?

Để tăng điện áp sản xuất bộ biến đổi điện áp xung. Chúng có thể được bao gồm trong sơ đồ boost (boost) và buck (buck) và buck-boost (buck-boost). Hãy nhìn vào một vài đại diện:

1. Bảng dựa trên chip XL6009

2. Bảng dựa trên LM2577, hoạt động để tăng và giảm điện áp đầu ra.

3. Bảng chuyển đổi trên FP6291 phù hợp để lắp ráp nguồn điện 5 V, ví dụ như một bộ lưu điện. Bằng cách điều chỉnh các giá trị của điện trở, nó có thể được điều chỉnh theo các điện áp khác, giống như bất kỳ bộ chuyển đổi tương tự nào khác - bạn cần điều chỉnh các mạch phản hồi.

4. Bảng dựa trên MT3608

Tất cả mọi thứ được ký kết trên bảng ở đây - nền tảng để hàn đầu vào - IN và đầu ra - điện áp OUT. Các bảng có thể có một sự điều chỉnh điện áp đầu ra, và trong một số trường hợp, các giới hạn hiện tại, giúp cho việc cung cấp điện trong phòng thí nghiệm đơn giản và hiệu quả. Hầu hết các bộ chuyển đổi, cả tuyến tính và xung, là bằng chứng ngắn mạch.

Làm thế nào để tăng điện áp xoay chiều?

Để điều chỉnh điện áp xoay chiều, hai phương pháp chính được sử dụng:

1. Máy biến áp tự động;

2. Máy biến áp.

Máy biến áp tự động - Đây là một cuộn dây đơn. Cuộn dây có một vòi từ một số vòng nhất định, do đó, bằng cách kết nối giữa một trong hai đầu của cuộn dây và một vòi, ở hai đầu của cuộn dây, bạn có được điện áp tăng gấp nhiều lần tổng số vòng và số vòng trước khi chạm.

Công nghiệp sản xuất LATR - bộ tự động chuyển đổi trong phòng thí nghiệm, các thiết bị cơ điện đặc biệt để điều chỉnh điện áp. Họ tìm thấy ứng dụng rất rộng rãi trong việc phát triển các thiết bị điện tử và sửa chữa các bộ nguồn. Điều chỉnh đạt được thông qua một tiếp điểm bàn chải trượt mà thiết bị được cấp nguồn được kết nối.

Nhược điểm của các thiết bị như vậy là thiếu cách ly điện. Điều này có nghĩa là điện áp cao có thể dễ dàng tắt ở các đầu ra, do đó có nguy cơ bị điện giật.

Máy biến áp - Đây là một cách cổ điển để thay đổi cường độ của điện áp. Có sự cách ly điện từ mạng, làm tăng sự an toàn của các cài đặt như vậy. Độ lớn của điện áp trên cuộn thứ cấp phụ thuộc vào điện áp trên cuộn sơ cấp và tỷ số biến đổi.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Một quan điểm riêng biệt là biến áp xung. Chúng hoạt động ở tần số cao hàng chục và hàng trăm kHz. Chúng được sử dụng trong phần lớn các nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi, ví dụ:

• Bộ sạc điện thoại thông minh của bạn;

• Cung cấp điện cho laptop;

• Cung cấp điện máy tính.

Do công việc ở tần số cao, kích thước tổng thể bị giảm, chúng ít hơn nhiều lần so với máy biến áp mạng (50/60 Hz), số vòng quay trên cuộn dây và kết quả là giá cả.Việc chuyển đổi sang chuyển đổi nguồn cung cấp đã giúp giảm kích thước và trọng lượng của tất cả các thiết bị điện tử hiện đại và giảm mức tiêu thụ của nó bằng cách tăng hiệu quả (trong các mạch xung, 70-98%).

Máy biến áp điện tử thường được tìm thấy trong các cửa hàng. Điện áp mạng 220 V được đặt vào đầu vào của chúng, và ví dụ 12 V là đầu ra ở đầu ra của dòng điện xoay chiều tần số cao. cầu diode từ điốt tốc độ cao.

Bên trong là một biến áp xung, công tắc bóng bán dẫn, trình điều khiển hoặc mạch tự dao động, như hình dưới đây.

Ưu điểm - đơn giản của mạch, cách ly điện và kích thước nhỏ.

Nhược điểm - hầu hết các mẫu đang được bán đều có phản hồi hiện tại, điều đó có nghĩa là không có tải với công suất tối thiểu (được chỉ định trong thông số kỹ thuật của một thiết bị cụ thể), đơn giản là nó sẽ không bật. Các trường hợp riêng lẻ đã được trang bị hệ điều hành điện áp và nhàn rỗi mà không có vấn đề gì.

Chúng thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho đèn halogen 12 V, ví dụ như đèn rọi của trần treo.

Kết luận

Chúng tôi đã xem xét thông tin cơ bản về điện áp, đo lường và điều chỉnh của nó. Một cơ sở phần tử hiện đại và một bộ các bộ chuyển đổi và bộ chuyển đổi làm sẵn cho phép bạn thực hiện bất kỳ nguồn năng lượng nào với các đặc tính đầu ra cần thiết. Bạn có thể viết một bài viết riêng chi tiết hơn về từng phương pháp. Trong phạm vi này, tôi đã cố gắng phù hợp với thông tin cơ bản cần thiết để lựa chọn nhanh một giải pháp thuận tiện cho bạn.

Comments

[#1 Anton]

Có một điện áp đầu vào không đổi khác nhau trong phạm vi 0,1-0,9v. Làm thế nào để hạ thấp tuyến tính xuống 0,1-0,2v (đầu ra cũng nên thay đổi)?

[#2 Hà Nội]

Nhưng một cuộn cảm huỳnh quang có thể được sử dụng để giảm điện áp? Nó cũng tạo ra một xung điện áp cao khi các tiếp điểm mở.

[#3 qwerty]

Làm thế nào để bạn hạ điện áp với điện trở?