Gerilim(Voltaj) Bölücü Nedir ?

GERİLİM BÖLÜCÜ NEDİR ve NASIL ÇALIŞIR ?

Gerilim bölücü nedir ? Gerilim bölücü nerelerde ve nasıl kullanılır ? Gerilim bölücülere örnek olarak neler örnek verilebilir? Gerilim bölücülerin avantajları nelerdir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Gerilim Bölücü Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

GERİLİM BÖLÜCÜLER

Gerilim Bölücü Devreleri, ortak bir besleme voltajından farklı voltaj seviyeleri sağlarlar.

Bu ortak besleme, ortak bir nokta veya toprak, genellikle 0V ile ilgili olarak + 5V, + 12V, -5V veya -12V gibi pozitif veya negatif tek bir besleme olabilir veya örneğin ikili bir besleme boyunca olabilir ± 5V veya ± 12V.

Gerilim bölücüler potansiyel bölücüler olarak da bilinir, çünkü gerilim birimi “Volt” iki nokta arasındaki potansiyel fark miktarını temsil eder.

Bir voltaj veya potansiyel bölücü, seri olarak bağlanan bileşenler arasında gerilimlerin düşürülmesinin etkisinden yararlanan basit bir pasif devredir.

Değişken değerlikli bir direnç olan potansiyometre, terminalleri boyunca bir voltaj uygulayabildiğimiz ve kayar kontağının mekanik konumu ile orantılı bir çıkış voltajı üretebildiğimiz için bir voltaj bölücünün en temel örneğidir.

Ancak, seri olarak birbirine bağlanabilen iki terminalli bileşenler olduklarından, bireysel dirençleri, kapasitörleri ve indüktörleri kullanarak voltaj bölücüler de yapabiliriz.

gerilim bölücü devreleri

Dirençli Gerilim Bölücü ve Devresi

Pasif bir voltaj bölücü ağının en basit, anlaşılması en kolay ve en temel şekli, seri olarak birbirine bağlanan iki direncin formudur.

Bu temel kombinasyon, her seri dirençteki voltaj düşüşlerini hesaplamak için Voltaj Bölücü Kuralını kullanmamızı sağlar.

Burada devre, seri olarak birbirine bağlanan iki dirençten oluşur ;  R1 ve R2.

İki direnç seri olarak bağlandığından, devrenin her direnç elemanından aynı elektrik akım değerinin, gidecek başka bir yeri olmadığı için akması gerektiği izlenmelidir.

Böylece her direnç elemanı arasında bir I*R voltaj düşüşü sağlanır.

Besleme veya kaynak voltajı ile, bu seri kombinasyonuna uygulanan Vs, Kirchhoff’un Gerilim Yasasını (KVL) uygulayabilir ve ayrıca Ohm Yasasını kullanarak, ortak akım açısından türetilen her bir dirençten türetilen gerilimi bulmak için kullanabiliriz.

Böylece seri ağ üzerinden akan akım (I) için çözüm bize şu şekilde verilebilir ,

Vs = Vr1 + Vr2 , Vr1 = I x R1 , Vr2 = I x R2 -> Vs = I x (R1 + R2) , I = Vs / (R1+R2)

Seri ağdan geçen akım, Ohm Yasası uyarınca basitçe I = V/R’dir.

Akım her iki direnç için ortak olduğundan, (IR1 = IR2), yukarıdaki seri devrede R2, direnç boyunca düşen gerilimi şu şekilde hesaplayabiliriz:

Ir2 = Vr2/R2 = Vs/(R1+R2) -> Vr2 = Vs x(R2/(R1+R2))

Benzer şekilde R1 direnci için:

Vr1 = Vs x (R1/(R1+R2))

Bir voltaj bölücü ağının bir başka kullanımı, değişken bir voltaj çıkışı üretilmesidir.

Direnç R2’yi değişken bir direnç değerlikli bir eleman ile örn. potansiyometre değiştirirsek, voltaj R2 boyunca düşer ya da yükselir ki ve bu nedenle Vcıkıs, potansiyometre konumu ve iki direncin oranına göre kontrol edilebilir.

Potansiyometreler, düzelticiler, reostalar ve değişkenler, değişken voltaj bölme cihazlarına örnektir.

Sabit dirençli R2’yi ışığa bağlı bir direnç veya LDR gibi bir sensör ile değiştirerek bu değişken voltaj bölünmesi fikrini bir adım daha ileri alabiliriz.

Bu nedenle, sensörün direnç değeri ışık seviyelerindeki değişikliklerle değiştikçe, çıkış gerilimi Vçıkıs’da orantılı bir miktarda değişir.

Termistörler ve gerinim kılavuzları dirençli sensörlerin diğer örnekleridir.

Yukarıdaki iki voltaj bölme ifadesi aynı ortak akımla ilgili olduğundan, matematiksel olarak birbirleriyle ilişkili olmalıdır.

Bu nedenle, bir seri ağı oluşturan herhangi bir sayıda bağımsız direnç için, herhangi bir direnç üzerinden düşürülen voltaj aşağıdaki gibi verilir:

Gerilim Bölücü Denklemi

Vr(x) = Vs x (Rx/Rt)

Burada: Vr(x), direnç üzerindeki voltaj düşümüdür, Rx, direncin değeridir ve Rt, seri ağın toplam direncidir.

Bu voltaj bölücü denklemi, her direnç, R ve karşılık gelen voltaj düşüşü, V arasındaki orantılı ilişki nedeniyle birbirine bağlı herhangi bir dizi seri direnç için, rezistif yüke bağlı veya paralel dal akımları için kullanılabilir.

Gerilim Bölücü Devresi

Üç direncin tamamındaki voltaj düşüşleri Kirchhoff’un Gerilim Yasası (KVL) tarafından tanımlanan besleme voltajına eklenmelidir.

Böylece voltaj düşüşlerinin toplamı şudur: Vtoplam = 6Volt + 12Volt + 18Volt = 36 Volt besleme voltajının değeri Vs ile aynıdır ve böylece doğrudur.

Yine en büyük direncin en büyük voltaj düşüşünü ürettiğine dikkat edin.

Bölücü Ağındaki Gerilim Bağlantı Noktaları

Bir voltaj kaynağına (Vs) bağlı uzun bir direnç serisi düşünün.

Seri ağ boyunca, A, B, C, D ve E gibi farklı voltaj çekme noktaları vardır.

Toplam seri direnç, 15kΩ’dir ve seri direnç olduğu için toplanarak sonuç bulunabilir kolaylıkla.

Bu direnç değeri, besleme gerilimi Vs tarafından üretilen devre boyunca akım akışını sınırlayacaktır.

Dirençler boyunca ayrı ayrı voltaj düşüşleri yukarıdaki denklemler kullanılarak bulunur, böylece Vr1 = Vab, Vr2 = Vbc, Vr3 = Vcd ve Vr4 = Vde

Her bir kılavuz çekme noktasındaki voltaj seviyeleri toprağa (0V) göre ölçülür.

Böylece D noktasındaki voltaj seviyesi Vde’ye ve C noktasındaki voltaj seviyesi Vcd+Vde’ye eşit olacaktır.

Başka bir deyişle, C noktasındaki voltaj, R3 ve R4 üzerindeki iki voltaj düşüşünün toplamıdır.

Bu örnekte, voltaj beslemesinin negatif terminali VS’nin topraklanmış olması nedeniyle her çıkış voltajı noktasının pozitif olacağını unutmayın.

Negatif ve Pozitif Gerilim Bölücü

Basit voltaj bölücü devresinde, her şeyden önce çıkış voltajlarına ortak bir sıfır voltaj toprak noktasından referans verilir, ancak bazen tek bir kaynak voltaj kaynağından hem pozitif hem de negatif voltajlar üretmek gerekir.

Örneğin, ortak bir referans toprak terminaline göre -12V, + 3.3V, + 5V ve +12V gibi,

Şimdiye kadar, seri direnç devrelerinin bir voltaj bölücü veya elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılabilecek potansiyel bölücü ağı oluşturmak için kullanılabileceğini gördük.

Seri dirençler için uygun değerler seçilerek, giriş veya besleme voltajından daha düşük herhangi bir çıkış voltajı değeri elde edilebilir.

Ancak dirençli bir voltaj bölücü ağı oluşturmak için dirençler ve bir DC besleme voltajı kullanmanın yanı sıra, kapasitörleri (C) ve indüktörleri (L) de kullanabiliriz, ancak kapasitörler ve indüktörler gibi sinüzoidal bir AC kaynağı reaktif bileşenlerdir, yani direnç elektrik akımının akışına karşı “tepki verir”.

Kapasitif Gerilim Bölücüler

Adından da anlaşılacağı gibi, Kapasitif Voltaj Bölücü devreleri, ortak bir AC kaynağına seri olarak bağlanan kapasitörler arasında voltaj düşüşleri üretir.

Genel olarak kapasitif voltaj bölücüler, daha sonra koruma veya ölçüm için kullanılabilecek bir düşük voltaj çıkış sinyali sağlamak için çok yüksek voltajları “düşürmek” için kullanılır.

Günümüzde, yüksek frekanslı kapasitif voltaj bölücüler, cep telefonlarında ve tabletlerde bulunan ekran cihazlarında ve dokunmatik ekran teknolojilerinde daha fazla kullanılmaktadır.

Hem AC hem de DC beslemelerinde çalışan rezistif gerilim bölücü devrelerinin aksine, kapasitörleri kullanarak gerilim bölmesi yalnızca sinüzoidal bir AC beslemesiyle mümkündür. Bunun nedeni, seri bağlı kapasitörler arasındaki voltaj bölünmesinin, AC beslemesinin frekansına bağlı olan XC kapasitörlerin reaktansı kullanılarak hesaplanmasıdır.

AC devrelerdeki kapasitörler, kapasitif reaktans, Xc’nin (Ohm cinsinden ölçülen) hem frekans hem de kapasitans ile ters orantılı olduğunu ve bu nedenle aşağıdaki denklemle verildiğini hatırlıyoruz:

gerilim bölücü nedir

Kapasitif Reaktans Formülü

Xc = 1/(2πfC)

Burada ;

   Xc = Ohm cinsinden Kapasitif Reaktans, (Ω)

   π (pi) = 3.142 sayısal sabiti

   ƒ = Hertz cinsinden frekans, (Hz)

   C = Farad cinsinden Kapasitans, (F)

Bu nedenle, AC beslemesinin voltajını ve frekansını bilerek, farklı kapasitörlerin tepkilerini hesaplayabilir, dirençli voltaj bölücü kuralı için yukarıdaki denklemde değiştirebilir ve gösterildiği gibi her kapasitörde karşılık gelen voltaj düşüşlerini elde edebiliriz.

Kapasitif Gerilim Bölücü

Yukarıdaki seri devrede 10uF ve 22uF’lik iki kapasitör kullanarak, 100 voltluk, 50Hz rms’lik bir kaynağa bağlandığında her kapasitördeki rms voltaj düşüşlerini reaktansları açısından hesaplayabiliriz.

Xc1= 1/ 2πfC1 = 1 / (2πx50x10x10^-6) = 318.3 Ω

Xc2= 1/ 2πfC2 = 1 / (2πx50x22x10^-6) = 144.7 Ω

Xct = Xc1 + Xc2 = 318.3 Ω + 144.7 Ω = 463 Ω

Vc1 = Vs (Xc1/Xct) = 100 x (318.3/463) = 69 Volts

Vc2 = Vs (Xc2/Xct) = 100 x (144.7/463) = 31 Volt

Saf kapasitörler kullanıldığında, tüm seri gerilim düşüşlerinin toplamı, seri dirençlerle aynı olan kaynak gerilimine eşittir.

Her kapasitördeki voltaj düşüşü reaktansı ile orantılı olsa da, kapasitansı ile ters orantılıdır.

Sonuç olarak, daha küçük 10 uF kapasitör daha fazla reaktansa sahiptir (318.3Ω), bu nedenle sırasıyla 144.7Ω reaktansa ve 31 volt voltaj düşüşüne sahip daha büyük 22 uF kapasitöre kıyasla 69 voltluk daha büyük bir voltaj düşüşü olmaktadır.

Seri devredeki akım, Ic = 216mA olacaktır ve C1 ve C2 için seri değerleriyle aynı değerdedir.

Kapasitif voltaj bölücü devreleri hakkında son bir not, seri direnç olmadığı sürece, tamamen kapasitif olduğu sürece, 69 ve 31 voltluk iki kapasitör voltaj düşüşünün aritmetik olarak 100 voltluk besleme voltajına eşit olacağıdır ki burada kapasitörler birbirleri ile faz halindedir.

Herhangi bir nedenle iki voltajın faz dışı olması durumunda, Kirchhoff voltaj yasasını kullandığımız gibi bunları sadece basit bir şekilde ekleyemeyiz, bunun yerine iki dalga formunun fazör eklenmesi gerekir.

İndüktif Gerilim Bölücüler

Adından da anlaşılacağı gibi, İndüktif Voltaj Bölücüler, ortak bir AC kaynağına seri olarak bağlanan indüktörler veya bobinler arasında voltaj düşüşleri oluşturur.

Bir indüktif voltaj bölücü, çıkış voltajının bölümün birinden veya birbirine bağlı iki ayrı bobinden alındığı iki bölüme ayrılan tek bir sargı veya bobinden oluşabilir.

Bir indüktif voltaj bölücünün en yaygın örneği, ikincil sargısı boyunca birden fazla kılavuz çekme noktasına sahip otomatik transformatördür.

Kararlı durum DC kaynakları veya 0 Hz’e yaklaşan çok düşük frekansa sahip sinüzoidlerle kullanıldığında, indüktörler kısa devre görevi görür.

Bunun nedeni, reaktanslarının neredeyse sıfır olması, herhangi bir DC akımının kolayca içinden geçmesine izin vermesidir ki bu nedenle daha önceki kapasitif voltaj bölücü ağı gibi, sinüzoidal bir AC kaynağı kullanarak herhangi bir indüktif voltaj bölünmesi gerçekleştirmeliyiz.

Seri bağlı indüktörler arasındaki indüktif voltaj bölünmesi, kapasitif indüktans gibi AC kaynağının frekansına bağlı olan XL indüktörlerinin reaktansı kullanılarak hesaplanabilir.

AC devrelerindeki indüktörlerle ilgili yazılarımızda, endüktif reaktansın (XL’nin-> Ohm olarak ölçülmüştür) hem frekans hem de indüktansla orantılı olduğunu gördük, böylece besleme frekansındaki herhangi bir artış bir indüktör reaktansını arttırır.

Böylece indüktif reaktans şu şekilde tanımlanır:

Endüktif Reaktans Formülü

XL = 2 π f L

Nerede:

   XL = Ohm cinsinden Endüktif Reaktans, (Ω)

   π (pi) = 3.142 sayısal sabiti

   ƒ = Hertz cinsinden frekans, (Hz)

   L = Henry cinsinden indüktans, (H)

AC beslemesinin voltajını ve frekansını bilirsek, iki indüktörün reaksiyonlarını hesaplayabilir ve gösterildiği gibi her indüktördeki voltaj düşüşlerini elde etmek için bunları voltaj bölücü kuralıyla birlikte kullanabiliriz.

Endüktif Gerilim Bölücü

Yukarıdaki seri devrede 10mH ve 20mH’lik iki indüktörü kullanarak, 60 volt, 200Hz rms kaynağına bağlandığında her kapasitördeki rms voltaj düşüşlerini reaktansları açısından hesaplayabiliriz.

XL1 = 2 π f L1 = 2 π x 200 x 10 x 10^-3 = 12.56 Ω

XL2 = 2 π f L2 = 2 π x 200 x 10 x 10^-3 = 25.14 Ω

XLT = XL1 + XL2 = 12.56 Ω + 25.14 Ω = 37.7 Ω

VL1 = Vs x (XL1 / XLT) = 60 x (12.56/37.7) = 20 Volts

Önceki rezistif ve kapasitif voltaj bölme devreleri gibi, indüktörler arasındaki tüm seri voltaj düşüşlerinin toplamı, seri dirençler olmadığı sürece kaynak voltajına eşit olacaktır.Saf bir indüktör anlamına gelir.

Her indüktördeki voltaj düşümü miktarı, reaktansı ile orantılıdır.

Sonuç olarak, daha küçük 10mH indüktör daha az reaktansa (12.56Ω) sahiptir, bu nedenle sırasıyla 25.14Ω ve 40 voltluk bir voltaj düşüşüne sahip daha büyük 20mH indüktör ile karşılaştırıldığında 30 volt daha düşük bir voltaj düşüşü olur.

Seri devredeki akım, IL 1.6mA’dır ve bu iki indüktör seri olarak bağlandığından L1 ve L2 için aynı değer olacaktır.

Gerilim Bölücü Özet;

Burada voltaj bölücünün veya ağın, tek bir voltaj kaynağından farklı voltaj seviyeleri üretmemizi sağlayan çok yaygın ve kullanışlı bir devre yapılandırması olduğunu gördük,

Böylece farklı voltaj seviyelerinde çalışan bir devrenin farklı parçaları için ayrı güç kaynaklarına ihtiyaç duyulması ortadan kaldırılır.

Adından da anlaşılacağı gibi, bir voltaj veya potansiyel bölücü, sabit bir voltajı dirençler, kapasitörler veya indüktörler kullanarak kesin oranlara “böler”.

En temel ve yaygın olarak kullanılan voltaj bölücü devresi, iki sabit değerli seri dirençtir, ancak konumunu basitçe ayarlayarak voltaj bölmesi için bir potansiyometre veya reosta da kullanılabilir.

Bir voltaj bölücü devresinin çok yaygın bir uygulaması, sabit değerli dirençlerden birini bir sensörle değiştirmektir.

Çevresel değişikliklere tepki olarak direnç değerlerini değiştiren ışık sensörleri, sıcaklık sensörleri, basınç sensörleri ve gerinim kılavuzları gibi dirençli sensörlerin hepsi, bir analog voltaj çıkışı sağlamak için bir voltaj bölücü ağında kullanılabilir.

Bipolar transistörlerin biasing işlemleri ve Mosfetlerin ,gerilim bölücü uygulamaları oldukça yaygındır.

GERİLİM BÖLÜCÜ NEDİR SONUÇ :

Bugün Gerilim Bölücü Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı birtakım bilgiler edinmişsinizdir,

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.