شرح دارات المقسم الحالية بالصيغة والأجهزة العملية

عند تصميم دائرة إلكترونية ، هناك الكثير من المواقف التي تتطلب فيها الدائرة قيمًا مختلفة للجهد ومصادر التيار. على سبيل المثال ، عند ضبط الجهد المحدد مسبقًا لـ Op-Amp ، من الشائع جدًا استخدام دائرة مقسم محتملة للحصول على قيم الجهد المطلوبة. لكن ماذا لو احتجنا إلى قيمة محددة للتيار؟ على غرار مقسم الجهد ، هناك نوع آخر من الدوائر يسمى مقسم التيار والذي يمكن استخدامه لتقسيم التيار الكلي إلى عدة دوائر داخل دائرة مغلقة. لذلك ، في هذا البرنامج التعليمي ، سوف نتعلم كيفية بناء دائرة مقسم تيار بسيط باستخدام طريقة المقاومة (باستخدام المقاومات فقط). هل لاحظ أنه من الممكن أيضًا عمل مقسم حالي باستخدام المحاثات وأن عمل كلتا الدائرتين سيكون هو نفسه.

عمل دائرة التقسيم الحالية

يعتبر المقاوم هو المكون السلبي الأكثر استخدامًا في الإلكترونيات ومن السهل جدًا إنشاء مقسم تيار باستخدام المقاومات. المقسم الحالي عبارة عن دائرة خطية تقسم التيار الكلي المتدفق إلى دائرة وتخلق قسمة أو تنتج جزءًا من إجمالي التيار.

وفقًا لقاعدة الفاصل الحالية ، فإن التيار المتدفق عبر أي فرع متوازي من الدائرة سيكون مساويًا لمنتج إجمالي التيار ونسبة مقاومة الفرع المعاكس إلى المقاومة الكلية. وهكذا مع قاعدة الفاصل الحالية ، يمكننا حساب التيار المتدفق عبر فرع إذا عرفنا إجمالي قيمة التيار والمقاومة للفروع الأخرى. سوف نفهم المزيد عن هذا بينما نمضي قدمًا.

يمكن بناء الحاجز الحالي بسهولة باستخدام KCL (قانون Kirchhoff الحالي) وقانون أوم. دعونا نرى كيف يحدث هذا الانقسام في دائرة مقاومة متوازية متصلة.

في الصورة أعلاه ، تم توصيل مقاومين من 1 أوم بالتوازي ، وهما R1 و R2. يشترك هذان المقاومان في إجمالي التيار المتدفق عبر المقاوم. نظرًا لأن الجهد عبر هذين المقاومين هو نفسه ، يمكن حساب التيار المتدفق عبر كل مقاوم باستخدام صيغة المقسم الحالي

وبالتالي ، فإن إجمالي التيار هو I _Total = I _R1 + I _R2 وفقًا لقانون Kirchoff الحالي.

الآن للعثور على تيار كل مقاوم ، نستخدم قانون أومز I = V / R على كل مقاوم. في مثل هذه الحالة،

أنا _R1 = V / R1 و I _R2 = V / R2

لذلك ، إذا استخدمنا هذه القيم في I _Total = I _R1 + I _R2 ، فسيكون إجمالي التيار

إجمالي التيار = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)

وهكذا ،

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

لذلك ، إذا تمكنا من حساب المقاومة الكلية والتيار الكلي ، فعند استخدام الصيغة أعلاه ، يمكننا الحصول على التيار المقسم من خلال المقاوم. و صيغ الحكم المفرق الحالية يمكن أن تعطى لحساب لتيار من خلال R1 كما

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

وبالمثل ، يمكن إعطاء صيغ قاعدة الفاصل الحالية لحساب التيار خلال R2 على النحو التالي

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

لذلك ، عندما تكون المقاومات أكثر من اثنين ، يحتاج المرء إلى حساب المقاومة الإجمالية أو المكافئة لمعرفة التيار المقسم في كل مقاوم باستخدام الصيغة

أنا = V / R.

اختبار دائرة التقسيم الحالية في الأجهزة

دعونا نرى كيف يعمل هذا الحاجز الحالي في سيناريو حقيقي.

توجد ثلاث مقاومات في المخطط أعلاه متصلة بمصدر تيار ثابت أو ثابت 1A. تم تصنيف جميع المقاومات على أنها 1 أوم. لذلك R1 = R2 = R3 = 1 أوم.

يتم اختبار هذه الدائرة في اللوح عن طريق توصيل المقاومات واحدة تلو الأخرى بتكوين متوازي مع مصدر تيار ثابت 1A متصل عبر الدائرة. يمكنك أيضًا التحقق من دائرة التيار المستمر البسيطة هذه لمعرفة كيفية عمل المصدر الحالي وكيفية بناء واحدة بمفردنا. في الصورة أدناه ، يتم توصيل مقاوم واحد عبر الدائرة.

يظهر التيار 1A في المتر المتعدد عند التوصيل عبر المقاوم. بعد ذلك ، يضاف المقاوم 1 أوم ثانية. انخفض التيار إلى النصف ، حوالي 500 مللي أمبير في كل مقاوم كما هو موضح أدناه

لماذا حدث هذا؟ دعنا نتعرف على طريقة حساب الفاصل الحالية. عندما يتم توصيل مقاومين من 1 أوم في اتصال متوازي ، ستكون المقاومة المكافئة -

R ما _يعادل = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0.5 أوم

لذلك ، عندما يتم توصيل اثنين من المقاومة 1 أوم بالتوازي ، أصبحت المقاومة المكافئة 0.5 أوم. وبالتالي ، فإن التيار من خلال R1 هو

I _R1 = I _{الإجمالي} (_مكافئ R / R1) I _R1 = 1A (0.5 أوم / 1 أوم) = 0.5 أمبير

يتدفق نفس مقدار التيار عبر المقاوم الآخر لأن R2 هو نفس المقاوم 1 أوم والتيار ثابت حتى 1A. يُظهر المتر المتعدد 0.5 أمبير تقريبًا الذي يتدفق عبر المقاومين.

الآن تم توصيل المقاوم 1 أوم إضافي في الدائرة. يُظهر المتر المتعدد الآن تدفق تيار 0.33A تقريبًا عبر كل مقاوم.

نظرًا لوجود ثلاث مقاومات متصلة على التوازي ، فلنكتشف المقاومة المكافئة للمقاومات الثلاثة في اتصال متوازي

_مكافئ R = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) _مكافئ R = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R _مكافئ = 1/3 R _مكافئ = 0.33 أوم

الآن ، التيار عبر كل مقاوم ،

IR = I _إجمالي (_مكافئ R / R1) IR = 1 أمبير × (0.33 أوم / 1 أوم) IR = 0.33 أمبير

يُظهر المتر المتعدد تدفق 0.33 أمبير تقريبًا في كل مقاوم حيث أن جميع المقاومات تساوي 1 أوم في القيمة ومتصلة في دائرة حيث يتم إصلاح التدفق الحالي بـ 1A. يمكنك أيضًا مشاهدة الفيديو في نهاية الصفحة للتحقق من كيفية عمل الدائرة.

تطبيقات المقسم الحالية

التطبيق الرئيسي للمقسم الحالي هو إنتاج جزء صغير من إجمالي التيار المتاح في الدائرة. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يكون للمكون المستخدم لحمل التيار حد لمقدار التيار الذي يتدفق فعليًا عبر المكون. يتسبب التيار الزائد في زيادة تبديد الحرارة ، وكذلك يقلل من متوسط ​​العمر المتوقع للمكونات. باستخدام مقسم تيار ، يمكن تصغير التيار المتدفق عبر أحد المكونات وبالتالي يمكن استخدام حجم مكون أصغر.

على سبيل المثال ، في الحالة التي تتطلب قوة مقاومة أكبر ؛ إن إضافة مقاومات متعددة بالتوازي يقلل من تبديد الحرارة ، ويمكن لمقاومات القوة الكهربائية الأصغر القيام بنفس المهمة.