Qu'est-ce que la tension, comment abaisser et augmenter la tension

La tension et l'ampérage sont les deux principales quantités d'électricité. En plus d'eux, un certain nombre d'autres quantités sont également distinguées: charge, intensité du champ magnétique, intensité du champ électrique, induction magnétique et autres. Un électricien ou un ingénieur en électronique pratiquant dans le travail quotidien doit le plus souvent fonctionner avec la tension et le courant - Volts et ampères. Dans cet article, nous parlerons spécifiquement de la tension, de ce qu'elle est et comment travailler avec.

Détermination de la quantité physique

La tension est la différence de potentiel entre deux points, caractérise le travail effectué par le champ électrique pour transférer la charge du premier point au second. Tension mesurée en Volts. Cela signifie que la tension ne peut être présente qu'entre deux points dans l'espace. Par conséquent, il est impossible de mesurer la tension en un point.

Le potentiel est indiqué par la lettre "F" et la tension par la lettre "U". Si elle est exprimée en termes de différence de potentiel, la tension est:

U = F1-F2

Si cela s'exprime par le travail, alors:

U = A / q,

où A est le travail, q est la charge.

Mesure de tension

La tension est mesurée avec un voltmètre. Les sondes voltmètres relient la tension à deux points entre lesquels nous sommes intéressés, ou aux bornes de la pièce, la chute de tension à laquelle nous voulons mesurer. De plus, toute connexion au circuit peut affecter son fonctionnement. Cela signifie que lorsqu'une charge est ajoutée parallèlement à un élément, le courant dans le circuit change et la tension sur l'élément change selon la loi d'Ohm.

Conclusion:

Le voltmètre doit avoir la résistance d'entrée la plus élevée de sorte que lorsqu'il est connecté, la résistance totale dans la section mesurée reste presque inchangée. La résistance du voltmètre doit tendre à l'infini, et plus elle est élevée, plus la fiabilité des lectures est grande.

La précision de mesure (classe de précision) est influencée par un certain nombre de paramètres. Pour les comparateurs à cadran, cela comprend la précision de la graduation de l'échelle de mesure, les caractéristiques de conception de la suspension à flèche, la qualité et l'intégrité de la bobine électromagnétique, l'état des ressorts de rappel, la précision de la sélection du shunt, etc.

Pour les appareils numériques - principalement la précision de la sélection des résistances dans le diviseur de tension de mesure, la résolution de l'ADC (plus elle est précise), la qualité des sondes de mesure.

Pour mesurer la tension continue avec un instrument numérique (par ex. multimètre), en règle générale, la connexion correcte des sondes au circuit mesuré n'a pas d'importance. Si vous connectez une sonde positive à un point avec un potentiel plus négatif que le point auquel une sonde négative est connectée, un signe «-» apparaîtra devant le résultat de la mesure.

Mais si vous mesurez avec un pointeur, vous devez être prudent.Si les sondes ne sont pas connectées correctement, la flèche commencera à dévier vers zéro, elle reposera contre le limiteur. Lorsque vous mesurez des tensions proches de la limite de mesure ou plus, il peut se bloquer ou se plier, après quoi il n'est pas nécessaire de parler de la précision et du fonctionnement ultérieur de cet appareil.

Pour la plupart des mesures de la vie quotidienne et de l'électronique à un niveau amateur, un voltmètre intégré à des multimètres tels que le DT-830 et similaires suffit.

Plus les valeurs mesurées sont grandes, plus les exigences de précision sont faibles, car si vous mesurez des volts et que vous avez une erreur de 0,1 V, cela déformera considérablement l'image, et si vous mesurez des centaines ou des milliers de volts, une erreur de 5 volts ne jouera pas un rôle significatif.

Que faire si la tension n'est pas adaptée à l'alimentation de la charge

Pour alimenter chaque appareil ou appareil spécifique, vous devez appliquer une tension d'une certaine amplitude, mais il arrive que la source d'alimentation que vous avez ne soit pas appropriée et produise une tension basse ou trop élevée.Ce problème est résolu de différentes manières, en fonction de la puissance, de la tension et de l'intensité du courant requises.

Comment abaisser la résistance de tension?

La résistance limite le courant et lorsqu'elle circule, la tension chute vers la résistance (résistance de limitation de courant). Cette méthode vous permet d'abaisser la tension pour alimenter des appareils de faible puissance avec des courants de dizaines, des centaines de milliampères maximum.

Un exemple d'une telle alimentation est l'inclusion d'une LED dans un réseau CC 12 (par exemple, un réseau embarqué de véhicule jusqu'à 14,7 Volts). Ensuite, si la LED est conçue pour être alimentée à 3,3 V, avec un courant de 20 mA, vous avez besoin d'une résistance R:

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

Mais les résistances diffèrent par la dissipation de puissance maximale:

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

La plus proche à la valeur nominale est une résistance de 0,25 W.

C'est la dissipation de puissance qui impose une restriction sur ce type d'alimentation, généralement résistances de puissance ne dépasse pas 5-10 watts. Il s'avère que si vous devez payer une tension élevée ou alimenter la charge de cette manière, vous devrez mettre plusieurs résistances comme la puissance d'un n'est pas suffisante et elle peut être répartie entre plusieurs.

Une méthode de réduction de la tension avec une résistance fonctionne à la fois dans les circuits CC et CA.

L'inconvénient est que la tension de sortie n'est en aucun cas stabilisée, et lorsque le courant augmente et diminue, il change proportionnellement à la valeur de la résistance.

Comment réduire la tension alternative avec une self ou un condensateur?

Si nous ne parlons que de courant alternatif, nous pouvons utiliser la réactance. La résistance réactive est uniquement dans les circuits AC, cela est dû aux caractéristiques de stockage d'énergie dans les condensateurs et les inductances et les lois de commutation.

L'inductance et le condensateur peuvent être utilisés comme ballast.

La réactance de l'inductance (et de tout élément inductif) dépend de la fréquence du courant alternatif (pour un réseau électrique domestique de 50 Hz) et de l'inductance, elle est calculée par la formule:

où ω est la fréquence angulaire en rad / s, inductance L, 2pi est nécessaire pour convertir la fréquence angulaire en normale, f est la fréquence de tension en Hz.

La réactance d'un condensateur dépend de sa capacité (plus le C est bas, plus la résistance est élevée) et la fréquence du courant dans le circuit (plus la fréquence est élevée, plus la résistance est faible). Il peut être calculé comme suit:

Un exemple d'utilisation de la résistance inductive est la fourniture de lampes d'éclairage fluorescent, de lampes DRL et de DNaT. L'inductance limite le courant à travers la lampe, dans les lampes LL et DNT, elle est utilisée en conjonction avec un démarreur ou un dispositif d'allumage pulsé (relais de démarrage) pour former une surtension haute tension qui allume la lampe. Cela est dû à la nature et au principe de fonctionnement de ces lampes.

Un condensateur est utilisé pour alimenter les appareils de faible puissance, il est installé en série avec le circuit de puissance. Une telle alimentation est appelée "alimentation sans transformateur avec un condensateur de ballast (suppression)".

Très souvent, ils se trouvent comme limiteur de courant pour la charge des batteries (par exemple, le plomb) dans les lampes de poche portables et les radios à faible puissance. Les inconvénients d'un tel schéma sont évidents - il n'y a pas de contrôle du niveau de charge de la batterie, de son ébullition, de la sous-charge, de l'instabilité de la tension.

Comment abaisser et stabiliser la tension CC

Pour obtenir une tension de sortie stable, des stabilisateurs paramétriques et linéaires peuvent être utilisés. Ils sont souvent fabriqués sur des microcircuits domestiques de type KREN ou étrangers de type L78xx, L79xx.

Le convertisseur linéaire LM317 vous permet de stabiliser n'importe quelle valeur de tension, il est réglable jusqu'à 37 V, vous pouvez créer l'alimentation régulée la plus simple en fonction de celle-ci.

Si vous devez réduire légèrement la tension et la stabiliser, les circuits intégrés décrits ne fonctionneront pas. Pour qu'ils fonctionnent, il doit y avoir une différence de l'ordre de 2V ou plus. Pour cela, des stabilisateurs LDO (low dropout) sont créés.Leur différence réside dans le fait que pour stabiliser la tension de sortie, il est nécessaire que la tension d'entrée la dépasse d'une valeur de 1V. Un exemple d'un tel stabilisateur est AMS1117, disponible dans les versions de 1,2 à 5V, le plus souvent ils utilisent des versions de 5 et 3,3V, par exemple dans les cartes Arduino et bien plus.

La conception de tous les stabilisateurs abaisseurs linéaires décrits ci-dessus d'un type séquentiel présente un inconvénient important - une faible efficacité. Plus la différence entre la tension d'entrée et de sortie est grande, plus elle est faible. Il «brûle» simplement l'excès de tension, le traduisant en chaleur, et la perte d'énergie est égale à:

Perte = (Uin-Uout) * I

La société AMTECH produit des analogiques PWM de convertisseurs L78xx, ils fonctionnent sur le principe de la modulation de largeur d'impulsion et leur efficacité est toujours supérieure à 90%.

Ils activent et désactivent simplement la tension avec une fréquence allant jusqu'à 300 kHz (l'ondulation est minime). Et la tension actuelle est stabilisée au bon niveau. Et le circuit de commutation est similaire aux analogues linéaires.

Comment augmenter la tension constante?

Pour augmenter la tension, produire des convertisseurs de tension d'impulsion. Ils peuvent être inclus dans les schémas boost (boost), buck (buck) et buck-boost (buck-boost). Regardons quelques représentants:

1. Carte basée sur la puce XL6009

2. La carte basée sur LM2577 fonctionne pour augmenter et diminuer la tension de sortie.

3. La carte convertisseur du FP6291 convient pour assembler une alimentation 5 V, par exemple une batterie. En ajustant les valeurs des résistances, il peut être réglé sur d'autres tensions, comme tout autre convertisseur similaire - vous devez ajuster les circuits de rétroaction.

4. Carte basée sur MT3608

Tout est signé sur la carte ici - la plate-forme pour souder les tensions d'entrée - IN et de sortie - OUT. Les cartes peuvent avoir un réglage de la tension de sortie, et dans certains cas, des limites de courant, ce qui permet de réaliser une alimentation électrique de laboratoire simple et efficace. La plupart des convertisseurs, tant linéaires qu'impulsionnels, sont résistants aux courts-circuits.

Comment augmenter la tension alternative?

Pour ajuster la tension alternative, deux méthodes principales sont utilisées:

1. Transformateur automatique;

2. Le transformateur.

Transformateur automatique - Il s'agit d'une inductance à simple enroulement. L'enroulement a un taraud à partir d'un certain nombre de tours, donc en connectant entre l'une des extrémités du bobinage et le taraud, aux extrémités du bobinage, vous obtenez une tension accrue autant de fois que le nombre total de tours et le nombre de tours avant de tapoter.

L'industrie produit des LATR - des autotransformateurs de laboratoire, des dispositifs électromécaniques spéciaux pour la régulation de la tension. Ils ont trouvé une application très large dans le développement d'appareils électroniques et la réparation d'alimentations. L'ajustement est réalisé grâce à un contact à balais coulissant auquel l'appareil alimenté est connecté.

L'inconvénient de tels dispositifs est le manque d'isolation galvanique. Cela signifie que la haute tension peut facilement se produire aux bornes de sortie, d'où le risque de choc électrique.

Transformateur - C'est une manière classique de modifier la magnitude de la tension. Il existe une isolation galvanique du réseau, ce qui augmente la sécurité de ces installations. L'amplitude de la tension sur l'enroulement secondaire dépend de la tension sur l'enroulement primaire et du rapport de transformation.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Une vue séparée est transformateurs d'impulsions. Ils fonctionnent à des fréquences élevées de dizaines et de centaines de kHz. Ils sont utilisés dans la grande majorité des alimentations à découpage, par exemple:

• Chargeur de votre smartphone;

• Alimentation pour ordinateur portable;

• Alimentation ordinateur.

En raison du travail à haute fréquence, les dimensions globales sont réduites, elles sont plusieurs fois inférieures à celles des transformateurs de réseau (50/60 Hz), le nombre de tours sur les enroulements et, par conséquent, le prix.La transition vers des alimentations à découpage a permis de réduire les dimensions et le poids de toute l'électronique moderne et de réduire sa consommation en augmentant l'efficacité (dans les circuits d'impulsions, 70-98%).

Les transformateurs électroniques se trouvent souvent dans les magasins. Une tension de réseau de 220 V est fournie à leur entrée, et une sortie de 12 V, par exemple, est une variable haute fréquence, pour une utilisation dans une charge qui est alimentée par un courant continu, il est nécessaire d'installer en plus une sortie pont de diode des diodes à haute vitesse.

À l'intérieur se trouve un transformateur d'impulsions, des commutateurs à transistors, un pilote ou un circuit auto-oscillant, comme illustré ci-dessous.

Avantages - simplicité du circuit, isolation galvanique et petite taille.

Inconvénients - la plupart des modèles en vente ont un retour de courant, ce qui signifie que sans une charge avec une puissance minimale (indiquée dans les spécifications d'un appareil particulier), elle ne s'allumera tout simplement pas. Les instances individuelles sont déjà équipées de systèmes d'exploitation de tension et inactives sans aucun problème.

Ils sont le plus souvent utilisés pour alimenter des lampes halogènes 12V, par exemple des spots de plafond suspendu.

Conclusion

Nous avons examiné les informations de base sur la tension, sa mesure et son réglage. Une base d'éléments moderne et un assortiment d'unités et de convertisseurs prêts à l'emploi vous permettent de mettre en œuvre n'importe quelle alimentation avec les caractéristiques de sortie nécessaires. Vous pouvez rédiger un article séparé plus en détail sur chacune des méthodes. Dans ce cadre, j'ai essayé d'adapter les informations de base nécessaires à la sélection rapide d'une solution qui vous convient.