O que é tensão, como diminuir e aumentar a tensão

Tensão e amperagem são as duas principais quantidades de eletricidade. Além deles, várias outras quantidades também são distinguidas: carga, força do campo magnético, força do campo elétrico, indução magnética e outras. Um eletricista praticante ou engenheiro eletrônico no trabalho cotidiano geralmente precisa operar com tensão e corrente - Volts e Amps. Neste artigo, falaremos especificamente sobre tensão, sobre o que é e como trabalhar com ela.

Determinação da quantidade física

Tensão é a diferença de potencial entre dois pontos, caracteriza o trabalho realizado pelo campo elétrico para transferir a carga do primeiro ponto para o segundo. Tensão medida em Volts. Isso significa que a tensão pode estar presente apenas entre dois pontos no espaço. Portanto, é impossível medir a tensão em um ponto.

O potencial é indicado pela letra "F" e a tensão pela letra "U". Se expressa em termos da diferença de potencial, a tensão é:

U = F1-F2

Se expresso através do trabalho, então:

U = A / q

onde A é trabalho, q é carga.

Medição de tensão

A tensão é medida com um voltímetro. As sondas do voltímetro conectam a tensão a dois pontos entre os quais estamos interessados, ou aos terminais da peça, a queda de tensão na qual queremos medir. Além disso, qualquer conexão ao circuito pode afetar sua operação. Isso significa que quando uma carga é adicionada paralelamente a um elemento, a corrente no circuito muda e a tensão no elemento muda de acordo com a lei de Ohm.

Conclusão:

O voltímetro deve ter a maior resistência de entrada para que, quando conectado, a resistência total na seção medida permaneça praticamente inalterada. A resistência do voltímetro deve tender ao infinito e, quanto maior, maior a confiabilidade das leituras.

A precisão da medição (classe de precisão) é influenciada por vários parâmetros. Para relógios comparadores, isso inclui a precisão da graduação da escala de medição, os recursos de projeto da suspensão com flecha, a qualidade e a integridade da bobina eletromagnética, a condição das molas de retorno, a precisão da seleção do shunt etc.

Para dispositivos digitais - principalmente a precisão da seleção de resistores no divisor de tensão de medição, a resolução do ADC (quanto mais precisa), a qualidade das sondas de medição.

Para medir a tensão DC com um instrumento digital (por exemplo, multímetro), como regra, a conexão correta das sondas ao circuito medido não importa. Se você conectar uma sonda positiva a um ponto com um potencial mais negativo do que o ponto ao qual uma sonda negativa está conectada, um sinal “-” aparecerá na frente do resultado da medição.

Mas se você medir com um dispositivo apontador, precisará tomar cuidado.Se as pontas de prova não estiverem conectadas corretamente, a seta começará a se desviar para zero, e ficará contra o limitador. Ao medir tensões próximas ao limite de medição ou mais, ele pode obstruir ou dobrar, após o que não é necessário falar sobre a precisão e a operação adicional deste dispositivo.

Para a maioria das medições da vida cotidiana e da eletrônica em nível amador, basta um voltímetro incorporado em multímetros como DT-830 e similares.

Quanto maiores os valores medidos, menores os requisitos de precisão, porque se você medir volts e tiver um erro de 0,1V, isso distorcerá significativamente a imagem e, se você medir centenas ou milhares de volts, um erro de 5 volts não desempenhará um papel significativo.

O que fazer se a tensão não for adequada para suprir a carga

Para alimentar cada dispositivo ou dispositivo específico, é necessário aplicar uma voltagem de uma certa magnitude, mas acontece que a fonte de energia que você possui não é adequada e produz uma voltagem baixa ou muito alta.Esse problema é resolvido de várias maneiras, dependendo da potência, tensão e força da corrente necessárias.

Como diminuir a resistência de tensão?

A resistência limita a corrente e, quando flui, a tensão cai para a resistência (resistor limitador de corrente). Este método permite diminuir a tensão para alimentar dispositivos de baixa potência com correntes de dezenas, no máximo centenas de miliamperes.

Um exemplo dessa fonte de alimentação é a inclusão de um LED em uma rede CC 12 (por exemplo, uma rede de veículos a bordo de até 14,7 Volts). Então, se o LED foi projetado para ser alimentado a partir de 3,3 V, com uma corrente de 20 mA, você precisa de um resistor R:

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

Mas os resistores diferem na dissipação máxima de potência:

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

O mais próximo no valor nominal é um resistor de 0,25 W.

É a dissipação de energia que impõe uma restrição a esse tipo de fonte de energia, geralmente resistores de potência não excede 5-10 watts. Acontece que, se você precisar pagar uma grande tensão ou alimentar a carga dessa maneira, precisará colocar vários resistores como o poder de um não é suficiente e pode ser distribuído entre vários.

Um método de redução de tensão com um resistor funciona nos circuitos CC e CA.

A desvantagem é que a tensão de saída não é estabilizada de forma alguma e, com o aumento e a diminuição da corrente, ela muda proporcionalmente ao valor do resistor.

Como reduzir a tensão alternada com um estrangulador ou capacitor?

Se estamos falando apenas de corrente alternada, podemos usar reatância. A resistência reativa ocorre apenas em circuitos CA, devido às características do armazenamento de energia em capacitores e indutores e leis de comutação.

O indutor e o capacitor podem ser usados ​​como reator.

A reatância do indutor (e qualquer elemento indutivo) depende da frequência da corrente alternada (para uma rede elétrica doméstica de 50 Hz) e da indutância, é calculada pela fórmula:

onde ω é a frequência angular em rad / s, indutância L, 2pi é necessário para converter a frequência angular em normal, f é a frequência de tensão em Hz.

A reatância de um capacitor depende de sua capacitância (quanto menor C, maior a resistência) e da frequência da corrente no circuito (quanto maior a frequência, menor a resistência). Pode ser calculado da seguinte forma:

Um exemplo do uso de resistência indutiva é o fornecimento de lâmpadas de iluminação fluorescente, lâmpadas DRL e DNaT. O indutor limita a corrente através da lâmpada; nas lâmpadas LL e DNT, ele é usado em conjunto com um motor de partida ou um dispositivo de ignição pulsado (relé de partida) para formar um pico de alta tensão que acende a lâmpada. Isto é devido à natureza e princípio de operação de tais lâmpadas.

Um capacitor é usado para alimentar dispositivos de baixa potência, é instalado em série com o circuito de energia. Essa fonte de alimentação é chamada de "fonte de alimentação sem transformador com um capacitor de lastro (em branco)".

Muitas vezes, eles são encontrados como limitadores de corrente para a carga de baterias (por exemplo, chumbo) em lanternas portáteis e rádios de baixa potência. As desvantagens desse esquema são óbvias - não há controle do nível de carga da bateria, sua ebulição, subcarga, instabilidade de tensão.

Como diminuir e estabilizar a tensão DC

Para obter uma tensão de saída estável, podem ser utilizados estabilizadores paramétricos e lineares. Geralmente são fabricados em microcircuitos domésticos tipo KREN ou estrangeiros L78xx, L79xx.

O conversor linear LM317 permite estabilizar qualquer valor de tensão, é ajustável até 37V, você pode fazer a fonte de alimentação regulada mais simples com base nele.

Se você precisar reduzir um pouco a tensão e estabilizá-la, os CIs descritos não funcionarão. Para que eles funcionem, deve haver uma diferença da ordem de 2V ou mais. Para isso, são criados estabilizadores LDO (baixo abandono).A diferença deles reside no fato de que, para estabilizar a tensão de saída, é necessário que a tensão de entrada a exceda em um valor de 1V. Um exemplo desse estabilizador é o AMS1117, disponível nas versões de 1,2 a 5V, na maioria das vezes eles usam versões de 5 e 3,3V, por exemplo em placas Arduino e muito mais

A concepção de todos os estabilizadores lineares de redução sequencial acima descritos de um tipo sequencial tem uma desvantagem significativa - baixa eficiência. Quanto maior a diferença entre a tensão de entrada e saída, menor é. Ele simplesmente "queima" o excesso de tensão, traduzindo-o em calor, e a perda de energia é igual a:

Perda = (Uin-Uout) * I

A empresa AMTECH produz análogos PWM de conversores L78xx, eles trabalham com o princípio da modulação por largura de pulso e sua eficiência é sempre superior a 90%.

Eles simplesmente ligam e desligam a tensão com uma frequência de até 300 kHz (a ondulação é mínima). E a tensão atual é estabilizada no nível certo. E o circuito de comutação é semelhante aos análogos lineares.

Como aumentar a tensão constante?

Para aumentar a tensão, produza conversores de tensão de pulso. Eles podem ser incluídos no esquema de aumento (aumento) e buck (buck) e buck-boost (buck-boost). Vejamos alguns representantes:

1. Placa baseada no chip XL6009

2. A placa baseada em LM2577 trabalha para aumentar e diminuir a tensão de saída.

3. A placa conversora no FP6291 é adequada para montar uma fonte de alimentação de 5 V, por exemplo, um banco de potência. Ao ajustar os valores dos resistores, ele pode ser ajustado para outras tensões, como qualquer outro conversor semelhante - você precisa ajustar os circuitos de feedback.

4. Placa baseada em MT3608

Tudo está assinado aqui - a plataforma para soldar as tensões de entrada - saída e saída - saída. As placas podem ter um ajuste da tensão de saída e, em alguns casos, limites de corrente, o que possibilita uma fonte de alimentação de laboratório simples e eficaz. A maioria dos conversores, tanto lineares quanto de pulso, são à prova de curto-circuito.

Como aumentar a tensão alternada?

Para ajustar a tensão CA, dois métodos principais são usados:

1. Auto transformador;

2. O transformador.

Auto transformador - Este é um indutor de enrolamento único. O enrolamento tem uma torneira a partir de um certo número de voltas; portanto, ao conectar uma das extremidades do enrolamento a uma torneira, nas extremidades do enrolamento você obtém uma tensão aumentada tantas vezes quanto o número total de voltas e o número de voltas antes de tocar.

A indústria produz LATRs - autotransformadores de laboratório, dispositivos eletromecânicos especiais para regulação de tensão. Eles encontraram uma aplicação muito ampla no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e no reparo de fontes de alimentação. O ajuste é realizado através de um contato deslizante da escova ao qual o dispositivo energizado está conectado.

A desvantagem de tais dispositivos é a falta de isolamento galvânico. Isso significa que a alta tensão pode ser facilmente desligada nos terminais de saída, daí o risco de choque elétrico.

Transformador É uma maneira clássica de alterar a magnitude de uma tensão. Existe isolamento galvânico da rede, o que aumenta a segurança de tais instalações. A magnitude da tensão no enrolamento secundário depende da tensão no enrolamento primário e da taxa de transformação.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Uma visão separada é transformadores de pulso. Eles operam em altas frequências de dezenas e centenas de kHz. Eles são usados ​​na grande maioria das fontes de alimentação comutadas, por exemplo:

• Carregador do seu smartphone;

• Fonte de alimentação para laptop;

• Fonte de alimentação do computador.

Devido ao trabalho em alta frequência, as dimensões gerais são reduzidas, muitas vezes inferiores às dos transformadores de rede (50/60 Hz), ao número de voltas nos enrolamentos e, consequentemente, ao preço.A transição para a comutação de fontes de alimentação tornou possível reduzir as dimensões e o peso de todos os eletrônicos modernos e reduzir seu consumo aumentando a eficiência (em circuitos de pulso, 70-98%).

Os transformadores eletrônicos geralmente são encontrados nas lojas.Uma tensão de rede de 220 V é aplicada à entrada e uma saída de 12 V, por exemplo, é de alta frequência, para uso em uma carga alimentada por corrente contínua, é necessário instalar uma saída adicionalmente. ponte de diodo de diodos de alta velocidade.

Dentro, há um transformador de pulso, chaves de transistor, driver ou circuito auto-oscilante, como mostrado abaixo.

Vantagens - simplicidade do circuito, isolamento galvânico e tamanho pequeno.

Desvantagens - a maioria dos modelos à venda possui feedback atual, o que significa que, sem uma carga com uma potência mínima (indicada nas especificações de um dispositivo específico), ele simplesmente não liga. Instâncias individuais já estão equipadas com sistemas operacionais de tensão e ociosas sem problemas.

Eles costumam ser usados ​​para alimentar lâmpadas de halogênio de 12V, por exemplo refletores de teto suspenso.

Conclusão

Analisamos as informações básicas sobre tensão, sua medição e ajuste. Uma moderna base de elementos e uma variedade de unidades e conversores prontos para o uso permitem implementar qualquer fonte de alimentação com as características de saída necessárias. Você pode escrever um artigo separado em mais detalhes sobre cada um dos métodos.Nesta estrutura, tentei ajustar as informações básicas necessárias para a rápida seleção de uma solução conveniente para você.