Εφαρμογές διαιρέτη τάσης και ποτενσιόμετρων

Το άρθρο αυτό είναι συνέχεια του Διαιρετης τάσης και ποτενσιόμετρα, Μέρος 1

 

 

Όπως είδαμε στο προηγούμενο άρθρο, ο διαιρέτης τάσης μπορεί να δώσει μία τάση εξόδου η οποία είναι ένα κλάσμα της τάσης εισόδου, όμως δέν μπορεί να δώσει ρεύμα.

Επομένως χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που απαιτούν συγκεκριμένη τάση αλλά καταναλώνουν μηδενικό ή εξαιρετικά μικρό ρεύμα.

Τέτοιες εφαρμογές ενδεικτικά είναι:

  • ADC (Analog to Digital converters)
  • Comparators (Συγκριτές)
  • Op Amps (Τελεστικοί Ενισχυτές)
  • Ρύθμιση της τάσης πύλης (gate voltage) σε Field Effect Transistors

 

1) ADC

Τα ADC είναι διατάξεις που μετατρέπουν μία (αναλογική) τάση απο 0 εώς κάποια τάση αναφοράς, σε έναν αριθμό. Για παράδειγμα, τα ADC του Arduino είναι των 10bit και λειτουργούν με τάση αναφοράς τα 5 Volt. Επομένως αν δεχτεί τάση 0 Volt, θα το μετατρέψει σε 0. Αν δεχτεί τάση 5 Volt θα τη μετατρέψει σε 1023 (10bit = 2^10 = 1024). Αντίστοιχα, οποιοδήποτε βολτάζ απο 0 εώς 5 Volt θα μετατραπεί στον αντίστοιχο αριθμό απο 0 εώς 1023.

Ο αριθμός που προκύπτει απο την μετατροπή του ADC μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον κώδικα του μικροελεγκτή για να ελέγξει κάποια έξοδο.

Funduino

Σε κόκκινο κύκλο τα 6 ADC του Funduino (κλώνος Arduino)

 

2)  Comparators (Συγκριτές)

Οι συγκριτές είναι μια ειδική κατηγορία op amp (μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ένας απλός op amp ώς συγκριτής αλλά όχι με την ίδια ακρίβεια). Ο συγκριτές δέχονται στην είσοδό τους δύο τάσεις. Όταν η μία τάση είναι μεγαλύτερη απο την άλλη τότε βγάζουν στην έξοδο μηδενική τάση. Αντίθετα όταν η πρώτη τάση γίνει μικρότερη απο την άλλη τότε ο συγκριτής βγάζει στην έξοδο την τάση τροφοδοσίας, πχ 5 ή 12 Volt.

Συνήθως στην μία είσοδο δίνουμε μία σταθερή τάση (τάση αναφοράς), οπότε ο συγκριτής ενεργοποιείται όταν η δεύτερη τάση ξεπεράσει το κατώφλι της τάσης αναφοράς.

Μια κλασσική εφαρμογή του συγκριτή είναι στα φωτα νύχτας με φωτοκύτταρο.

light-activated-switch-circuit

Εδώ υπάρχουν δύο διαιρέτες τάσης.

Η τάση αναφοράς ορίζεται στο pin 2 του συγκριτή απο τον διαιρέτη τάσης που αποτελείται απο τις αντιστάσεις R3 και R4. Έχουν την ίδια τιμή, οπότε η τάση αναφοράς είναι η μισή της τροφοδοσίας, δηλαδή 6 Volt.

Ο δεύτερος διαιρέτης τάσης αποτελείται απο τη μεταβλητή αντίσταση R1 και απο το LDR (Light Dependent Resistor) ή αλλιώς φωτοκύτταρο. Όταν πέφτει φώς, η αντίσταση του LDR μειώνεται και η τάση στο pin 3 του συγκριτή μικραίνει. Αντίθετα όταν δέν πέφτει φώς, η αντίσταση του LDR αυξάνεται και η τάση αυξάνεται. Η μεταβλητή αντίσταση (trimmer) χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει ακριβώς την απόκριση του κυκλώματος. Συνήθως αυτές ρυθμίζονται εργοστασιακά και μετά κολλούνται και ο τελικός χρήστης δέν έχει πρόσβαση σε αυτές.

 

3) Op amps (Τελεστικοί ενισχυτές)

Οι τελεστικοί ενισχυτές είναι μια ομάδα ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που πέρα απο την ενίσχυση σημάτων έχουν και πολλές άλλες εφαρμογές. Ένα χαρακτηριστικό τους είναι πως απαιτούν συμμετρική τροφοδοσία, δηλαδή απο μια τάση εώς την αρνητική της, πχ +12 εώς -12 Volt και το 0 ώς γείωση

Σε περίπτωση που η διαθέσιμη τάση είναι απο μία μπαταρία, αυτό δέν είναι δυνατόν. Εδώ ο διαιρέτης τάσης δίνει πάλι τη λύση!

Ώς θετική τάση χρησιμοποιούμε το θετικό της μπαταρίας και ώς αρνητική τάση το αρνητικό της. Η γείωση ορίζεται απο έναν διαιρέτη τάσης με δύο ίδιες αντιστάσεις στο μισό της συνολικής τάσης της μπαταρίας. Επειδή η γείωση αυτή στην πραγματικότητα βρίσκεται σε κάποια τάση, ονομάζεται εικονική γείωση (virtual ground).

 

ti_single_supply2

 

 

4) Ρύθμιση gate voltage σε Field Effect Transistor

Στο παρακάτω κύκλωμα οι αντιστάσεις R1 και R2 αντιπροσωπεύουν ένα ποτενσιόμετρο 47kohm το οποίο ελέγχει την τάση στο gate του MOSFET έτσι ώστε να λειτουργεί σαν dimmer για την λάμπα.

Καταγραφή4

Καθώς όμως η γραμμική περιοχή του MOSFET, δηλαδή η περιοχή που λειτουργεί σαν αντίσταση, είναι πολύ στενή, απο 2,5 εώς 3,5 Volt μόνο, το ποτενσιόμετρο έχει μεγάλη νεκρή διαδρομή.

Το παρακάτω κύκλωμα ρυθμίζει την περιοχή που θα δουλεύει το ποτενσιόμετρο:

Καταγραφή

Η αντίσταση R3 δέν αφήνει την αντίσταση του ποτενσιόμετρου προς τη γείωση να μηδενιστεί. Έτσι ακόμα και τέρμα κλειστό η έξοδός του θα βρίσκεται σε κάποια τάση πάνω απο το μηδέν.

Επιπλέον, οι αντιστάσεις R4 και R5 σχηματίζουν έναν διαιρέτη τάσης ο οποίος περιορίζει τη μέγιστη τάση του ποτενσιόμετρου. Για να μήν υπάρχει πτώση τάσης στην έξοδο του διαιρέτη τάσης, οι αντιστάσεις αυτές είναι μία τάξη μεγέθους μικρότερες απο την αντίσταση του ποτενσιόμετρου.

Έτσι με αυτές τις τιμές αντιστάσεων, η έξοδος του ποτενσιόμετρου δίνει απο 1,9 εώς 3,8 Volt αντί για 0 εώς 12 που έδινε αρχικά.

You may also like...

1 Response

  1. 10/06/2014

    […] Μήν χάσετε τη συνέχεια του άρθρου στο Εφαρμογές διαιρέτη τάσης και ποτενσιόμετρων […]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *