ভোল্টেজ ডিভাইডার ক্যালকুলেটর - আউটপুট ভোল্টেজ ও রেজিস্টার মান

ভোল্টেজ বিভাজক কি?

একটি ভোল্টেজ ডিভাইডার হল ইলেকট্রনিক্সের সবচেয়ে সহজ এবং সবচেয়ে দরকারী সার্কিটের মধ্যে একটি - সিরিজের দুটি রেজিস্টর যা একটি ভোল্টেজকে একটি ছোট ভগ্নাংশে বিভক্ত করে। যদি আপনার 5V সরবরাহ থেকে 3.3V প্রয়োজন হয়, অথবা আপনি একটি এডিসি ইনপুট জন্য একটি সেন্সর আউটপুট স্কেল করতে চান, একটি ভোল্টেজ ডিভাইডার আপনার যেতে সমাধান।

আউটপুট ভোল্টেজ সূত্রটি হলঃVout = Vin x R2 / (R1 + R2)

যেখানে R1 হল উপরের রেজিস্টর (Vin এবং Vout এর মধ্যে), এবং R2 হল নীচের রেজিস্টর (Vout এবং গ্রাউন্ডের মধ্যে) । R2/(R1+R2) অনুপাত নির্ধারণ করে যে ইনপুটটির কোন ভগ্নাংশ আউটপুটটিতে উপস্থিত হয়।

ভোল্টেজ বিভাজকগুলি প্রতিটি প্রাথমিক ইলেকট্রনিক্স কোর্সে শেখানো মৌলিক বিল্ডিং ব্লক। এগুলি অগণিত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উপস্থিত হয় - সাধারণ রেফারেন্স ভোল্টেজ জেনারেশন থেকে জটিল এনালগ সিগন্যাল কন্ডিশনার চেইন পর্যন্ত। সার্কিট নিয়ে কাজ করা যে কারও পক্ষে তাদের আচরণ, সীমাবদ্ধতা এবং নকশা বাণিজ্যগুলি বোঝা অপরিহার্য।

ভোল্টেজ বিভাজক সূত্র

উদাহরণঃ Vin = 12V, R1 = 10kΩ, R2 = 5kΩ: Vout = 12 x 5000/(10000+5000) = 12 x 0.333 =4Vবর্তমান = 12/15000 = 0.8mA. পাওয়ার = 122/15000 = 9.6mW.

ভোল্টেজ ডিভাইডার সূত্র বের করা

ভোল্টেজ বিভাজক সূত্রটি সরাসরি ওহমের আইন এবং কির্চহফের ভোল্টেজ আইন (কেভিএল) থেকে আসে। এখানে ডেরিভেশন রয়েছেঃ

1. R1 এবং R2 সিরিজ, তাই একই বর্তমান উভয় মাধ্যমে প্রবাহিত হয়ঃI = Vin / (R1 + R2)
2. R2 জুড়ে ভোল্টেজ (যা Vout) ওহমের আইন অনুসরণ করেঃVout = I x R2
3. প্রতিস্থাপনঃVout = (Vin / (R1 + R2)) x R2 = Vin x R2 / (R1 + R2)

এটি অনুমান করে যে আউটপুট থেকে কোনও বর্তমান আঁকা হয় না (আনলোডড ডিভাইডার) । বাস্তবে, ভুটের সাথে সংযুক্ত যে কোনও লোড বর্তমান আঁকে, যা কার্যকর প্রতিরোধের পরিবর্তন করে এবং ভুটকে হ্রাস করে - এটি হ'ললোডিং এফেক্ট, নিচে উল্লেখ করা হয়েছে।

প্রতিরোধকের মান নির্বাচন করা

প্রতিরোধক মান নির্বাচন শক্তি খরচ, লোড প্রভাব, এবং গোলমাল মধ্যে tradeoffs জড়িতঃ

• নিম্ন প্রতিরোধের মান(100Ω - 1kΩ): ন্যূনতম লোডিং এফেক্ট, কিন্তু উচ্চ বর্তমান এবং শক্তি অপচয়। পাওয়ার-সমালোচনামূলক সার্কিটের জন্য ভাল।
• মিড-রেঞ্জ মান(1kΩ - 100kΩ): বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সর্বোত্তম ভারসাম্য। সেন্সর ইন্টারফেস এবং লজিক স্তর স্থানান্তরের জন্য সাধারণ।
• উচ্চ প্রতিরোধের মান(100kΩ - 1MΩ): খুব কম বর্তমান গ্রহণ, কিন্তু শব্দ এবং ডাউনস্ট্রিম সার্কিট থেকে লোড সংবেদনশীল।

মাইক্রোকন্ট্রোলার এডিসি ইনপুটগুলির জন্য, 10kΩ - 100kΩ মোট প্রতিরোধ ব্যবহার করুন। যদি আপনার লোড উল্লেখযোগ্য বর্তমান (< 10x বিভাজক বর্তমান) গ্রহণ করে তবে একটি ভোল্টেজ বিভাজক একা স্থিতিশীল আউটপুট বজায় রাখবে না - পরিবর্তে একটি ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক বা অপ-অ্যাম্প বাফার ব্যবহার করুন।

স্ট্যান্ডার্ড রেজিস্টার মান (E24 এবং E96 সিরিজ)

বাস্তব প্রতিরোধক আইইসি 60063 স্ট্যান্ডার্ড দ্বারা সংজ্ঞায়িত স্ট্যান্ডার্ড মানগুলিতে আসে। আপনি একটি স্বেচ্ছাসেবী প্রতিরোধক কিনতে পারবেন না - আপনাকে উপলব্ধ সিরিজ বা সংমিশ্রণ প্রতিরোধক থেকে নির্বাচন করতে হবে।

ভোল্টেজ ডিভাইডার ডিজাইন করার সময়, নিকটতম স্ট্যান্ডার্ড মানগুলি চয়ন করুন এবং আউটপুটটি আপনার সহনশীলতার মধ্যে রয়েছে তা যাচাই করুন। উদাহরণস্বরূপ, 5V থেকে 3.3V পেতেঃ

• আদর্শ অনুপাত:R2/(R1+R2) = 3.3/5 = 0.66
• E24 মানের সাথেঃR1 = 5.1kΩ, R2 = 10kΩ -> Vout = 5 x 10/(5.1+10) = 3.311V (0.3% ত্রুটি) ।
• বিকল্প:R1 = 1kΩ, R2 = 2kΩ -> Vout = 5 x 2/3 = 3.333V (1% ত্রুটি) ।

সাধারণ ভোল্টেজ ডিভাইডার অ্যাপ্লিকেশন

নকশা উদাহরণঃ ব্যাটারি ভোল্টেজ মনিটর

একটি সাধারণ প্রকল্প হচ্ছে ১২ ভোল্টের গাড়ির ব্যাটারি ৩.৩ ভোল্টের মাইক্রোকন্ট্রোলার এডিসি দিয়ে মনিটরিং করা। এখানে সম্পূর্ণ ডিজাইন প্রক্রিয়া রয়েছে:

1. প্রয়োজনীয়তা:স্কেল 0 - 15V (চার্জিংয়ের সময় সর্বোচ্চ ব্যাটারি ভোল্টেজ) থেকে 0 - 3.3V
2. বিভাজক অনুপাত:৩.৩/১৫ = ০.২২
3. R2/(R1+R2) = 0.22, তাই R1/R2 = (1-0.22) /0.22 = 3.545
4. R2 = 10kΩ বেছে নিন, তাহলে R1 = 35.45kΩ -> নিকটতম E96 =৩৫.৭kΩ
5. যাচাই করুনঃVout = 15 x 10/(35.7+10) = 3.279V (3.3V এর নিচে, ADC এর জন্য নিরাপদ)
6. বর্তমান:I = 15/45.7kΩ = 0.328mA (ব্যাটারি উপর তুচ্ছ ড্রেন)
7. 100nF সিরামিক ক্যাপাসিটার যোগ করুনR2 জুড়ে শব্দ ফিল্টার করতে
8. Zener ডায়োড (3.3V) যোগ করুনওভার ভোল্টেজ সুরক্ষার জন্য R2 জুড়ে

ক্যাপাসিটর এবং জেনার অপরিহার্য সুরক্ষা ব্যবস্থা। জেনার ছাড়া, গাড়ির বৈদ্যুতিক সিস্টেমে একটি ভোল্টেজ স্পাইক মাইক্রোকন্ট্রোলারের এডিসি পিনটি ধ্বংস করতে পারে। ক্যাপাসিটর অল্টারনেটর এবং ইগনিশন সিস্টেম থেকে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি গোলমাল ফিল্টার করে।

ডিজাইন উদাহরণঃ 5V থেকে 3.3V লজিক লেভেল

একটি 5V আউটপুটকে 3.3V ইনপুট রূপান্তর করা এমবেডেড সিস্টেমে ভোল্টেজ ডিভাইডারের সবচেয়ে সাধারণ অ্যাপ্লিকেশনঃ

সিগন্যাল স্পিড বিবেচনাঃরিসিভিং পিনের ইনপুট ক্যাপাসিট্যান্সের সাথে মিলিত একটি ভোল্টেজ ডিভাইডার একটি আরসি লো-পাস ফিল্টার গঠন করে। R1 = 10kΩ এবং 15pF ইনপুট ক্যাপাসিট্যান্সের সাথে, সময় ধ্রুবক 0.15μs হয়, পরিষ্কার সংকেত স্থানান্তরকে প্রায় 1MHz পর্যন্ত সীমাবদ্ধ করে। এসপিআই (10+ মেগাহার্টজ) বা দ্রুত ইউএআরটি (1+ এমবিপিএস) এর জন্য, পরিবর্তে একটি ডেডিকেটেড লেভেল শিফটার আইসি (টিএক্সবি0108, 74 এলভিসি 245) ব্যবহার করুন।

লোডিং ইফেক্টের ব্যাখ্যা

যখন আপনি একটি লোড প্রতিরোধের সংযোগ (R_L) একটি ভোল্টেজ ডিভাইডার আউটপুট, R_LR2 এর সমান্তরালভাবে প্রদর্শিত হয়। কার্যকর নীচের প্রতিরোধের হয়ে যায়ঃ

R2_ইফ= R2 x R_L) / (R2 + R_L)

এটি সর্বদা Vout হ্রাস করে। ত্রুটি R এর অনুপাতের উপর নির্ভর করে_LR2 এর জন্যঃ

আঙ্গুলের নিয়ম:লোড প্রতিরোধের অন্তত হওয়া উচিত10x R2ভোল্টেজ ডিভাইডার যুক্তিসঙ্গত নির্ভুলতা বজায় রাখার জন্য। মাইক্রোকন্ট্রোলার এডিসি ইনপুটগুলির সাধারণত >1MΩ ইনপুট প্রতিবন্ধকতা থাকে, সুতরাং একটি 10kΩ ভোল্টেজ ডিভাইডার নিখুঁতভাবে কাজ করে। তবে একটি ভোল্টেজ ডিভাইডার থেকে একটি এলইডি (যা মিলিএম্পার আঁকে) চালানো সম্পূর্ণরূপে ব্যর্থ হবে।

প্রতিরোধক সহনশীলতা এবং আউটপুট নির্ভুলতা

প্রতিরোধকের সহনশীলতা সরাসরি আপনার ভোল্টেজ ডিভাইডার আউটপুটের নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে। সবচেয়ে খারাপ ক্ষেত্রে বিশ্লেষণঃ

বেশিরভাগ শৌখিন এবং সাধারণ-উদ্দেশ্য অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, 1% (E96) রেজিস্টারগুলি সর্বোত্তম ব্যয়-পারফরম্যান্স বাণিজ্য। যথার্থ অ্যানালগ ডিজাইনের জন্য (ইনস্ট্রুমেন্টেশন পরিবর্ধক, রেফারেন্স সার্কিট), 0.1% বা আরও ভাল ব্যবহার করুন, বা অ্যানালগ ডিভাইসস LT5400 এর মতো একটি ডেডিকেটেড যথার্থ ভোল্টেজ ডিভাইডার আইসি ব্যবহার করুন।

ভোল্টেজ ডিভাইডারের উপর তাপমাত্রার প্রভাব

রেজিস্টার মান তাপমাত্রা সঙ্গে ড্রিফট,তাপমাত্রা প্রতিরোধের সহগ (টিসিআর), পিপিএম/ডিগ্রি সেলসিয়াসে পরিমাপ করা হয়:

যদি R1 এবং R2 একই ধরনের হয় এবং তাপীয় যোগাযোগে থাকে (উভয় একই PCB এলাকায়), তাদের প্রতিরোধের একসাথে চলে যায়, এবংঅনুপাতএমনকি নিখুঁত মান পরিবর্তিত হলেও এটি আপেক্ষিকভাবে ধ্রুবক থাকে।অনুপাত ট্র্যাকিংসঠিক কাজের জন্য, প্রতিরোধক অ্যারেগুলি (একটি প্যাকেজে একাধিক প্রতিরোধক) কিনুন যা টাইট অনুপাত ট্র্যাকিংয়ের নিশ্চয়তা দেয়।

ক্যাপাসিটিভ ভোল্টেজ ডিভাইডার

ঠিক যেমন প্রতিরোধকগুলি ডিসি ভোল্টেজকে ভাগ করে দেয়, ক্যাপাসিটারগুলি এসি ভোল্টেজকে ভাগ করে দেয়। একটি ক্যাপাসিটিভ ডিভাইডারে, সূত্রটি বিপরীত হয় কারণ ক্যাপাসিটিভ রিঅ্যাক্ট্যান্স ক্যাপাসিট্যান্সের বিপরীতভাবে সমানুপাতিকঃ

Vout = Vin x C1 / (C1 + C2)

মনে রাখবেন যে C1 সংখ্যাসূচকের মধ্যে রয়েছে (প্রতিরোধ সূত্রের মতো C2 নয়), কারণ কম ক্যাপাসিট্যান্স সহ ক্যাপাসিটরটি আরও বেশি ভোল্টেজ হ্রাস করে। একটি ক্যাপাসিটিভ ডিভাইডার কোনও ডিসি বর্তমান (আদর্শ) আঁকে না, এটি উচ্চ-প্রতিরোধের এসি পরিমাপ সার্কিটগুলিতে দরকারী করে তোলে।

অ্যাসিলোস্কোপ প্রোব উভয়কে একত্রিত করেঃক্ষতিপূরণ ভোল্টেজ বিভাজকসমন্বিত প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটিভ ডিভাইডার ব্যবহার করে যাতে সমস্ত ফ্রিকোয়েন্সি জুড়ে প্রশমন অনুপাত ধ্রুবক থাকে। প্রোবটিতে নিয়মিত ট্রিমার ক্যাপাসিটারটি ওসিলোস্কোপের ইনপুট ক্যাপাসিট্যান্সের জন্য ক্ষতিপূরণ দেয়।

মাল্টি-স্টেজ ভোল্টেজ ডিভাইডার

আপনি বৃহত্তর প্রশমন অনুপাতের জন্য ভোল্টেজ ডিভাইডারগুলিকে ক্যাসকেড করতে পারেন। যাইহোক, প্রতিটি পর্যায়ে পূর্ববর্তীটি লোড হয়, তাই সামগ্রিক অনুপাতটি কেবলমাত্র পৃথক অনুপাতের পণ্য নয় যদি না বাফার করা হয়ঃ

বাফারহীন দ্বি-পর্যায়ের বিভাজকঃদ্বিতীয় পর্যায়ের R1+R2 প্রথম পর্যায়ের লোড হিসেবে কাজ করে। প্রকৃত আউটপুট প্রতিটি পর্যায়ের জন্য Thévenin সমতুল্য সার্কিট ব্যবহার করে গণনা করা আবশ্যক।

বাফারযুক্ত দ্বি-পর্যায়ের বিভাজকঃস্টেজগুলির মধ্যে একটি অপ-অ্যাম্প ভোল্টেজ ফলোয়ার (ইউনিটি গেইন বাফার) লোডিং নির্মূল করে। স্টেজ 1 আউটপুট বাফার ইনপুট (মূলত অসীম প্রতিবন্ধকতা) ফিড করে এবং বাফার আউটপুট স্টেজ 2 চালায়। এটি সামগ্রিক অনুপাত = স্টেজ 1 অনুপাত এক্স স্টেজ 2 অনুপাতের গ্যারান্টি দেয়।

বেশিরভাগ ব্যবহারিক ডিজাইনের জন্য, একটি একক-পর্যায়ের বিভাজক যথেষ্ট। মাল্টি-স্টেজ বিভাজকগুলি মূলত সুনির্দিষ্ট পরিমাপ যন্ত্র, উচ্চ-ভোল্টেজ প্রোবিং এবং সুইচড রেজিস্টর নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে প্রোগ্রামযোগ্য লাভ সার্কিটগুলিতে ব্যবহৃত হয়।

সাধারণ নকশা ভুল এবং কিভাবে তাদের এড়ানো যায়