- Hoạt động của mạch phân chia hiện tại
- Kiểm tra mạch phân chia hiện tại trong phần cứng
- Ứng dụng dải phân cách hiện tại
Khi thiết kế một mạch điện tử, có rất nhiều tình huống khi một mạch yêu cầu các giá trị khác nhau của nguồn điện áp và dòng điện. Ví dụ, khi thiết lập điện áp đặt trước cho một Op-Amp, rất phổ biến là sử dụng mạch chia điện thế để có được các giá trị điện áp cần thiết. Nhưng nếu chúng ta cần một giá trị cụ thể của dòng điện thì sao? Tương tự như bộ chia điện áp, có một loại mạch khác được gọi là bộ chia dòng điện có thể được sử dụng để chia tổng dòng điện thành một số trong một mạch kín. Vì vậy, trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ học cách xây dựng một mạch chia dòng đơn giản bằng phương pháp điện trở (chỉ sử dụng điện trở). Lưu ý rằng cũng có thể tạo một bộ chia dòng điện bằng cuộn cảm và hoạt động của cả hai mạch sẽ giống nhau.
Hoạt động của mạch phân chia hiện tại
Điện trở là thành phần thụ động được sử dụng nhiều nhất trong điện tử và rất dễ dàng để xây dựng một bộ chia dòng bằng cách sử dụng điện trở. Bộ chia dòng điện là một mạch tuyến tính chia tổng dòng điện chạy vào một đoạn mạch và tạo ra sự phân chia hoặc tạo ra một phần nhỏ của tổng dòng điện.
Theo quy tắc phân chia dòng điện, dòng điện chạy qua bất kỳ nhánh song song nào của đoạn mạch sẽ bằng tích của tổng dòng điện và tỉ số giữa điện trở của nhánh ngược lại với tổng trở. Như vậy với quy tắc chia dòng, chúng ta có thể tính được dòng điện chạy qua một nhánh nếu biết tổng giá trị dòng điện và điện trở của các nhánh khác. Chúng tôi sẽ hiểu thêm về điều này khi chúng tôi tiếp tục.
Bộ chia hiện tại có thể được xây dựng dễ dàng bằng cách sử dụng KCL (Định luật hiện tại của Kirchhoff) và Định luật Ohms. Hãy xem sự phân chia này diễn ra như thế nào đối với một mạch điện trở mắc song song.
Trong hình trên, hai điện trở 1 Ohm được mắc song song, đó là R1 và R2. Hai điện trở này chia sẻ tổng dòng điện chạy qua điện trở. Vì hiệu điện thế trên hai điện trở này bằng nhau nên cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở có thể được tính bằng công thức chia dòng
Do đó tổng dòng điện là I Total = I R1 + I R2 theo định luật hiện hành của Kirchoff.
Bây giờ để tìm dòng điện của mỗi điện trở, chúng ta sử dụng định luật Ohms I = V / R trên mỗi điện trở. Trong trường hợp này, I R1 = V / R1 và I R2 = V / R2
Do đó, nếu chúng ta sử dụng các giá trị này trong I Total = I R1 + I R2, thì tổng dòng điện sẽ là
Tổng dòng điện = V / R1 + V / R2 = V (1 / R1 + 1 / R2)
Vì vậy, V = I tổng (1 / R1 + 1 / R2) -1 = I tổng (R1R2 / R1 + R2)
Vì vậy, nếu chúng ta có thể tính toán tổng điện trở và tổng dòng điện, thì bằng cách sử dụng công thức trên, chúng ta có thể nhận được dòng điện chia qua điện trở. Công thức quy tắc bộ chia hiện tại để tính dòng điện qua R1 có thể được đưa ra dưới dạng
I R1 = V / R1 = I tổng I R1 = I tổng (R2 / (R1 + R2))
Tương tự, công thức quy tắc bộ chia hiện tại để tính dòng điện qua R2 có thể được đưa ra như
I R2 = V / R2 = I tổng I R2 = I tổng (R1 / (R1 + R2))
Do đó, khi điện trở nhiều hơn hai, người ta cần tính tổng trở hoặc điện trở tương đương để tìm ra dòng điện chia trong mỗi điện trở bằng công thức
I = V / R
Kiểm tra mạch phân chia hiện tại trong phần cứng
Hãy xem dải phân cách hiện tại này hoạt động như thế nào trong một kịch bản thực tế.
Có ba điện trở trong sơ đồ trên được nối với nguồn dòng cố định hoặc không đổi 1A. Tất cả các điện trở được đánh giá là 1 Ohm. Do đó R1 = R2 = R3 = 1 Ohm.
Mạch này được thử nghiệm trong breadboard bằng cách kết nối lần lượt các điện trở trong cấu hình song song với nguồn dòng không đổi 1A được kết nối qua mạch. Bạn cũng có thể kiểm tra mạch dòng điện không đổi đơn giản này để tìm hiểu cách hoạt động của nguồn dòng điện và cách tự xây dựng nguồn dòng điện. Trong hình dưới đây, một điện trở duy nhất được kết nối qua mạch.
Dòng điện hiển thị 1A trong đồng hồ đa năng khi được kết nối qua điện trở. Tiếp theo, một điện trở 1 Ohms thứ hai được thêm vào. Dòng điện giảm xuống một nửa, khoảng 500mA trong mỗi điện trở như hình dưới đây
Tại sao điều này đã xảy ra? Chúng ta hãy tìm hiểu bằng cách sử dụng tính toán chia hiện tại. Khi hai điện trở 1 Ohm được nối song song, điện trở tương đương sẽ là:
R Tương đương = (1 / (1 / R1 + 1 / R2)) = (1 / (1/1 + 1/1) = 0,5 Ohms
Do đó, khi hai điện trở 1 Ohm được kết nối song song, điện trở tương đương trở thành 0,5 Ohm. Do đó, dòng điện qua R1 là
I R1 = I tổng (tương đương R / R1) I R1 = 1A (0,5 Ohms / 1 Ohms) = 0,5 Amps
Cường độ dòng điện chạy qua điện trở kia như nhau vì R2 là cùng một điện trở 1 Ohms và cường độ dòng điện không đổi đến 1A. Đồng hồ vạn năng đang hiển thị xấp xỉ 0,5 Amps chạy qua hai điện trở.
Bây giờ một điện trở 1 Ohm bổ sung được kết nối trong mạch. Đồng hồ vạn năng hiện đang cho thấy dòng điện khoảng 0,33A chạy qua mỗi điện trở.
Vì có ba điện trở mắc song song, chúng ta hãy tìm điện trở tương đương của ba điện trở mắc song song
R tương đương = (1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3)) R tương đương = (1 / (1/1 + 1/1 + 1/1)) R tương đương = 1/3 R tương đương = 0,33 Ohms
Bây giờ, dòng điện qua mỗi điện trở, IR = I tổng (tương đương R / R1) IR = 1 Amp x (0,33 Ohms / 1 Ohms) IR = 0,33 Amp
Đồng hồ vạn năng hiển thị khoảng 0,33 Amp đang chạy trong mỗi điện trở vì tất cả các điện trở đều có giá trị 1 Ohm và được nối trong mạch có dòng điện cố định với 1A. Bạn cũng có thể xem video ở cuối trang để kiểm tra cách thức hoạt động của mạch.
Ứng dụng dải phân cách hiện tại
Ứng dụng chính của bộ chia dòng là tạo ra một phần nhỏ của tổng dòng điện hiện có trong mạch. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, thành phần được sử dụng để mang dòng điện có giới hạn về cường độ dòng điện thực sự chạy qua thành phần. Quá dòng làm tăng khả năng tản nhiệt cũng như làm giảm tuổi thọ của các linh kiện. Bằng cách sử dụng bộ chia dòng, dòng điện chạy qua một thành phần có thể được giảm thiểu và do đó kích thước thành phần nhỏ hơn có thể được sử dụng.
Ví dụ, trong trường hợp yêu cầu công suất điện trở lớn hơn; Việc thêm nhiều điện trở song song sẽ làm giảm sự tản nhiệt và các điện trở có công suất nhỏ hơn có thể thực hiện công việc tương tự.