Sähköpiirejä suunniteltaessa on mahdollista, että piirissä virtaa tietyn suuruinen virta ja kuorma on suunniteltu huomattavasti pienempään kulutukseen. Erityisesti tässä tapauksessa keksittiin alkuperäiset piiriratkaisut, joita kutsutaan virranjakajiksi. Heidän työnsä perustuu Kirchhoffin lakiin, joka tunnetaan fysiikan kurssista.
Määritelmä ja toimintaperiaate
Virranjakaja on niiden 2 vastuksen erityinen sähköpiiri, jonka kautta on mahdollista jakaa kokonaisvirta I kahteen komponenttiin (kuva alla).
Kukin komponentti I1 ja I2 saa arvot riippuen kahden vastuksen suhteesta (ne ovat kääntäen verrannollisia siihen). Tasavastaisilla vastuksilla puolet virrasta kulkee jokaisen läpi.
merkintä: Resistiivisen jakajan toimintaperiaatteen teoreettinen perusta on Kirchhoffin peruslaki (lähdön ja tulon virtojen summat ovat samat).
Joskus kuvaannollista esitystä varten elektronivirtaa verrataan nopeaan jokeen, jossa veden liikkumisnopeus vastaa johtimen virtaa. Jos jaamme sen kanavan kahteen yhtä suureen ja yhdensuuntaiseen virtaavaan osaan, kummassakin veden paine (nykyinen vahvuus) laskee tarkalleen puoleen.
Nykyisen jakamispiirin analyysi
Aluksi esitellään se alla olevassa muodossa.
Tulopisteen "A" ja lähdön "B" välinen potentiaaliero (jännite) on sama molemmille vastuksille. Jokaisella niistä on oma vastuksensa, ja niiden summa lasketaan rinnakkaisliitännän kaavan mukaisesti, joka on annettu alla:
Kirchhoffin säännön (ensimmäinen) mukaan kokonaisvirta määritellään ketjuja pitkin haarautuvien kahden komponentin summana. Ja virrat kussakin näistä piireistä määritetään kaavoilla, jotka sisältävät niihin asennettujen vastusten arvot. Toisin sanoen se voidaan ilmaista seuraavasti: esimerkiksi puhaltimen virran muuttamiseksi, joka on kytketty päälle yhden vastuksen sijasta, riittää muuttamaan toisen (rinnakkaisen) vastuksen arvoa.
Asennettuaan potentiometrin, jonka arvo on muuttuva, paikalleen on mahdollista säätää puhaltimen siipien pyörimisnopeutta (muuttaa siinä olevaa virtaa) tietyissä rajoissa. Nämä rajat riippuvat laitteen moottorin käämityksen ominaisvastuksesta ja potentiometrin arvon muutosalueesta.
Esimerkki nykyisen jakajan laskemisesta
Tarkastellaan esimerkkinä tapausta, jossa I1 ja I2 arvot löydetään keinotekoisesti järjestetyssä virranjakajassa, jonka tiedossa oleva kokonaisarvo on I = 0,6 ampeeria. Tämä edellyttää alla olevassa kuvassa esitettyjä kaavoja:
Oletetaan esimerkiksi, että R1 on 100 ohmia ja R2 on 20 ohmia.
Muut toimet ovat seuraavat:
- Yhden haaran virran kaavan mukaan löydämme: I1 = 0,6x20 / (100 + 20) = 0,1 Ampeeria.
- Muun komponentin osalta määritetään: I2 = 0,6x100 / (100 + 20) = 0,5 Ampeeria.
- Koska R1: ssä ja R2: ssa on tehohäviö, ne valitaan myös tämän indikaattorin mukaan kaavan mukaan: P = IхIхR.
Vastukselle R1 P = 0,1x0,1x100 = 1 W ja R2: lle tämä indikaattori on P = 0,5x0,5x20 = 5 W. Marginaali huomioon ottaen se valitsee arvot 2 ja 10 wattia.