Дільник напруги на конденсаторах ще називають ємнісний дільник напруги. Завдяки своїм властивостям, які будуть розглянуті нижче, конденсатори, на відміну від резисторів. вигідно застосовувати в якості подільників змінної напруги. Так як при протіканні змінного струму виявляються властивості індуктивності, то котушки індуктивності можуть також використовуватися для подільників напруги, проте раціональніше буде їх застосування в якості подільників змінного струму.
Розглянемо докладніше роботу ємнісних подільників напруги. Опір конденсатора XC залежить як від його ємності С. так і від частоти змінної напруги f і визначається за такою формулою:
Як видно з формули, з ростом частоти і збільшенням ємності опір знижується. Це говорить про те, що якщо взяти конденсатор з фіксованим значенням ємності і підключити його до джерела напруги, частотою 50 Гц. а потім збільшити частоту до 100 Гц. то реактивний опір конденсатора знизиться вдвічі, а, отже, струм зросте також в два рази.
Дільник напруги на конденсаторах
Чим же добре застосовувати конденсатори в якості подільників напруги? Справа в тому, що він практично не споживає активну енергію, як резистор. тому майже і не гріється. Конденсатор споживає в основному реактивну енергію, т. Е. Він є споживачем реактивної потужності, яка, на відміну від активної, не виконує ніякої корисної роботи, а між реактивними елементами (котушка індуктивності, конденсатор) і джерелом змінної напруги виконується тільки обмін енергією. Реактивна потужність проявляється в ланцюгах тільки змінної напруги. При постійній напрузі реактивна потужність дорівнює нулю, а циркулює лише активна потужність.
Давайте розглянемо чому конденсатор не споживає активну потужність. Аби не заглиблюватися в теорію зауважимо лише те, що напруга на конденсаторі відстає від струму на кут 90º (рис. 1). Тому, коли струм досягає максимуму, напруга дорівнює нулю, а в момент, коли величина напруги досягає своєї амплітуди, струм дорівнює нулю.
Мал. 1 - Графік струму і напруги на конденсаторі
Активна потужність в ланцюгах змінного струму визначається за такою формулою:
Як ми помітили раніше, кут φ = 90º. а косинус цього кута дорівнює нулю. Тепер, якщо ми підставимо в наведене вище вираз значення углаφ. то побачимо, що активна потужність дорівнює нулю.
Схема включення конденсаторів (рис. 2, 3) для утворення подільника напруги така ж як і схема підключення резисторів, тільки, на відміну від резисторів, падіння напруги обернено пропорційно ємності.
Мал. 2 - Схема подільника напруги на конденсаторах
Мал. 3 - Схеми дільників напруги з різними номіналами конденсаторів
Слід пам'ятати, що в ланцюгах змінного струму потрібно використовувати неполярні конденсатори, тому більшість електролітичних конденсаторів тут не підійдуть.
І ще, номінальну напругу конденсатора повинно бути вище того, що буде на нього подано, в √2 ≈ 1,41 рази:
E - амплітудне значення напруги, В;
U - діюче значення напруги, В.
Дільник напруги на котушках індуктивності
Набагато рідше для подільників змінної напруги застосовуються котушки індуктивності (рис. 4, 5). Опір котушки залежить прямо пропорційно від частоти f прикладеної напруги і індуктивності L.
Мал. 4 - Схема подільника напруги на котушках індуктивності
Мал. 5 - Схеми дільників напруги з різними номіналами котушок індуктивності
На противагу конденсатору, напруга на індуктивності випереджає струму на кут 90º (рис. 6, 7), тому котушка індуктивності теж є реактивним елементом і не споживає активну потужність. Лише невелика частина активної потужність споживається за рахунок наявності активного опору самої дроту котушки.
Мал. 6 - Графік струму і напруги на індуктивності
Мал. 7 - Графік струму і напруги на різних еле нтах