Når man som elektronik hobbytist kaster dig ud i projekter med sensorer og forskellige mikrokontroller platforme, kan man støde på at operations spændingerne mellem komponenterne ikke altid er ens. Måske kører en Raspberry Pi på 3.3V og sensoren kører på 5V. Her kommer spændingsdeleren ind i billedet. Det er redningsmanden som kan skabe en bro mellem komponenter og mikrocontrollere.
En spændingsdeler er ofte et delkredsløb i et større kredsløb, hvor man bruger to eller flere modstande til at såkaldt dele i lige mange mindre spændinger. Nedenstående billede viser at der er to modstande i serie. Ved at variere værdierne på modstandene R1 og R2 kan vi bestemme spændingen der kan måles på V1 og V2. Alt efter R1 og R2 værdierne kan disse to spændinger være lige store eller langt fra hinanden.
UDLEDNING AF FORMEL
Af nedenstående ses en udledning af formlen som anvendes til at beregne komponent værdierne for R1 og R2, så den ønskede outputspænding opnås.
Først opskrives KVL, med antagelse at der ingen strøm løber til Vout:
Nu isoleres i:
Hvis vi laver KVL for Vout, kigger kun på output:
Spændingsdeler formel
Det er nu muligt at opskrive spændingsdeler formlen, som kan anvendes til at beregne den ukendte værdi. Længere nede vil der også være links, til udregner på internettet.
Anvendelser
Sensor målinger
Ofte når man anvender sensorer i sit projekt, vil det digtale output ofte være 5 volt eller højere. Hvis ADC'en på din mikrokontroller har et input arbejdsområde mellem 0 og 5V og din sensor har 0 -10V, vil der være meget af signalet man ikke kan måle. Med andre ord alt over 5V ses som 5V. Alt fra 5V til 10V er tabt.
Nedenstående eksempel viser hvordan en spændingsdeler kan fjerne dette system. Her tages sensorens 5V ned til 3.3V som Raspberry Pi'en i dette tilfælde, kan læse.
Højspændings måling
En spændingsdeler kan også nedskalere en meget høj spænding, så det er muligt at måle spændingen på et voltmeter. Ofte findes der prober(dem man måler med) med indbygget spændingsdeler.Logic level shift
En spændingsdeler kan bruges som en rå logisk niveau skifter til at sammenkoble to systemer der opererer på to forskellige spændinger. Lidt som nævnt i ovenstående afsnit med sensormålinger. Et meget klassisk eksempel vil være at få et system der kører 5V til at snakke sammen med et der operer på 3.3V. Det kan eksempelvis være over UART eller SPI Ofter når man kobler Arduino og Raspberry Pi sammen skal der bruges en logic level shifter. Her kan en simpel spændingsdeler anvendes. Hvis vi har en 1000 ohm liggende i skuffen kan vi let regne den anden. Vi antager at de 1000 ohm er R2.
Nyttige udregnerer
Nedenstående link, er en simpel udregner for du kan skrive værdier ind og derefter regne dem du mangler at finde.
Kalkulator for spændingsdeler | DigiKey
Er tilbydes også en udregner for flere modstande i serie i din spændingsdeler. Her udregner den så spændingen der vil være mellem hver modstand løbende.
Voltage Divider Calculator - Electrical Engineering & Electronics Tools (allaboutcircuits.com)
