Схема последовательного соединения конденсатора с резистором. Последовательное и параллельное соединение резисторов и конденсаторов. Делители напряжения – Радиолюбительская азбука

Господа, как-то раз чудесным летним деньком я взял ноутбук и вышел из дома на дачный участок. Там, усевшись в кресле-качалке в тени яблонь, я и решил написать данную статью. Ветерок шумел в ветвях деревьев, раскачивая их из стороны в сторону, и в воздухе была та самая атмосфера, благоприятствующая течению мыслей, которая так порой необходима…

Впрочем, хватит лирики, пора переходить непосредственно к существу обозначенного в заголовке статьи вопроса.

Итак, параллельное соединение конденсаторов… Что вообще такое параллельное соединение? Те, кто читал мои прошлые статьи, безусловно, помнят значение этого определения. Оно нам встречалось, когда мы говорили про параллельное соединение резисторов . В случае конденсаторов определение будет иметь абсолютно такой же вид. Итак, параллельное соединение конденсаторов - это такое соединение, когда одни концы всех конденсаторов соединены в один узел, а другие - в другой.

Конечно, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому на рисунке 1 я привел изображение трех конденсаторов, которые соединены параллельно. Пусть емкость первого равна С1, второго - С2, а третьего - С3.

Рисунок 1 - Параллельное соединение конденсаторов

В данной статье мы разберем, по каким законам изменяются токи , напряжения и сопротивления переменному току при параллельном соединении конденсаторов, а также какова будет суммарная емкость такой конструкции. Ну и, само собой, поговорим, зачем вообще такое соединение может быть нужно.

Предлагаю начать с напряжения, ибо с ним здесь все предельно ясно. Господа, должно быть совершенно очевидно, что при параллельном соединении конденсаторов напряжения на них равны между собой. То есть напряжение на первом конденсаторе точно такое же, как на втором и на третьем

Почему, собственно, это так? Да очень просто! Напряжение на конденсаторе считается как разность потенциалов между двумя ножками конденсатора. А при параллельном соединении «левые» ножки всех конденсаторов сходятся в один узел, а «правые» - в другой. Таким образом, «левые» ножки всех конденсаторов имеют один потенциал, а «правые» другой. То есть разность потенциалов между «левой» и «правой» ногами будет одинаковая для любого конденсатора, а это как раз и значит, что на всех конденсаторах одно и то же напряжение. Чуть более строгий вывод этого утверждения вы можете глянуть вот в этой статье . В ней мы приводили его для параллельного соединения резисторов, но и здесь он будет звучать абсолютно так же.

Итак, мы выяснили, что напряжение на всех параллельно соединенных конденсаторах одно и то же. Это, кстати, верно для любого вида напряжения - как для постоянного, так и для переменного. Вы можете присоединить к трем параллельно включенным конденсаторам батарейку на 1,5 В . И на всех них будет постоянные 1,5 В . А можете присоединить к ним генератор синусоидального напряжения с частотой 50 Гц и амплитудой 310 В . И на каждом конденсатор будет синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц и амплитудой 310 В . Важно помнить, что у параллельно соединенных конденсаторов одной и той же будет не только амплитуда, но и частота, и фаза напряжения .

И если с напряжением все вот так вот просто, то с током ситуация посложнее. Когда мы говорим про ток через конденсатор, то обычно имеем ввиду переменный ток . Вы ведь помните, что постоянные токи через конденсаторы не текут? Конденсатор для постоянного тока - это все равно, что разрыв цепи (на деле есть некоторое сопротивление утечки конденсатора, но им обычно пренебрегают, потому что оно очень велико). Переменные же токи вполне себе текут через конденсаторы, причем могут иметь при этом весьма и весьма большие амплитуды. Очевидно, что эти переменные токи вызываются некоторым переменными напряжениями, приложенными к конденсаторам. Итак, пусть у нас по-прежнему имеется три параллельно соединенных конденсатора с емкостями С1, С2 и С3. К ним приложено некоторое переменное напряжение с комплексной амплитудой . Из-за этого приложенного напряжения через конденсаторы будут течь некоторые переменные токи с комплексными амплитудами . Для наглядности давайте нарисуем картинку, на которой будут все фигурировать все эти величины. Она представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Ищем токи через конденсаторы

Прежде всего надо понять, как связаны токи с суммарным током источника. А связаны они, господа, все по тому же самому первому закону Кирхгофа , с которым мы уже знакомились в отдельной статье. Да, тогда мы его рассматривали в контексте постоянного тока. Но, оказывается, первый закон Кирхгофа остается верным и в случае переменного тока! Просто в этом случае надо использовать комплексные амплитуды токов. Итак, суммарный ток трех параллельно соединенных конденсаторов связан с общим током вот так

То есть общий ток фактически просто разделяется между тремя конденсаторами, тогда как суммарная его величина остается той же самой . Важно помнить еще одну важную вещь - частота тока и его фаза будет одна и та же для всех трех конденсаторов. Точно такая же частота и фаза будет и у суммарного тока I . Таким образом, различаться они будут только лишь амплитудой, которая будет у каждого конденсатора своя. Как же найти эти самые амплитуды токов? Очень просто! В статье про сопротивление конденсатора мы связали между собой ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе через сопротивление конденсатора. Сопротивление конденсатора мы легко можем посчитать, зная его емкость и частоту протекающего через него тока (помним, что для разной частоты конденсатор имеет разное сопротивление) по общей формуле:

Воспользовавшись этой замечательной формулой, мы можем найти сопротивление каждого конденсаторы:

Воспользовавшись этой формулой, мы легко находим ток через каждый из трех параллельно соединенных конденсаторов:

Общий ток в цепи, который втекает в узел А и вытекает потом из узла В, очевидно, равен

На всякий случай напомню еще раз, что это получилось на основании первого закона Кирхгофа . Заметьте, господа, один важный факт - чем больше емкость конденсатора, тем меньше его сопротивление и тем большая часть тока будет течь через него.

Давайте представим общий ток через три параллельно соединенных конденсатора как отношение приложенного к ним напряжения и некоторого эквивалентного общего сопротивления Z c∑ (которое нам пока неизвестно, но которое мы потом найдем) трех параллельно включенных конденсаторов:

Сокращая левую и правую части на U, получаем

Таким образом, получаем важный вывод: при параллельном соединении конденсаторов обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных конденсаторов. Если вы помните, то точно такой же вывод мы получили и при параллельном соединении резисторов .

А что происходит с емкостью? Какая будет общая емкость у системы из трех параллельно соединенных конденсаторов? Можно ли это как-то найти? Безусловно, можно! И, более того, мы почти это сделали. Давайте в нашу последнюю формулу подставим расшифровку сопротивлений конденсаторов. Тогда у нас получится примерна такая запись

После элементарных математических преобразований, доступных даже пятикласснику, получаем, что

Это наш очередной чрезвычайной важный вывод: суммарная емкость системы из нескольких параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Итак, мы рассмотрели основные моменты, касающиеся параллельного соединения конденсаторов. Давайте в сжатой форме резюмируем их все:

• Напряжение на всех трех параллельно соединенных конденсаторах одно и то же (по амплитуде, фазе и частоте);
• Амплитуда тока в цепи, содержащей параллельно соединенные конденсаторы, равна сумме амплитуд токов через отдельные конденсаторы. Чем больше емкость конденсатора, тем больше амплитуда тока через него. Фазы и частоты токов на всех конденсаторов одни и те же;
• При параллельном соединении конденсаторов обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных конденсаторов;
• Суммарная емкость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей всех конденсаторов.

Господа, если вы запомните и поймете эти четыре пункта, то, можно сказать, статью я писал не зря.

А теперь давайте для закрепления материала попробуем решить какую-нибудь задачу на параллельное соединение конденсаторов. Потому что, весьма вероятно, если вы ничего не слышали раньше про параллельное соединение конденсаторов, то все написанное выше может восприниматься просто как набор абстрактных буковок, которые не очень понятно как применять на практике. Поэтому, на мой взгляд, наличие приближенных к практике задач является неотъемлемой частью образовательного процесса. Итак, задача.

Допустим, у нас есть три параллельно соединенных конденсаторов с емкостями С1=1 мкФ , С2=4,7 мкФ и С3=22 мк Ф. К ним приложено переменное синусоидальное напряжение с амплитудой U max =50 В и частотой f=1 кГц . Требуется определить

а) напряжение на каждом из конденсаторов;

б) ток через каждый конденсатор и суммарный ток в цепи;

в) сопротивление каждого конденсатора переменному току и общее сопротивление;

г) общую емкость такой системы.

Начнем с напряжения. Мы помним, что на всех конденсаторах напряжение у нас одно и то же - то есть синусоидальное с частотой f=1 кГц и амплитудой U max =50 В. Предположим, что оно изменяется по синусоидальному закону. Тогда можно записать следующее

Вот мы и ответили на первый вопрос задачи. Осциллограмма напряжения на наших конденсаторах приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Осциллограмма напряжения на конденсаторах

Да, мы видим, что сопротивления у нас получились не только комплексные, но еще и со знаком минус. Однако вас это не должно смущать, господа. Это значит только то, что ток через конденсатор и напряжение на конденсаторе сдвинуты по фазе друг относительно друга, причем ток опережает напряжение . Да, мнимая единичка показывает тут только фазовый сдвиг и ничего больше. Для расчета амплитуды тока нам потребуется только модуль этого комплексного числа. Про все это говорилось уже в прошлых двух статьях (раз и два ). Возможно, это не совсем очевидно и требуется какая-либо наглядная иллюстрация этого дела. Это можно сделать на тригонометрическом круге и, надеюсь, немного позже, я подготовлю отдельную статью, посвященную этому, либо вы можете сами придумать, как это показать наглядно, пользуясь данными из моей статьи про комплексные числа в электротехнике.
Теперь ничего не мешает найти обратное общее сопротивление:

Находим общее сопротивление трех наших параллельно соединенных конденсаторов

Следует помнить, что это сопротивление верно исключительно для частоты 1 кГц . Для других частот значение сопротивления, очевидно, будет другое.

Следующим шагом рассчитаем амплитуды токов через каждый конденсатор. В расчете будем использовать модули сопротивлений (отбросим мнимую единицу), помня при этом, что сдвиг фаз между током и напряжением будет 90 градусов (то есть, если напряжение у нас меняется по закону синуса, то ток будет меняться по закону косинуса). Можно вести расчет и с комплексными числами, используя комплексные амплитуды тока и напряжения, но, на мой взгляд, в данной задаче проще просто учесть потом фазовые соотношения. Итак, амплитуды токов равны

Суммарная амплитуда тока в цепи, очевидно, равна

Мы можем себе позволить вот так вот складывать амлитуды сигналов, потому что у всех токов через параллельно соединенные конденсаторы у нас одна и та же частота и фаза. В случае невыполнения этого требования вот так вот просто взять и сложить нельзя.

Теперь, помня про фазовые соотношения, нам никто не мешает записать законы изменения тока через каждый конденсатор

И суммарный ток в цепи

Осциллограммы токов через конденсаторы приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Осциллограммы токов через конденсаторы

Ну и в завершении задачи самое простое - найдем общую емкость системы как сумму емкостей:

Кстати, эту емкость вполне можно использовать для расчета суммарного сопротивления трех параллельно соединенных конденсаторов. В качестве упражнения читателю предлагается самому в этом убедиться .

В заключение хотелось бы выяснить один, возможно, самый важный вопрос: а зачем вообще нужно на практике соединять конденсаторы параллельно ? Что это дает? Какие возможности нам открывает? Ниже по пунктам я обозначил основные моменты:

Ну а мы на этом заканчиваем, господа. Спасибо за внимание и до новых встреч!

Вступайте в нашу

И конденсатора

Когда к цепи (рис. 4.1) с параллельным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I C (емкостная составляющая общего тока) и ток в резисторе I C (активная составляющая).

Между токами I, I C и I R существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением Хс конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Рис. 4.3

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе I R отсутствует, тогда как между этим напряжением и током в конденсаторе I C равен -90° (т.е. ток опережает напряжение на 90). При этом сдвиг между полным током I и напряжением U цепи определяется соотношением между проводимостями В C и G. Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 4.3).

В треугольнике проводимостей G=l/R, Вс=1/Хс, a Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи в См, тогда как G - активная, а В C -реактивная (емкостная) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных токов в параллельных ветвях невозможно. Но в векторной форме: .

Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника проводимости:

Действующее значение полного тока цепи:

Полная проводимость цепи:

; ,

где Z - полное сопротивление цепи;

Угол сдвига фаз:

Активная и реактивная проводимости:

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора измерьте действующие значения тока в резисторе I R и конденсаторе I C , полный ток I и вычислите угол сдвига фаз, полное сопротивление цепи Z и емкостную реактивную проводимость В C .

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

· Выполните измерения U, I, I C , I R и занесите результаты в таблицу 4.1

Таблица 4.1

· Вычислите и запишите в таблицу:

Фазовый угол

Активные проводимость цепи и сопротивление цепи

Емкостные реактивные проводимость и сопротивление цепи

Полные проводимость и сопротивление цепи

· Сравните результаты вычислений с результатами виртуальных измерений (если они есть).

· Постройте векторную диаграмму токов (рис. 4.5) и треугольник проводимостей (рис.4.6).

Рис. 4.5 Рис. 4.6

Контрольные вопросы:

1. Дать определения полной, активной, емкостной проводимостей.
2. Дать физическое толкование угла сдвига фаз между током и напряжением
3. Какой вид имеет временная диаграмма напряжений и тока при параллельном соединении R и C-цепей?
4. Начертите векторные диаграммы для разветвленной цепи с активно-индуктивной нагрузкой.
5. Как рассчитать проводимости для параллельного соединения резистора и идеального конденсатора?
6. Пояснить, что такое R,X,Z,G,B,Y. Какие соотношения связывают их между собой?
7. Как определить ток в неразветвленной части цепи переменного тока, если известны токи в параллельных ветвях?
8. Как изменится активная мощность исследуемой цепи при изменении емкости?

Лабораторная работа 5

Oпределение: Переменными называют токи и напряжения, изменяющиеся во времени, по величине и направлению. Их величина в любой момент времени называется мгновенным значением. Обозначаются мгновенные значения малыми буквами: i, u, e, p.

Токи, значения которых повторяются через равные промежутки времени, называются периодическими. Наименьший промежуток времени, через который наблюдаются их повторения, называется периодом и обозначается буквой Т. Величина, обратная периоду, называется частотой, т.е. и измеряется в герцах (Гц). Величина называется угловой частотой переменного тока, она показывает изменение фазы тока в единицу времени и измеряется в радианах, деленных на секунду

Максимальное значение переменного тока или напряжения называется амплитудой. Оно обозначается большими буквам с индексом ""m"" (например, I m). Существует также понятие, действующего значения переменного тока (I). Количественно оно равно:

что для синусоидального характера изменения тока соответствует

Переменный ток можно математически записать в виде:

Здесь индекс выражает начальную фазу. Если синусоида начинается в точке пересечения осей координат, то = 0, тогда

Начальное значение тока может быть слева или справа от оси ординат. Тогда начальная фаза будет опережающей или отстающей.

1.2. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Электрический ток в проводниках непрерывно связан с магнитным и электрическими полями.
Элементы, характеризующие преобразование электромагнитной энергии в тепло, называются активными сопротивлениями (обозначаются R).
Элементы, связанные с наличием только магнитного поля, называются индуктивностями.
Элементы, связанные с наличием электрического поля, называются емкостями.
Типичными представителями активных сопротивлений являются резисторы, лампы накаливания, электрические печи и т.д.
Индуктивностью обладают катушки реле, обмотки электродвигателей и транс-форматоров. Индуктивное сопротивление подчитывается по формуле:

где L - индуктивность.
Емкостью обладают конденсаторы, длинные линии электропередачи и т.д.
Емкостное сопротивление подсчитывается по формуле:

где С - емкость.
Реальные потребители электрической энергии могут иметь и комплексное значение сопротивлений. При наличии R и L значение суммарного сопротивления Z подсчитывается по формуле:

Аналогично ведется подсчет Z и для цепи R и С:

Потребители с R, L, C имеют суммарное сопротивление:

1.3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ R,
КОНДЕНСАТОРА С И ИНДУКТИВНОСТИ L

Рассмотрим цепь с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, включенными последовательно (рис. 1.3.1).

Для анализа схемы разложим напряжение сети U на три составляющие:
U R - падение напряжения на активном сопротивлении,
U L - падение напряжения на индуктивном сопротивлении,
U C - падение напряжения на емкостном сопротивлении.

Ток в цепи I будет общим для всех элементов:

Проверку производят по формуле:

Следует отметить, что напряжения на отдельных участках цепи не всегда совпадают по фазе с током I.
Так, на активном сопротивлении падение напряжения совпадает по фазе с током, на индуктивном оно опережает по фазе ток на 90° и на емкостном - отстает от него на 90°.
Графически это можно показать на векторной диаграмме (рис. 1.3.2).

Изображенные выше три вектора падения напряжений можно геометрически сложить в один (рис. 1.3.3).

В таком соединении элементов возможны активно-индуктивный или активно-емкостный характеры нагрузки цепи. Следовательно, фазовый сдвиг имеет как положительный, так и отрицательный знак.
Интересным является режим, когда = 0.
В этом случае

Такой режим работы схемы называется резонансом напряжений.
Полное сопротивление при резонансе напряжений имеет минимальное значение:
, и при заданном напряжении U ток I может достигнуть максимального значения.
Из условия определим резонансную частоту

Явления резонанса напряжений широко используется в радиотехнике и в отдель-ных промышленных установках.

1.4. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА И КАТУШКИ,
ОБЛАДАЮЩЕЙ АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ИНДУКТИВНОСТЬЮ

Рассмотрим цепь параллельного включения конденсатора и катушки, обладающей активным сопротивлением и индуктивностью (рис. 1.4.1).

В этой схеме общим параметром для двух ветвей является напряжение U. Первая ветвь - индуктивная катушка - обладает активным сопротивлением R и индуктивностью L. Результирующее сопротивление Z 1 и ток I 1 определяются по формуле:

Поскольку сопротивление этой ветви комплексное, то ток в ветви отстает по фазе от напряжения на угол .

Покажем это на векторной диаграмме (рис. 1.4.2).

Спроецируем вектор тока I 1 на оси координат. Горизонтальная составляющая тока будет представлять собой активную составляющую I 1R , а вертикальная - I 1L . Количественные значения этих составляющих будут равны:

Во вторую ветвь включен конденсатор. Его сопротивление

Этот ток опережает по фазе напряжение на 90°.
Для определения тока I в неразветвленной части цепи воспользуемся формулой:

Его значение можно получить и графическим путем, сложив векторы I 1 и I 2 (рис. 1.4.3)
Угол сдвига между током и напряжением обозначим буквой j .
Здесь возможны различные режимы в работе цепи. При = +90° преобладающим будет емкостный ток, при = -90° - индуктивный.
Возможен режим, когда = 0, т.е. ток в неразветвленной части цепи I будет иметь активный характер. Произойдет это в случае, когда I 1L = I 2 , т.е. при равенстве реактивных составляющих тока в ветвях.

На векторной диаграмме это будет выглядеть так (рис. 1.4.4):

Такой режим называется резонансом токов. Также как в случае с резонансом на-пряжений, он широко применяется в радиотехнике.
Рассмотренный выше случай параллельного соединения R, L и C может быть также проанализирован с точки зрения повышения cosj для электроустановок. Известно, что cosj является технико-экономическим параметром в работе электроустановок. Определяется он по формуле:

Р - активная мощность электроустановок, кВт,
S - полная мощность электроустановок, кВт.
На практике cosj определяют снятием со счетчиков показаний активной и реактивной энергии и, разделив одно показание на другое, получают tgj .
Далее по таблицам находят и cosj .
Чем больше cosj , тем экономичнее работает энергосистема, так как при одних и тех же значениях тока и напряжения (на которые рассчитан генератор) от него можно получить большую активную мощность.
Снижение cosj приводит к неполному использованию оборудования и при этом уменьшается КПД установки. Тарифы на электроэнергию предусматривают меньшую стоимость 1 киловатт-часа при высоком cosj , в сравнении с низким.
К мероприятиям по повышению cos относятся:
- недопущение холостых ходов электрооборудования,
- полная загрузка электродвигателей, трансформаторов и т.д.
Кроме этого, на cosj , положительно сказывается подключение к сети статических конденсаторов.

В этом и заключается принцип действия делителя напряжения: он делит входное напряжение любой амплитуды (от нуля до некоторого максимального значения, зависящего от напряжения пробоя элементов, мощности рассеивания и некоторых других факторов) в некоторое число раз (от нуля до бесконечности), которое всегда неизменно и только от элементов делителя напряжения.

В частном случае, когда всех резисторов одинаковы, падение напряжения на каждом резисторе тоже одинаково. Если резисторов два, то напряжение в средней точке равно половине напряжения питания - благодаря этому стало возможным питать ОУ от однополярного источника питания. В последнем случае обоих резисторов может быть сколь угодно большим, но, так как при увеличении резисторов делителя увеличивается и его выходное (когда обоих резисторов равны, выходное равно сопротивлению одного из резисторов), то, для уменьшения его, параллельно одному из резисторов (обычно R2 - если собрано по схеме с общим минусом) подключают фильтрующий . Его емкость должна быть такой, чтобы τ = R BUX (МОм) х С (мкФ) равнялась 0,1…0,5. Если она будет меньше - эффект окажется незаметным; если больше - будет слишком долго заряжаться, т. е. длительность переходных процессов (имеется в виду «переход» из состояния «выключено» в состояние «включено») резко увеличится. Во время переходных процессов сигнал на выходе обычно «неправильный» (например, на выходе может появиться большой амплитуды), через выход может протекать слишком большой ток, который может повредить выходные элементы или ее нагрузку. Поэтому длительность переходных процессов должна быть поменьше.

Благодаря конденсатору, обладающему небольшим на высоких частотах, выходное делителя напряжения на переменном токе уменьшается. При этом «и овцы целы, и волки сыты»: мы сэкономили и на потребляемом делителем токе (ведь для уменьшения его выходного «сопротивляется» изменению напряжения на нем через цепь ООС ОУ, тем слабей ОУ искажает усиливаемый сигнал. На практике резисторов делителя обычно выбирают равными 100 кОм, а емкость конденсатора - 47 мкФ. Это так называемая «золотая середина», идеальное соотношение номиналов элементов.

Наряду с обычными делителями напряжения, в электронике довольно часто используются так называемые «двойные делители» (рис. 3.21,6). Такие делители незаменимы в тех случаях, когда контролируемое напряжение выходит за рамки максимально допустимого для данной : например, напряжение питания ОУ (контролирующий орган) - 20 В однополярного напряжения (+U,), а контролируемое напряжение U 2 может быть в пределах, например, -10…+30 В. Причем, для нормальной работы ОУ, при U., = -10 В напряжение на входе ОУ не должно быть меньше -U, + ЗВ = 0В + ЗВ = ЗВ, а при напряжении + 30 В – +U, – 3 В = 20В-3 В=17В. Проще всего сделать это именно при помощи двойного делителя напряжения.

Рассчитать двойной теоретически (т. е. по формулам) очень сложно, так как при его работе происходит перераспределение токов (ток через R3 может быть как положительным - тогда он увеличивает напряжение на выходе делителя, так и отрицательным), учесть которое довольно сложно, а формулы получаются «многоэтажными». Поэтому рассчитывать подобные делители лучше всего практически - заменив постоянные переменными (рис. 3.21, в) и подав на схему номинальные напряжения. Если напряжение U, - высоковольтное и у вас нет желания рисковать здоровьем, то все напряжения (+U, и U,) можно уменьшить в несколько раз (если, например, +U, = 30 В, a U, =-10…+200 В, то их можно уменьшить до +3 В и -1…+20 В или до +6 В и -2…+40 В). Но при этом во столько же раз нужно будет уменьшить и «ожидаемое» выходное напряжение.

Переключатель - максимальные и минимальные значения контролируемого напряжения. Очевидно, что если при этих значениях выходное напряжение будет в пределах нормы, то и при любых других значениях контролируемого напряжения, больше минимальных, но меньше максимальных, оно не выйдет за границы.

Допустим, что контакт переключателя SA находится в указанном на схеме положении. Поочередно вращая движки резисторов R1 и R3, добиваются, чтобы показывал «17 В». После этого переключают и, если показывает меньше 3 В - немножко уменьшают резистора R1 или увеличивают резистора R3, а если больше - делают все наоборот. После этого снова меняют положение движка переключателя и вращают движок другого резистора (не того, которого вы «крутили» перед этим) - и так продолжают, пока не добьются своего. Если при переключении переключателя напряжение на выходе изменяется в слишком малом диапазоне (например, +7…+13 В), нужно уменьшить сопротивления одного резистора относительно другого (других) останется неизменным, протекающий через ток изменится, а напряжение на выходе делителя - нет. Изменять всех резисторов можно в любое число раз, как целое, так и дробное.