מחלק מתח

באלקטרוניקה, מחלק מתח הוא מעגל חשמלי ליניארי ופשוט אשר המתח החשמלי במוצאו (המסומן V_out) הוא רק חלק מהמתח החשמלי במבואו (המסומן V_in). המונח חלוקת מתח מתייחס לאופן שבו, על-פי חוק המתחים של קירכהוף, על כל אחד מרכיבי המעגל החשמלי נופל חלק יחסי מהמתח אשר מוזן למעגל.

שימוש נפוץ במחלק מתח הוא קבלת מתח רצוי במעגל שבו קיימים מקורות מתח קבועים. הדוגמה הפשוטה ביותר למחלק מתח היא חיבור טורי של שני נגדים. נגדים משתנים רבים מכילים 3 הדקים, כאשר 2 הקיצוניות הן קבועות, והאמצעית משתנה בהתאם לכיוונון הנגד ומהווה מוצא של מחלק מתח. במעגלי זרם חילופין, מחלקי מתח מתארים הנחתת אותות כתלות בתדירות שלהם.

מחלק מתח המורכב משני נגדים

חיבור של שני נגדים כמחלק מתח

מחלק מתח פשוט מורכב משני נגדים בחיבור טורי בין מקור מתח לבין הארקה. ההתנגדות השקולה של שני הנגדים היא R₁+R₂. על-פי חוק אוהם, הזרם במעגל הוא:

$I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{R_{1}+R_{2}}}$

לכן המתח על הנגד R₂, שהוא מתח המוצא, יהיה:

$V_{\mathrm {out} }=V_{\mathrm {2} }=I_{2}\cdot R_{2}=({\frac {V_{\mathrm {in} }}{R_{1}+R_{2}}})\cdot R_{2}=V_{\mathrm {in} }\cdot {\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$

לפיכך, מוצאו של מחלק המתח הוא פי ${\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$ מהמתח במבוא.

לדוגמה, כדי לקבל במוצא מחצית ממתח המבוא, יש להשתמש בשני נגדים בעלי התנגדות זהה:

$V_{\mathrm {out} }={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{1}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {R_{1}}{2\cdot R_{1}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {1}{2}}\cdot V_{\mathrm {in} }$

זרם חילופין

מחלק מתח עם עכבות כלשהן

במעגלי זרם חילופין, מתח המוצא מתחלק בין עכבות כלשהן Z₁ ו-Z₂ שיכולות להיות של נגדים, קבלים וסלילי השראה. במעגל כזה, הקשר בין משרעת המתח למשרעת הזרם במצב סינוסי מתמיד הוא:

$V_{\mathrm {in} }=I\cdot (Z_{1}+Z_{2})$

אם מתח המוצא הוא:

$V_{\mathrm {out} }=I\cdot Z_{2}$

ועל ידי הצבת הזרם:

$I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{Z_{1}+Z_{2}}}$

מתקבל מתח המוצא כתלות במתח המבוא:

$V_{\mathrm {out} }=V_{\mathrm {in} }\cdot {\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}$

מתח המוצא שווה למכפלה של מתח המבוא בגודל:

$H={\frac {V_{out}}{V_{in}}}={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}$

זהו גודל מרוכב שתלוי בתדירות מקור המתח ונקרא פונקציית התמסורת. הערך המוחלט שלה הוא היחס בין משרעת מתח המוצא למשרעת מתח המבוא והזווית שלו בהצגה קוטבית היא הפרש המופע בין המבוא למוצא.

הנוסחאות המתארות את מחלק הזרם דומות לאלו של מחלק המתח, אך המונה מכיל את גודלה של העכבה שבין המקור למוצא (בניגוד למחלק מתח, בו המונה מכיל את העכבה שבין המוצא להארקה).

מסנן מעביר נמוכים

מחלק מתח המורכב מנגד וקבל

מעגל RC הוא דוגמה למחלק מתח המורכב מנגד וקבל. כאשר מתח המוצא הוא המתח על הקבל, מעגל זה מתפקד כמסנן המעביר תדרים נמוכים. עכבת הקבל היא:

$Z_{2}={\frac {1}{j\omega C}}$

כאשר C הקיבול של הקבל, j היחידה המדומה, ו-ω התדירות הזוויתית של אות הכניסה.

היחס שנוצר במחלק המתח הוא:

${V_{\mathrm {out} } \over V_{\mathrm {in} }}={Z_{\mathrm {2} } \over Z_{\mathrm {1} }+Z_{\mathrm {2} }}={{1 \over j\omega C} \over {1 \over j\omega C}+R}={1 \over 1+j\omega \ RC}$.

היחס בין מתח המוצא למתח הכניסה תלוי בתדירות של אות הכניסה. מאחר שתדר אות הכניסה מופיע במכנה, מתח המוצא יקטן ככל שהתדר יגדל - וזהו למעשה מסנן אשר מעביר תדרים נמוכים, ומנחית תדרים גבוהים. מתח קבוע יעבור כמו שהוא למוצא, ובחיבור מקור מתח סינוסי לכניסה, מתח המוצא יהיה סינוסי באותה התדירות אך במשרעת שתלך ותקטן ככל שהתדירות גדולה יותר.

השפעת העומס

R₃ מהווה נגד עומס

המתח שבמוצא המעגל תלוי רק במרכיבי מחלק המתח, אך כאשר מחברים רכיבים נוספים כעומס על המוצא, הם למעשה מתחברים במקביל ל-Z₂ ובכך נוצרת עכבה שקולה חדשה שמחוברת כולה בטור אל Z₁. לפיכך, כאשר מתכננים מחלק מתח שמיועד להתחבר אליו עומס - יש להתחשב גם בהשפעת עכבת העומס על מתח המוצא.

ראו גם

• חוקי קירכהוף

קישורים חיצוניים

• מידע על מחלק המתח באתר Mobile-ic.net

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

22367837מחלק מתח