تطبيقات مجزئات الجهد
لمجزئات الجهد آلاف التطبيقات المختلفة؛ فهي توجد في معظم الدوائر التي يستخدمها مهندسو الكهرباء. فيما يلي سنذكر القليل من التطبيقات الكثيرة لمجزئات الجهد.
على سبيل المثال: مقياس التسارع ADXL345 يسمح بجهد دخل أقصى قيمته 3.3V، لذلك إذا قمت بمحاولة توصيله ببطاقة أردوينو (افرض أنها تعمل بجهد قيمته 5V) فيجب أن يتم عمل شيء ما لتخفيض قيمة ذلك الجهد من 5V إلى 3.3V. ماذا عن مجزئ الجهد! كل ما نحتاجه هو زوج من المقاومات النسبة بينهما تؤدي إلى تجزيئ الجهد 5V إلى 3.3V. غالباً تقع قيمة المقاومات المناسبة للقيام بتلك الوظيفة في مدى يتراوح بين 1KΩ و 10KΩ.
المقاومات بقيمة 3.3 KΩ (ذات الشرائط: برتقالي، برتقالي، أحمر) تمثل R2، بينما المقاومات الأخرى بقيمة 1.8KΩ تمثل R1.
مثال لمجزئ جهد على لوح تجارب لتحويل المستوى من إشارات 5V إلى 3.24V.
ضع في اعتبارك أن هذا الحل يعمل في اتجاه واحد فقط؛ حيث أنه لا يمكننا أن نقوم برفع قيمة الجهد إلى قيمة أعلى باستخدام مجزئ جهد فقط.
أي تيار بتطلبه الحمل لا بد أن يسري خلال R1، هذا التيار والجهد حول R1 ينتج عنهما قدرة (power) يتم تبديدها على شكل حرارة. إذا تجاوزت تلك القدرة القدرة القصوى للمقاوم (تتراوح غالباً بين ⅛W و 1W) فعندها تصبح الحرارة المتولدة مشكلة، ومن الممكن أن تؤدي إلى احتراق أو ذوبان المقاوم.
هذا أقل ما يمكن ذكره بخصوص عدم استخدام مجزئ الجهد كمصدر للطاقة. احرص دائماً على عدم استخدام مجزئ الجهد كمصدر للجهد لأي شيء حتى لو كان يتطلب قدراً ضئيلاً من الطاقة
إذا كنت تحتاج لخفض جهد ما لاستخدامه كمصدر للطاقة فيمكنك استخدام منظمات جهد
مقياس الجهد الانزلاقي (البوتنشوميتر) (Potentiometers)
مقياس الجهد الانزلاقي هو عبارة عن مقاوم متغير (variable resistor) يمكن استخدامه كمجزئ جهد قابل للضبط.
يوجد بداخل البوتنشوميتر مقاوم وحيد ومسّاحة (wiper) تقسم المقاوم إلى جزأين، ويمكن تحريكها لضبط النسبة بين قيمتي هذين الجزأين. من الخارج غالباً ما يكون هناك ثلاثة أطراف؛ طرفان يتم توصيلهما بطرفي المقاوم، والطرف الثالث يتم توصيله بالمسّاحة الخاصة بالبوتنشوميتر.
الرمز التخطيطي لبوتنشوميتر. الطرفان 1 و3 متصلان بطرفي المقاوم، والطرف 2 متصل بالمسّاحة.
إذا تم توصيل الطرفين الخارجيين بمصدر جهد (أحد الطرفين بالأرضي والآخر بـ Vin) فإن الطرف الخاص بالخرج Vout سيحاكي مجزئ جهد. قم بإدارة البوتنشوميتر في اتجاه معين بأقصى قدر ممكن وستجد أن جهد الخرج إما أن يساوي صفراً أو يساوي قيمة قريبة من جهد الدخل، أما إذا أدرته في الاتجاه المعاكس بأقصى قدر ممكن فسيحدث العكس. أما إذا تم وضع المسّاحة في المنتصف فسنحصل على جهد خرج يساوي نصف جهد الدخل.
تأتي مقاييس الجهد الانزلاقية (البوتنشوميترات) بأشكال مختلفة، ولكل من تلك الأشكال تطبيقات خاصة به. حيث يمكن أن تُستخدم في إنشاء جهد مرجعي أو ضبط محطات الراديو أو تقدير موضع عصا التحكم، وغير ذلك آلاف التطبيقات التي تتطلب جهد دخل قابل للتغيير.
تأتي مقاييس الجهد الانزلاقية (البوتنشوميترات) بأشكال مختلفة، ولكل من تلك الأشكال تطبيقات خاصة به. حيث يمكن أن تُستخدم في إنشاء جهد مرجعي أو ضبط محطات الراديو أو تقدير موضع عصا التحكم، وغير ذلك آلاف التطبيقات التي تتطلب جهد دخل قابل للتغيير.
قراءة أجهزة الاستشعار المُقاوِمة (Resistive Sensors)
العديد من أجهزة الاستشعار التي نستخدمها في عالمنا الحقيقي هي عبارة عن أجهزة مُقاومة بسيطة. الخلية الضوئية (photocell) على سبيل المثال هي عبارة عن مقاوم تتناسب قيمة مقاومته مع كمية الضوء الساقط عليه. هناك أجهزة أخرى هي في الأساس مقاومات متغيرة مثل أجهزة الاستشعار المرنة (flex sensors) والمقاوِمات المستشعرة للقوة (force-sensitive resistors) والمقاومات الحرارية (thermistors).
لقد اتضح أن المتحكمات الدقيقة (microcontrollers) يمكنها قياس الجهد بسهولة (على الأقل التي تحتوي على محولات تناظرية رقمية بداخلها). من خلال إضافة مقاوم آخر إلى جهاز الاستشعار المُقاوم يمكننا أن نحصل على مجزئ جهد. وبمعرفة خرج مجزئ الجهد يمكننا أن نقوم بحساب قيمة مقاومة جهاز الاستشعار.
على سبيل المثال:
تتراوح المقاومة الخاصة بالخلية الضوئية بين 1KΩ في الضوء وحوالي 10KΩ في الظلام. وإذا قمنا بإضافة مقاومة ثابتة في مكان ما بالمنتصف يمكننا الحصول على مجزئ جهد.
لقد اتضح أن المتحكمات الدقيقة (microcontrollers) يمكنها قياس الجهد بسهولة (على الأقل التي تحتوي على محولات تناظرية رقمية بداخلها). من خلال إضافة مقاوم آخر إلى جهاز الاستشعار المُقاوم يمكننا أن نحصل على مجزئ جهد. وبمعرفة خرج مجزئ الجهد يمكننا أن نقوم بحساب قيمة مقاومة جهاز الاستشعار.
على سبيل المثال:
تتراوح المقاومة الخاصة بالخلية الضوئية بين 1KΩ في الضوء وحوالي 10KΩ في الظلام. وإذا قمنا بإضافة مقاومة ثابتة في مكان ما بالمنتصف يمكننا الحصول على مجزئ جهد.
الخلية الضوئية تشكل نصف مجزئ الجهد. يتم قياس الجهد لإيجاد مقاومة مستشعر الضوء.
تحول المستوى (Level Shifting)....
تقوم المستشعرات الأكثر تعقيداً بنقل قراءاتها باستعمال واجهات تسلسلية أعقد، مثل UART أو SPI أو I2C. العديد من هذه المستشعرات تعمل بجهد منخفض نسبياً من أجل الحفاظ على الطاقة. لسوء الحظ أحياناً نجد أن هذه المستشعرات منخفضة الجهد يتم توصيلها في النهاية بمتحكم دقيق يعمل بجهد ذي قيمة أكبر، وهذا ما يؤدي إلى مشكلة تحول المستوى. هذه المشكلة توجد لها العديد من الحلول تتضمن تجزيء الجهد.على سبيل المثال: مقياس التسارع ADXL345 يسمح بجهد دخل أقصى قيمته 3.3V، لذلك إذا قمت بمحاولة توصيله ببطاقة أردوينو (افرض أنها تعمل بجهد قيمته 5V) فيجب أن يتم عمل شيء ما لتخفيض قيمة ذلك الجهد من 5V إلى 3.3V. ماذا عن مجزئ الجهد! كل ما نحتاجه هو زوج من المقاومات النسبة بينهما تؤدي إلى تجزيئ الجهد 5V إلى 3.3V. غالباً تقع قيمة المقاومات المناسبة للقيام بتلك الوظيفة في مدى يتراوح بين 1KΩ و 10KΩ.
المقاومات بقيمة 3.3 KΩ (ذات الشرائط: برتقالي، برتقالي، أحمر) تمثل R2، بينما المقاومات الأخرى بقيمة 1.8KΩ تمثل R1.
مثال لمجزئ جهد على لوح تجارب لتحويل المستوى من إشارات 5V إلى 3.24V.
ضع في اعتبارك أن هذا الحل يعمل في اتجاه واحد فقط؛ حيث أنه لا يمكننا أن نقوم برفع قيمة الجهد إلى قيمة أعلى باستخدام مجزئ جهد فقط.
مجزئات الجهد كمزودات طاقة....
قد يبدو من السهل أن نستخدم مجزئ جهد لتخفيض جهد مزود طاقة (power supply) -مثلاً- من 12V إلى 5V، إلا أنه لا يجب استخدام مجزئات الجهد لتزويد الطاقة إلى حمل (load) ما على الإطلاق.هذا أقل ما يمكن ذكره بخصوص عدم استخدام مجزئ الجهد كمصدر للطاقة. احرص دائماً على عدم استخدام مجزئ الجهد كمصدر للجهد لأي شيء حتى لو كان يتطلب قدراً ضئيلاً من الطاقة
إذا كنت تحتاج لخفض جهد ما لاستخدامه كمصدر للطاقة فيمكنك استخدام منظمات جهد
(voltage regulators)
أو مزودات الطاقة المتغيرة ...