Жан-Поль Эймишен - Электроника?.. Нет ничего проще!

Рис. 5. Делитель высокого напряжения U вх; сопротивление Rсостоит из большого количества резисторов, благодаря чему напряжение на каждом резисторе не слишком высокое.

Отношение напряжения на выходе к напряжению на входе делителя равно:

Н. — Хорошо. На мой взгляд, все это правильно, но почему сопротивление R состоит из нескольких последовательно соединенных резисторов?

Л. — Я нарисовал всего лишь четыре резистора, а на самом деле их придется поставить более ста, чтобы на выводах каждого из них было не более 300 в. За исключением специальных моделей резисторы не выдерживают большего напряжения. Но обрати внимание, что, несмотря на деление, полученное напряжение все еще относительно велико. Не забывай, что наше напряжение переменное и, следовательно, неизбежно проявляется паразитная емкость С , параллельная резистору r ; это емкость соединительных проводов и емкость входа твоего электронного устройства, на которое ты подашь снятое с r напряжение.

Н. — Ну и что же? Мне от этого не жарко и не холодно.

Л. — Да от этого у тебя должны мурашки по спине бежать. На данной частоте твой конденсатор С может иметь не бесконечное сопротивление по сравнению с сопротивлением резистора r , тогда кратность твоего делителя напряжения упадет.

Н. — Транзистор меня побери! Об этом-то я не подумал! Неужели ничего нельзя сделать? А, вот и придумал: нужно уменьшить R и r !

Л. — Осторожно, иначе ты чрезмерно увеличишь расход энергии от источника U вх . Может случиться так, что источник будет не в состоянии дать требуемую энергию, а кроме того, это привело бы к рассеянию на резисторах R чрезмерного количества энергии.

Н. — Мне пришла идея! Раз все наши неприятности происходят из-за паразитной емкости на выводах резистора r , то положение, вероятно, можно исправить, если поместить на выводах резисторов R соответствующий конденсатор.

Л. — Очень хорошо. Незнайкин, превосходная идея. Так действительно и делают, при этом компенсация будет безукоризненной, если (рис. 6) RC 1= rС 2, где С 2 — паразитная емкость.

Рис. 6. Для создания апериодического делителя напряжения R— r(чтобы отношение U вх/ U выхне зависело от частоты) необходимо сделать RC 1= rС 2.

Можно еще упростить схему, если ограничить ее применение не слишком низкими частотами; тогда получим емкостный делитель напряжения, схему которого я изобразил на рис. 7.

Рис. 7. В тех случаях, когда приходится иметь дело только с переменными напряжениями, делитель напряжения можно сделать на двух конденсаторах.

Я предполагаю, что входное сопротивление R вх прибора, на который подается уменьшенное делителем напряжение U вых , почти бесконечно по сравнению с реактивным сопротивлением С 2 ; я могу сказать, что в каждый полупериод через С 1 и С 2 проходят одинаковые заряды. Отсюда можно вывести, что U вых· С 2= ( U вх— U вых)· С 1откуда получаем…

Н. — Нужный результат; я полностью тебе в этом доверяю.

Л. — Одной строки расчетов достаточно, чтобы установить, что

Н. — Это почти такая же формула, что и для делителя напряжения на резисторах. И я уже догадываюсь, сейчас ты скажешь, что паразитная емкость не имеет значения, что достаточно уменьшить С 2…

Л. — Совершенно верно. Незнайкин, ты делаешь успехи, прими мои поздравления.

Н. — Прошу тебя, не надо лишнего, я всегда такой. Но Несомненно здесь нас ожидают такие же неприятности с конденсатором С 1 , какие мы испытали минуту тому назад с резистором R . На этот конденсатор обрушивается все напряжение U вх , и ты наверное предложишь включить последовательно целую сотню?

Л. — Совсем нет, и именно в этом заключается основное достоинство делителя напряжения этого типа: конденсатор С 1 имеет очень малую емкость, и поэтому очень легко сделать, чтобы он выдерживал все напряжение U вх . Например, можно воспользоваться куском высоковольтного кабеля с внешней медной оплеткой и с полиэтиленовой изоляцией, как в коаксиальном кабеле. Используя в качестве обкладок конденсатора центральную жилу и металлическую оплетку, можно легко получить емкость С 1 в несколько пикофарад.

Н. — Мне в голову пришла одна занятная идея.

Л. — Вообще это довольно опасно, но тем не менее скажи, что тебя осенило.

Н. — Твоя шутка оказалась неудачной, моя идея как раз имеет целью устранить опасность. Речь пойдет об измерении напряжения на высоковольтных воздушных линиях, рассчитанных на 60 000 или 200 000 в. Внизу на расстоянии в несколько десятков метров от токонесущих проводников можно было бы расположить параллельно им провод, который будет выполнять роль второй обкладки конденсатора С 1 (рис. 8), вот и весь фокус!

Рис. 8. Емкостный делитель очень высоких напряжений: конденсатор С 1образован высоковольтной линией и расположенным неподалеку от нее проводом.

Л. — Еще раз прими мои поздравления, дорогой Незнайкин. Твоя идея уже применяется. Однако ее практическое осуществление сопряжено с некоторыми трудностями (нужно всегда одинаково располагать вторую обкладку конденсатора C 1 относительно высоковольтного провода, учитывать наличие других высоковольтных проводников поблизости от интересующего нас провода). Своей идеей ты даешь мне повод рассказать тебе о преобразователях электрического поля. Описанное тобою устройство представляет собой один из таких преобразователей, но его можно применять лишь для переменных электрических полей.