מחלק מתח

באלקטרוניקה, מחלק מתח הוא מעגל חשמלי ליניארי ופשוט אשר המתח החשמלי במוצאו (המסומן Vout) הוא רק חלק מהמתח החשמלי במבואו (המסומן Vin). 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 לכוונון הנגד ומהווה מוצא של מחלק מתח. במעגלי זרם חילופין, מחלקי מתח מתארים הנחתת אותות כתלות בתדירות שלהם. 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 = V i n R 1 + R 2 {\displaystyle I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{R_{1}+R_{2}}}} לכן המתח על הנגד R2, שהוא מתח המוצא, יהיה: V o u t = V 2 = I 2 ⋅ R 2 = ( V i n R 1 + R 2 ) ⋅ R 2 = V i n ⋅ R 2 R 1 + R 2 {\displaystyle 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 R 2 R 1 + R 2 {\displaystyle {\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}} מהמתח במבוא. לדוגמה, כדי לקבל במוצא מחצית ממתח המבוא, יש להשתמש בשני נגדים בעלי התנגדות זהה: V o u t = R 2 R 1 + R 2 ⋅ V i n = R 1 R 1 + R 1 ⋅ V i n = R 1 2 ⋅ R 1 ⋅ V i n = 1 2 ⋅ V i n {\displaystyle 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} }} במעגלי זרם חילופין, מתח המוצא מתחלק בין עכבות כלשהן Z1 ו-Z2 שיכולות להיות של נגדים, קבלים וסלילי השראה. במעגל כזה, הקשר בין פאזור המתח לפאזור הזרם במצב סינוסי מתמיד הוא: V i n = I ⋅ ( Z 1 + Z 2 ) {\displaystyle V_{\mathrm {in} }=I\cdot (Z_{1}+Z_{2})} אם פאזור מתח המוצא הוא: V o u t = I ⋅ Z 2 {\displaystyle V_{\mathrm {out} }=I\cdot Z_{2}} ועל ידי הצבת פאזור הזרם: I = V i n Z 1 + Z 2 {\displaystyle I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{Z_{1}+Z_{2}}}} מתקבל פאזור מתח המוצא כתלות בפאזור מתח המבוא: V o u t = V i n ⋅ Z 2 Z 1 + Z 2 {\displaystyle V_{\mathrm {out} }=V_{\mathrm {in} }\cdot {\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}} פאזור מתח המוצא שווה למכפלת פאזור מתח המבוא בגודל H {\displaystyle H} : H = V o u t V i n = Z 2 Z 1 + Z 2 {\displaystyle H={\frac {V_{out}}{V_{in}}}={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}} H {\displaystyle H} הוא גודל מרוכב התלוי בתדירות מקור המתח ונקרא פונקציית התמסורת. המודול של פונקציית התמסורת הוא היחס בין משרעת מתח המוצא למשרעת מתח המבוא. מופע פונקציית התמסורת בהצגה קוטבית הוא הפרש המופע בין המבוא למוצא. הנוסחאות המתארות מחלק זרם דומות לאלו של מחלק מתח, אך המונה מכיל את גודלה של העכבה שבין המקור למוצא (בניגוד למחלק מתח, בו המונה מכיל את העכבה שבין המוצא להארקה). 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 = 1 j ω C {\displaystyle Z_{2}={\frac {1}{j\omega C}}} כאשר C {\displaystyle C} הוא הקיבול הקבל, j {\displaystyle j} היא היחידה המדומה, ו־ ω {\displaystyle \omega } היא התדירות הזוויתית של אות הכניסה. היחס שנוצר במחלק המתח הוא: V o u t V i n = Z 2 Z 1 + Z 2 = 1 j ω C 1 j ω C + R = 1 1 + j ω R C {\displaystyle {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}} כלומר: V o u t = V i n 1 + j ω R C {\displaystyle V_{\mathrm {out} }={V_{\mathrm {in} } \over 1+j\omega RC}} היחס בין פאזור מתח המוצא לפאזור מתח הכניסה תלוי בתדירות 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 בתדירות זהה אך במשרעת שתלך ותקטן ככל שהתדירות תגדל. 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. חוקי קירכהוף מחלק זרם מדיה וקבצים בנושא מחלק מתח בוויקישיתוף מידע על מחלק המתח באתר Mobile-ic.net