分压器基础与规则介绍

分压器是一种无源线性电路，用于产生小于或等于输入电压的电压。它是由高压臂和低压臂组成的转换装置。被测高压作用于器件，输出电压从低压臂得到。高低压臂的元件通常是电阻和电容。相应的器件称为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器。分压器是电子产品中最基本的电路之一。

图 1：简单的分压器电路

1 分压器概述

1.1 分压器结构

分压器是现场测量的专用仪器，测量直流高压和交流高压。分压器采用平衡等电位屏蔽结构，机身内部采用优质电子元器件。使其具有测试准确、线性好、性能稳定、结构合理、携带方便、操作简单、显示直观等特点。

1.2 分压电路

电压通常包含两个重要术语：电动势（EMF）和电位差（PD）。当某物提供电压时，例如电池，由于电动势，它提供了沿电路拉动电子所需的力。当一个元件消耗电路中的电压时，其上的电压降量称为电位差。一些关于电压的规则可以帮助电路设计，包括：

1） 串联电压累积。

2）并联电压始终相同。

3） 元件中的 PD 与其电阻成正比。

4） 极性是决定性的。

5） 电路周围的总 EMF 等于 PD 的总和。

串联电压总是累积的规则会影响 EMF 和 PD。如果电池串联，它们的电压会加起来。如果有串联元件，则可以应用此规则，其组合 PD 为输出电压。虽然很容易识别电位差，但请务必密切注意电源的极性。因为电池反向减去组合电压。

图 2：一系列电压相加的示例

并联电压始终相同。这就是为什么将不同电压的电池并联不是一个好主意的原因之一。例如，当两个不同电压的电池并联时，电压较大的电池会尝试给较小的电池充电，这可能会损坏它。

图 3：并联电压电路示例

我们知道串联电压相加，并联电压相同。还有一些问题。串联电路中元件之间的电压如何分离？什么决定了每个组件的电压？分压（称为电位差）由元件电阻与串联电路电阻之比决定。这与电压规则直接相关：

元件上的 PD 值与其电阻成正比。

基本上，这意味着组件的电阻越大（与串联电路相比），其电位差就越大。实际上，组件上的电压等于

考虑经典的分压器电路时，公式通常写成

    

以下是典型的分压器电路，从 5V 电源得到大约

3.3V微控制器，例如粒子光子。）

图 4：经典分压器电路示例

当向电路施加电压 （EMF） 时，串联元件上所有电位差的总和将等于 EMF。例如，电池提供的电压将在串联的组件之间进行分压，所有这些分压的总和将等于电池的电压。

图 5：串联电压电路

2 种分压器

1） 根据应用

a） 实验室用

b） 电力系统用

2） 根据测量电压

a） 交流分压器

有电阻式和电容式两种。电阻型由适合测量低频交流电压的无感电阻元件组成。电容式由电容元件组成。基本不耗电，可用于更高电压的测量。测量电压范围从数千伏到数百万伏。所以它的应用范围很广。

b） 脉冲分压器

脉冲电压是一种变化快、谐波分量多的非周期性脉冲电压。为了准确测量其波形和幅度，要求脉冲分频器具有良好的响应特性。有三种类型：电阻式、电容式和阻容式。

c） 直流分压器

它由两个（组）电阻元件组成，通常用一个高阻抗电压表来测量低压臂上的电压。

3） 按分压器原理

a） 电容

分压器 用于测量脉冲电压的电容分压器可分为两种。一个分压器的高压臂由多个高压电容堆叠而成，而另一个分压器的高压臂只有一个电容。

前者的分压器多是装配有绝缘外壳的油纸绝缘脉冲电容器，要求这种电容器的电感比较小，能承受短路放电。高压油纸电容器由多个元件串联和并联组装而成。每个元件不仅有电容，而且有串联的固有电感和接触电阻，以及并联的绝缘电阻。当然，每个组件都有对地的杂散电容。这种分压器应该看成是分布参数，所以称为分布电容分压器。

分布式电容分压器由多个脉冲电容堆叠而成，只有幅度误差，没有波形误差。至于幅度误差，用标准分压器校准后可以完全消除。但在测量陡波时，由于电容分压器的电容远大于分压器屏蔽环的杂散电容，因此响应时间也长得多。所以在测量陡波方面，电容分压器的响应特性不如屏蔽电阻分压器。单电容分压器不消耗能量，不存在发热问题。对于测量具有较长波前和半峰值时间的波，电容分压器优于电阻分压器。此外，

集中式电容分压器的高压臂可以使用充有压缩气体的标准电容。这种电容的电容值非常准确稳定，介电损耗小。由于是屏蔽的，电容值不受周围物体的影响。在工频测量中，它的使用非常普遍。但是，当它用作冲击电容分压器时，会出现一些问题。即叠加高频振荡。

b） 电阻分压器

其内阻为纯电阻，具有结构简单、使用方便、稳定性好等特点。其在测量瞬态脉冲电压时产生的误差与电阻值与杂散电容的乘积有关对地，因此应尽量减小对地杂散电容的大小和影响，电阻分压器应降低电感。

c） 阻容分压器

阻容分压器按连接方式可分为串联式分压器和并联式分压器。

阻容串联分压器也称为阻尼电容分压器。最近，高压分压器就属于这种类型。它克服了电容电路的残余电感和防止分压器振荡，具有优良的性能。根据附加阻尼的不同，RC串联分压器可分为高阻尼分压器和低阻尼分压器两种。高阻尼电容分压器不能用作脉冲电压发生器的负载（调波）电容。它仅用作测量电压的转换装置。低阻尼电容分压器的串联阻尼电阻很小，它的接法不会使测试电路难以产生标准波。它也可以用作负载电容器，是一种通用的分压器。从易用性来看，它比高阻尼电容分压器更有优势。从响应特性来看，它不如高阻尼电容分压器，因为它还包含振荡。

从理论上讲，当电压快速变化时，分压比主要由电容决定；当变化缓慢时，由阻力决定。器件电阻丝正负极紧紧缠绕在瓷管上，并与各电容器并联。实践证明，选择的阻值不能太小，否则会影响发电机的输出负载，所以一般选择比较大的。但是，效果很小。它类似于没有电阻的纯电容分压器。

3 分压器特性

3.1 分压器基础

1） 分压器采用高精度电阻电容组件，特殊工艺灌封，干式密封，不存在漏油问题。

2）高输入阻抗：降低测试电流，功耗小，产品小巧轻便，性能稳定，测量精度高。

3）分压器、多值千伏表及专用电缆均置于铝合金箱内，安全可靠，便于携带和运输。

4）多值千伏表可直接读取直流平均值、交流峰值、有效值、峰值等电压值。

5）150KV以上采用有机复合绝缘护套，增加了表面爬电距离，大大降低了产品高度。因此该设备使用和携带更加方便。

3.2 分压电路的两大要点

（1） 输入端

需要分析输入信号电压是从哪里输入到分压电路的，具体的输入电流回路是什么。电路分析中电流环的确定方法如下：从信号电压的输入端开始，跟随至少两个元件（不一定是电阻）到地。

（2） 输出端

分压电路输出的信号电压必须送到下一级电路。理论上，下一级电路的输入为输出端。但是，有时很难分析下一级电路的输入端。所以可以用更简单的方法来分析：找到分压电路中的所有元件，从地线到上端进行分析，然后找到某个元件与其他电路连接。该连接点是分压电路的输出端，也是分压电路的输出电压。

在分析分压器电路的过程中，往往需要弄清楚输出电压的大小。

输出电压的计算方法：Uo=R2/R1+R2·Ui

其中Ui是输入电压，Uo是输出电压。

输出电压小于输入电压，因为分压电路衰减了输入信号电压。即改变Rl或R2电阻的大小可以改变输出电压Uo。

3.3 常用分压器特性

电阻分压器

（1） 用温度系数小的康铜线或温度系数小、电阻高的卡马线绕制时，其温度稳定性高，工作时的长期稳定性也高。

（2）采用压阻式分压器结构，其响应特性可能比较高。

电容分压器

（1）分布式电容分压器由多个脉冲电容堆叠而成，只有幅度误差，没有波形误差。

（2）集中式电容分压器的高压臂可以使用充有压缩气体的标准电容。这种电容的电容值非常准确稳定，介电损耗小。由于是屏蔽的，电容值不受周围环境的影响。

阻容分压器

高阻尼电容分压器不能用作脉冲电压发生器的负载（调波）电容。它仅用作测量电压的转换装置。低阻尼电容分压器的串联阻尼电阻很小，它的接入不会使测试电路难以产生标准波。它也可以用作负载电容器，它是一种通用的分压器。

3.4 分压器公式

如何计算分压器？在串联电路中，电压分布与电阻的大小成正比，即电阻越大，电压分布越大；反之，电阻越小，分布的电压越小。分压器产生的输出电压 （Vout） 是其输入电压 （Vin） 的一小部分。

在串联电路中，导体两端的电压与其电阻成正比。

由 I1=I2，U1/R1=U2/R2 是

在给定输入（或源）电压和电阻值的情况下，使用 Apogee 的分压器计算器有助于确定分压器电路的输出电压。只需输入几个值，此工具将立即为您显示图解结果。

图 6. 分压器电流

4 分压器规则

使用和测试分压器时，应注意以下规则：

1） 测试部位不得有杂物，以免影响测量精度。

2） 地线必须连接牢固，以保证安全的操作距离。

3）试验后，必须完全放电。

4） 严禁使用超额定电压。

5） 确保设备表面清洁并存放在阴凉、干燥的地方。

5 分压电位器

电位器是一种压敏电阻，可用于创建可调分压器。它的绝对电阻值不会影响输出电压，输出电压与输入电压成正比。常用的电位器电阻精度和温度系数较差。但是，只要电位器的阻值均匀，电压就会被平均分压。假设滑块连接到高阻抗电路，滑块的接触电阻不会影响输出电压。滑动片接触电阻是滑动片接触点的值。

当电位器作为可变电阻器时，其阻值精度和温度系数都会影响电路。滑块的接触电阻会影响电路的电阻，滑块的接触电阻会随着位置、温度、振动和时间的变化而变化。

6分压器和变压器的主要区别

1）变压器通过磁通量的变化产生感应电动势来改变交流电压。电容分压器在充放电过程中通过容抗改变交流电压。

2）变压器可升压或降压；电容分压器无法升压。

3）理想变压器的输入功率随输出功率的变化而变化；而分压器的输入功率在空载时不变。

4）理想变压器工作时，通过铁芯的磁通量是恒定的。线圈两端的电压遵循法拉第电磁感应定律，此外，分压器工作时，其回路电流是一个恒定值。

审核编辑：郭婷