分壓器是一種無源線性電路，用于產(chǎn)生小于或等于輸入電壓的電壓。它是由高壓臂和低壓臂組成的轉(zhuǎn)換裝置。被測高壓作用于器件，輸出電壓從低壓臂得到。高低壓臂的元件通常是電阻和電容。相應(yīng)的器件稱為電阻分壓器、電容分壓器和阻容分壓器。分壓器是電子產(chǎn)品中最基本的電路之一。

圖 1：簡單的分壓器電路

1 分壓器概述

1.1 分壓器結(jié)構(gòu)

分壓器是現(xiàn)場測量的專用儀器，測量直流高壓和交流高壓。分壓器采用平衡等電位屏蔽結(jié)構(gòu)，機(jī)身內(nèi)部采用優(yōu)質(zhì)電子元器件。使其具有測試準(zhǔn)確、線性好、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、攜帶方便、操作簡單、顯示直觀等特點(diǎn)。

1.2 分壓電路

電壓通常包含兩個(gè)重要術(shù)語：電動(dòng)勢（EMF）和電位差（PD）。當(dāng)某物提供電壓時(shí)，例如電池，由于電動(dòng)勢，它提供了沿電路拉動(dòng)電子所需的力。當(dāng)一個(gè)元件消耗電路中的電壓時(shí)，其上的電壓降量稱為電位差。一些關(guān)于電壓的規(guī)則可以幫助電路設(shè)計(jì)，包括：

1） 串聯(lián)電壓累積。

2）并聯(lián)電壓始終相同。

3） 元件中的 PD 與其電阻成正比。

4） 極性是決定性的。

5） 電路周圍的總 EMF 等于 PD 的總和。

串聯(lián)電壓總是累積的規(guī)則會(huì)影響 EMF 和 PD。如果電池串聯(lián)，它們的電壓會(huì)加起來。如果有串聯(lián)元件，則可以應(yīng)用此規(guī)則，其組合 PD 為輸出電壓。雖然很容易識(shí)別電位差，但請務(wù)必密切注意電源的極性。因?yàn)殡姵胤聪驕p去組合電壓。

圖 2：一系列電壓相加的示例

并聯(lián)電壓始終相同。這就是為什么將不同電壓的電池并聯(lián)不是一個(gè)好主意的原因之一。例如，當(dāng)兩個(gè)不同電壓的電池并聯(lián)時(shí)，電壓較大的電池會(huì)嘗試給較小的電池充電，這可能會(huì)損壞它。

圖 3：并聯(lián)電壓電路示例

我們知道串聯(lián)電壓相加，并聯(lián)電壓相同。還有一些問題。串聯(lián)電路中元件之間的電壓如何分離？什么決定了每個(gè)組件的電壓？分壓（稱為電位差）由元件電阻與串聯(lián)電路電阻之比決定。這與電壓規(guī)則直接相關(guān)：

元件上的 PD 值與其電阻成正比。

基本上，這意味著組件的電阻越大（與串聯(lián)電路相比），其電位差就越大。實(shí)際上，組件上的電壓等于

考慮經(jīng)典的分壓器電路時(shí)，公式通常寫成

以下是典型的分壓器電路，從 5V 電源得到大約

3.3V微控制器，例如粒子光子。）

圖 4：經(jīng)典分壓器電路示例

當(dāng)向電路施加電壓 （EMF） 時(shí)，串聯(lián)元件上所有電位差的總和將等于 EMF。例如，電池提供的電壓將在串聯(lián)的組件之間進(jìn)行分壓，所有這些分壓的總和將等于電池的電壓。

圖 5：串聯(lián)電壓電路

2 種分壓器

1） 根據(jù)應(yīng)用

a） 實(shí)驗(yàn)室用

b） 電力系統(tǒng)用

2） 根據(jù)測量電壓

a） 交流分壓器

有電阻式和電容式兩種。電阻型由適合測量低頻交流電壓的無感電阻元件組成。電容式由電容元件組成。基本不耗電，可用于更高電壓的測量。測量電壓范圍從數(shù)千伏到數(shù)百萬伏。所以它的應(yīng)用范圍很廣。

b） 脈沖分壓器

脈沖電壓是一種變化快、諧波分量多的非周期性脈沖電壓。為了準(zhǔn)確測量其波形和幅度，要求脈沖分頻器具有良好的響應(yīng)特性。有三種類型：電阻式、電容式和阻容式。

c） 直流分壓器

它由兩個(gè)（組）電阻元件組成，通常用一個(gè)高阻抗電壓表來測量低壓臂上的電壓。

3） 按分壓器原理

a） 電容

分壓器 用于測量脈沖電壓的電容分壓器可分為兩種。一個(gè)分壓器的高壓臂由多個(gè)高壓電容堆疊而成，而另一個(gè)分壓器的高壓臂只有一個(gè)電容。

前者的分壓器多是裝配有絕緣外殼的油紙絕緣脈沖電容器，要求這種電容器的電感比較小，能承受短路放電。高壓油紙電容器由多個(gè)元件串聯(lián)和并聯(lián)組裝而成。每個(gè)元件不僅有電容，而且有串聯(lián)的固有電感和接觸電阻，以及并聯(lián)的絕緣電阻。當(dāng)然，每個(gè)組件都有對地的雜散電容。這種分壓器應(yīng)該看成是分布參數(shù)，所以稱為分布電容分壓器。

分布式電容分壓器由多個(gè)脈沖電容堆疊而成，只有幅度誤差，沒有波形誤差。至于幅度誤差，用標(biāo)準(zhǔn)分壓器校準(zhǔn)后可以完全消除。但在測量陡波時(shí)，由于電容分壓器的電容遠(yuǎn)大于分壓器屏蔽環(huán)的雜散電容，因此響應(yīng)時(shí)間也長得多。所以在測量陡波方面，電容分壓器的響應(yīng)特性不如屏蔽電阻分壓器。單電容分壓器不消耗能量，不存在發(fā)熱問題。對于測量具有較長波前和半峰值時(shí)間的波，電容分壓器優(yōu)于電阻分壓器。此外，

集中式電容分壓器的高壓臂可以使用充有壓縮氣體的標(biāo)準(zhǔn)電容。這種電容的電容值非常準(zhǔn)確穩(wěn)定，介電損耗小。由于是屏蔽的，電容值不受周圍物體的影響。在工頻測量中，它的使用非常普遍。但是，當(dāng)它用作沖擊電容分壓器時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些問題。即疊加高頻振蕩。

b） 電阻分壓器

其內(nèi)阻為純電阻，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其在測量瞬態(tài)脈沖電壓時(shí)產(chǎn)生的誤差與電阻值與雜散電容的乘積有關(guān)對地，因此應(yīng)盡量減小對地雜散電容的大小和影響，電阻分壓器應(yīng)降低電感。

c） 阻容分壓器

阻容分壓器按連接方式可分為串聯(lián)式分壓器和并聯(lián)式分壓器。

阻容串聯(lián)分壓器也稱為阻尼電容分壓器。最近，高壓分壓器就屬于這種類型。它克服了電容電路的殘余電感和防止分壓器振蕩，具有優(yōu)良的性能。根據(jù)附加阻尼的不同，RC串聯(lián)分壓器可分為高阻尼分壓器和低阻尼分壓器兩種。高阻尼電容分壓器不能用作脈沖電壓發(fā)生器的負(fù)載（調(diào)波）電容。它僅用作測量電壓的轉(zhuǎn)換裝置。低阻尼電容分壓器的串聯(lián)阻尼電阻很小，它的接法不會(huì)使測試電路難以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波。它也可以用作負(fù)載電容器，是一種通用的分壓器。從易用性來看，它比高阻尼電容分壓器更有優(yōu)勢。從響應(yīng)特性來看，它不如高阻尼電容分壓器，因?yàn)樗€包含振蕩。

從理論上講，當(dāng)電壓快速變化時(shí)，分壓比主要由電容決定；當(dāng)變化緩慢時(shí)，由阻力決定。器件電阻絲正負(fù)極緊緊纏繞在瓷管上，并與各電容器并聯(lián)。實(shí)踐證明，選擇的阻值不能太小，否則會(huì)影響發(fā)電機(jī)的輸出負(fù)載，所以一般選擇比較大的。但是，效果很小。它類似于沒有電阻的純電容分壓器。

3 分壓器特性

3.1 分壓器基礎(chǔ)

1） 分壓器采用高精度電阻電容組件，特殊工藝灌封，干式密封，不存在漏油問題。

2）高輸入阻抗：降低測試電流，功耗小，產(chǎn)品小巧輕便，性能穩(wěn)定，測量精度高。

3）分壓器、多值千伏表及專用電纜均置于鋁合金箱內(nèi)，安全可靠，便于攜帶和運(yùn)輸。

4）多值千伏表可直接讀取直流平均值、交流峰值、有效值、峰值等電壓值。

5）150KV以上采用有機(jī)復(fù)合絕緣護(hù)套，增加了表面爬電距離，大大降低了產(chǎn)品高度。因此該設(shè)備使用和攜帶更加方便。

3.2 分壓電路的兩大要點(diǎn)

（1） 輸入端

需要分析輸入信號電壓是從哪里輸入到分壓電路的，具體的輸入電流回路是什么。電路分析中電流環(huán)的確定方法如下：從信號電壓的輸入端開始，跟隨至少兩個(gè)元件（不一定是電阻）到地。

（2） 輸出端

分壓電路輸出的信號電壓必須送到下一級電路。理論上，下一級電路的輸入為輸出端。但是，有時(shí)很難分析下一級電路的輸入端。所以可以用更簡單的方法來分析：找到分壓電路中的所有元件，從地線到上端進(jìn)行分析，然后找到某個(gè)元件與其他電路連接。該連接點(diǎn)是分壓電路的輸出端，也是分壓電路的輸出電壓。

在分析分壓器電路的過程中，往往需要弄清楚輸出電壓的大小。

輸出電壓的計(jì)算方法：Uo=R2/R1+R2·Ui

其中Ui是輸入電壓，Uo是輸出電壓。

輸出電壓小于輸入電壓，因?yàn)榉謮弘娐匪p了輸入信號電壓。即改變Rl或R2電阻的大小可以改變輸出電壓Uo。

3.3 常用分壓器特性

電阻分壓器

（1） 用溫度系數(shù)小的康銅線或溫度系數(shù)小、電阻高的卡馬線繞制時(shí)，其溫度穩(wěn)定性高，工作時(shí)的長期穩(wěn)定性也高。

（2）采用壓阻式分壓器結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)特性可能比較高。

電容分壓器

（1）分布式電容分壓器由多個(gè)脈沖電容堆疊而成，只有幅度誤差，沒有波形誤差。

（2）集中式電容分壓器的高壓臂可以使用充有壓縮氣體的標(biāo)準(zhǔn)電容。這種電容的電容值非常準(zhǔn)確穩(wěn)定，介電損耗小。由于是屏蔽的，電容值不受周圍環(huán)境的影響。

阻容分壓器

高阻尼電容分壓器不能用作脈沖電壓發(fā)生器的負(fù)載（調(diào)波）電容。它僅用作測量電壓的轉(zhuǎn)換裝置。低阻尼電容分壓器的串聯(lián)阻尼電阻很小，它的接入不會(huì)使測試電路難以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波。它也可以用作負(fù)載電容器，它是一種通用的分壓器。

3.4 分壓器公式

如何計(jì)算分壓器？在串聯(lián)電路中，電壓分布與電阻的大小成正比，即電阻越大，電壓分布越大；反之，電阻越小，分布的電壓越小。分壓器產(chǎn)生的輸出電壓 （Vout） 是其輸入電壓 （Vin） 的一小部分。

在串聯(lián)電路中，導(dǎo)體兩端的電壓與其電阻成正比。

由 I1=I2，U1/R1=U2/R2 是

在給定輸入（或源）電壓和電阻值的情況下，使用 Apogee 的分壓器計(jì)算器有助于確定分壓器電路的輸出電壓。只需輸入幾個(gè)值，此工具將立即為您顯示圖解結(jié)果。

圖 6. 分壓器電流

4 分壓器規(guī)則

使用和測試分壓器時(shí)，應(yīng)注意以下規(guī)則：

1） 測試部位不得有雜物，以免影響測量精度。

2） 地線必須連接牢固，以保證安全的操作距離。

3）試驗(yàn)后，必須完全放電。

4） 嚴(yán)禁使用超額定電壓。

5） 確保設(shè)備表面清潔并存放在陰涼、干燥的地方。

5 分壓電位器

電位器是一種壓敏電阻，可用于創(chuàng)建可調(diào)分壓器。它的絕對電阻值不會(huì)影響輸出電壓，輸出電壓與輸入電壓成正比。常用的電位器電阻精度和溫度系數(shù)較差。但是，只要電位器的阻值均勻，電壓就會(huì)被平均分壓。假設(shè)滑塊連接到高阻抗電路，滑塊的接觸電阻不會(huì)影響輸出電壓。滑動(dòng)片接觸電阻是滑動(dòng)片接觸點(diǎn)的值。

當(dāng)電位器作為可變電阻器時(shí)，其阻值精度和溫度系數(shù)都會(huì)影響電路。滑塊的接觸電阻會(huì)影響電路的電阻，滑塊的接觸電阻會(huì)隨著位置、溫度、振動(dòng)和時(shí)間的變化而變化。

6分壓器和變壓器的主要區(qū)別

1）變壓器通過磁通量的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢來改變交流電壓。電容分壓器在充放電過程中通過容抗改變交流電壓。

2）變壓器可升壓或降壓；電容分壓器無法升壓。

3）理想變壓器的輸入功率隨輸出功率的變化而變化；而分壓器的輸入功率在空載時(shí)不變。

4）理想變壓器工作時(shí)，通過鐵芯的磁通量是恒定的。線圈兩端的電壓遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，此外，分壓器工作時(shí)，其回路電流是一個(gè)恒定值。

審核編輯：郭婷