Текущий разделитель

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Калькулятор (или карандаш и бумага для арифметики).
• аккумулятор на 6 В
• Ассортимент резисторов номиналом от 1 до 100 кОм.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 6:«Делительные схемы и законы Кирхгофа»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Чтобы проиллюстрировать, как использовать вольтметр
• Чтобы проиллюстрировать, как использовать амперметр.
• Чтобы проиллюстрировать, как пользоваться омметром.
• Чтобы проиллюстрировать, как использовать закон Ома.
• Чтобы проиллюстрировать, как использовать Текущий закон Кирхгофа (KCL).
• Чтобы проиллюстрировать, как использовать Текущий дизайн разделителя

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Обычно считается неправильным закреплять более двух проводов под одним винтом клеммной колодки.

На этой иллюстрации я показываю три провода, соединяющиеся с верхним винтом крайнего правого выступа, используемого на этой полосе.

Это сделано для простоты доказательства концепции (текущего суммирования на узле схемы) и не представляет собой профессиональную технику сборки.

Непрофессиональный характер метода построения «произвольной формы» не требует дополнительных комментариев.

ИНСТРУКЦИИ

Я снова показываю разные методы построения одной и той же схемы:макетная плата, клеммная колодка и «произвольная форма».

Поэкспериментируйте со всеми этими конструктивными форматами и ознакомьтесь с их преимуществами и недостатками.

Выберите три резистора из своего ассортимента и измерьте сопротивление каждого из них омметром.

Запишите эти значения сопротивления ручкой и бумагой для справки при расчетах схемы.

Подключите три резистора параллельно друг другу и 6-вольтовой батарее, как показано на рисунках.

После подключения резисторов измерьте напряжение батареи с помощью вольтметра, отметив это значение напряжения на бумаге.

Рекомендуется измерять напряжение аккумулятора при питании от него цепи резистора, потому что это напряжение может немного отличаться от состояния без нагрузки.

Измерьте напряжение на каждом из трех резисторов. Что ты заметил? В последовательной цепи ток одинакова для всех компонентов в любой момент времени.

В параллельной цепи напряжение является общей переменной для всех компонентов.

Используйте закон Ома (I =E / R) для расчета тока через каждый резистор, затем проверьте это рассчитанное значение, измерив ток с помощью цифрового амперметра.

Поместите красный щуп амперметра в точку, где положительные (+) концы резисторов соединяются друг с другом, и поднимайте по одному проводу резистора за раз, соединяя черный щуп измерителя с поднятым проводом.

Таким образом измерьте ток каждого резистора, отмечая как величину тока, так и полярность. На этих иллюстрациях я показываю амперметр, используемый для измерения тока через R ₁ . :

Измерьте ток для каждого из трех резисторов, сравнивая с текущими значениями, рассчитанными ранее.

При подключении цифрового амперметра, как показано, все три показания должны быть положительными, а не отрицательными.

Теперь измерьте общий ток цепи, удерживая красный щуп амперметра в той же точке цепи, но отсоединив провод, ведущий к положительной (+) стороне батареи, и прикоснувшись к нему черным щупом:

Обратите внимание на величину и знак тока, показанные амперметром. Добавьте это число (алгебраически) к трем токам резистора.

Что вы замечаете в результате, аналогичном эксперименту с законом напряжения Кирхгофа? Закон Кирхгофа предназначен для «суммирования» токов в точке (узле) цепи, так же как закон Кирхгофа для суммирования напряжений в последовательном цикле:в обоих случаях алгебраическая сумма равна нулю.

Этот закон также очень полезен при математическом анализе цепей. Наряду с законом Кирхгофа о напряжении, он позволяет нам генерировать уравнения, описывающие несколько переменных в цепи, которые затем могут быть решены с использованием различных математических методов.

Теперь рассмотрим четыре измерения тока как все положительные числа:первые три представляют ток через каждый резистор, а четвертое - общий ток цепи как положительную сумму трех токов «ветви». Ток каждого резистора (ветви) составляет долю или процент от общего тока. Вот почему схему с параллельным резистором часто называют делителем тока . .

Отсоедините аккумулятор от остальной цепи и измерьте сопротивление на параллельных резисторах.

Вы можете прочитать общее сопротивление по любому клемм отдельных резисторов и получите такое же значение:оно будет меньше любого из значений отдельных резисторов.

Новых, изучающих электричество, часто удивляет то, что вы читаете точно такое же (полное) значение сопротивления при подключении омметра к любому комплекта параллельно соединенных резисторов.

Однако это имеет смысл, если вы рассматриваете точки в параллельной цепи с точки зрения электрической общности.

Все параллельные компоненты подключены между двумя наборами электрически общих точек.

Поскольку измеритель не может различать точки, общие для друг друга посредством прямого подключения, считывать сопротивление на одном резисторе означает считывать их всех.

То же самое верно и для напряжения, поэтому напряжение батареи можно было бы считывать на любом из резисторов так же легко, как и непосредственно на клеммах батареи.

Если вы разделите напряжение батареи (ранее измеренное) на это общее значение сопротивления, вы должны получить значение общего тока (I =E / R), близкое к измеренному.

Отношение тока резистора к общему току такое же, как отношение общего сопротивления к отдельному сопротивлению.

Например, если резистор 10 кОм является частью цепи делителя тока с общим сопротивлением 1 кОм, этот резистор будет проводить 1/10 от общего тока, каким бы ни было значение этого общего тока.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Амперметры в моделировании SPICE на самом деле являются источниками нулевого напряжения, вставленными на пути электронного потока.

Вы заметите источники напряжения V _ir1 , V _ir2 , и V _ir3 установлены на 0 вольт в списке соединений. Когда электроны входят в отрицательную сторону одной из этих «фиктивных» батарей и выходят из положительной, индикатор тока батареи будет положительным числом.

Другими словами, эти источники 0 В следует рассматривать как амперметры с красным щупом на длинной стороне символа батареи и черным щупом на короткой стороне.

Список соединений (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

 Текущий делитель v1 1 0 r1 3 0 2k r2 4 0 3к r3 5 0 5k витотал 2 1 постоянного тока 0 vir1 2 3 постоянного тока 0 vir2 2 4 постоянного тока 0 vir3 2 5 постоянного тока 0 .dc v1 6 6 1 .print dc i (vitotal) i (vir1) i (vir2) i (vir3) .конец 

При запуске SPICE напечатает строку текста, содержащую четыре цифры тока, первая из которых представляет общую сумму как отрицательную величину, а остальные три - токи для резисторов R ₁ , R ₂ , и R ₃ .

При алгебраическом сложении одна отрицательная цифра и три положительных цифры образуют сумму нуля, как описано в Текущем законе Кирхгофа.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист текущих схем делителя