Схемы делителя напряжения

Давайте проанализируем простую последовательную схему и определим падение напряжения на отдельных резисторах:

По заданным значениям отдельных сопротивлений мы можем определить общее сопротивление цепи, зная, что сопротивления складываются последовательно:

Определите полное сопротивление цепи

Отсюда мы можем использовать закон Ома (I =E / R) для определения общего тока, который, как мы знаем, будет таким же, как ток каждого резистора, при этом токи одинаковы во всех частях последовательной цепи:

Используйте закон Ома для расчета силы тока

Теперь, зная, что ток в цепи равен 2 мА, мы можем использовать закон Ома (E =IR) для расчета напряжения на каждом резисторе:

Должно быть очевидно, что падение напряжения на каждом резисторе пропорционально его сопротивлению, учитывая, что ток одинаков на всех резисторах. Обратите внимание, как напряжение на R ₂ вдвое больше, чем напряжение на R ₁ , так же как сопротивление R ₂ вдвое больше, чем R ₁ .

Если бы мы изменили общее напряжение, мы бы обнаружили, что эта пропорциональность падений напряжения остается постоянной:

Решение для коэффициентов падения напряжения

Напряжение на R ₂ все еще ровно вдвое больше, чем R ₁ Падение, несмотря на то, что напряжение источника изменилось. Пропорциональность падений напряжения (соотношение между ними) строго зависит от значений сопротивления.

При более внимательном наблюдении становится очевидным, что падение напряжения на каждом резисторе также является фиксированной пропорцией напряжения питания. Напряжение на R ₁ , например, было 10 вольт при питании от батареи 45 вольт. Когда напряжение батареи было увеличено до 180 В (в 4 раза больше), падение напряжения на R ₁ также увеличился в 4 раза (с 10 до 40 вольт). соотношение между R ₁ Однако падение напряжения и общее напряжение не изменились:

Точно так же ни один из других коэффициентов падения напряжения не изменился с увеличением напряжения питания:

Формула делителя напряжения

По этой причине последовательную цепь часто называют делителем напряжения . за его способность пропорционально или делить общее напряжение на дробные части с постоянным соотношением. Приложив немного алгебры, мы можем вывести формулу для определения падения напряжения на последовательном резисторе, учитывая не что иное, как общее напряжение, отдельное сопротивление и общее сопротивление:

Отношение отдельного сопротивления к общему сопротивлению такое же, как отношение отдельного падения напряжения к общему напряжению питания в цепи делителя напряжения. Это известно как формула делителя напряжения . , и это сокращенный метод определения падения напряжения в последовательной цепи без проведения расчетов тока по закону Ома.

Пример использования формулы делителя напряжения

Используя эту формулу, мы можем повторно проанализировать падение напряжения на примере схемы за меньшее количество шагов:

Напряжение - разделяющие компоненты

Делители напряжения находят широкое применение в схемах электросчетчиков, где определенные комбинации последовательных резисторов используются для «деления» напряжения на точные пропорции как часть устройства измерения напряжения.

Потенциометры как компоненты деления напряжения

Одним из устройств, часто используемых в качестве компонента деления напряжения, является потенциометр . , который представляет собой резистор с подвижным элементом, перемещаемым ручкой или рычагом. Подвижный элемент, обычно называемый дворником , контактирует с резистивной полосой материала (обычно называемой проволокой скольжения если он сделан из резистивной металлической проволоки) в любой точке, выбранной ручным управлением:

Контакт стеклоочистителя - это обращенная влево стрелка, нарисованная в центре вертикального резистивного элемента. При перемещении вверх он контактирует с резистивной полосой ближе к клемме 1 и дальше от клеммы 2, уменьшая сопротивление клеммы 1 и повышая сопротивление клеммы 2. При перемещении вниз возникает противоположный эффект. Сопротивление, измеренное между клеммами 1 и 2, постоянно для любого положения стеклоочистителя.

Поворотные и линейные потенциометры

Здесь показаны внутренние иллюстрации двух типов потенциометров:поворотного и линейного.

Линейные потенциометры

Некоторые линейные потенциометры приводятся в действие прямолинейным движением рычага или ползунковой кнопки. Другие, подобные изображенному на предыдущем рисунке, приводятся в действие поворотным винтом для возможности точной регулировки. Последние единицы иногда называют обрезками . потому что они хорошо подходят для приложений, требующих «подгонки» переменного сопротивления до некоторого точного значения.

Следует отметить, что не все линейные потенциометры имеют такое же назначение клемм, как показано на этом рисунке. У некоторых клемма стеклоочистителя находится посередине между двумя концевыми клеммами.

Поворотный потенциометр

На изображении ниже показана конструкция корпуса поворотного потенциометра.

На следующей фотографии показан реальный поворотный потенциометр с открытым дворником и скользящим проводом для облегчения просмотра. Вал, который перемещает скребок, был повернут почти полностью по часовой стрелке, так что скребок почти касается левого конечного конца скользящей проволоки:

Вот тот же потенциометр с валом стеклоочистителя, перемещенным почти до упора против часовой стрелки, так что стеклоочиститель находится рядом с другим крайним концом хода:

Эффекты регулировки потенциометра в цепи

Если между внешними клеммами (по всей длине ползунка) приложено постоянное напряжение, положение стеклоочистителя будет отводить часть приложенного напряжения, которое можно измерить между контактом стеклоочистителя и любой из двух других клемм. Дробное значение полностью зависит от физического положения дворника:

Важность применения потенциометров

Как и у фиксированного делителя напряжения, у потенциометра коэффициент деления строго зависит от сопротивления, а не от величины приложенного напряжения. Другими словами, если ручка потенциометра или рычаг перемещается в положение 50 процентов (точное центральное положение), падение напряжения между дворником и любой внешней клеммой будет ровно 1/2 от приложенного напряжения, независимо от того, с чем это напряжение происходит. быть, или какое сквозное сопротивление потенциометра. Другими словами, потенциометр работает как переменный делитель напряжения, где коэффициент деления напряжения устанавливается положением стеклоочистителя.

Это применение потенциометра является очень полезным средством получения переменного напряжения от источника постоянного напряжения, такого как аккумулятор. Если для схемы, которую вы строите, требуется определенное количество напряжения, которое меньше значения доступного напряжения батареи, вы можете подключить внешние клеммы потенциометра к этой батарее и «набрать» любое необходимое вам напряжение между потенциометром. стеклоочиститель и один из внешних выводов для использования в вашей цепи:

При таком использовании название потенциометр имеет смысл:они метр (контролировать) потенциал (напряжение), приложенное к ним, создавая переменный коэффициент делителя напряжения. Такое использование трехполюсного потенциометра в качестве переменного делителя напряжения очень популярно в схемотехнике.

Образцы малых потенциометров

Здесь показано несколько небольших потенциометров, которые обычно используются в бытовом электронном оборудовании, а также любителями и студентами при построении схем:

Меньшие блоки слева и справа предназначены для подключения к макетной плате без пайки или для пайки в печатную плату. Средние блоки предназначены для установки на плоской панели с проводами, припаянными к каждой из трех клемм. Вот еще три потенциометра, более специализированных, чем только что показанный набор:

Большой блок «Helipot» - это лабораторный потенциометр, предназначенный для быстрого и легкого подключения к цепи. Блок в нижнем левом углу фотографии представляет собой потенциометр того же типа, только без корпуса и счетного диска на 10 оборотов. Оба этих потенциометра являются прецизионными блоками, в которых используются многооборотные спиралевидные резистивные ленты и механизмы стеклоочистителя для выполнения небольших регулировок. Блок в правом нижнем углу представляет собой потенциометр для монтажа на панели, предназначенный для работы в тяжелых промышленных условиях.

ОБЗОР:

• Соотношение последовательных цепей или разделение , общее напряжение питания между отдельными падениями напряжения, пропорции строго зависят от сопротивлений:ERn =ETotal (Rn / RTotal)
• Потенциометр - это компонент переменного сопротивления с тремя точками подключения, часто используемый в качестве регулируемого делителя напряжения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист схем делителя напряжения