Практическое руководство по делителям тока: сборка, измерение и симуляция с 6В батареей

Детали и материалы

• Калькулятор или карандаш и бумага для вычислений
• 6-вольтовая батарея (перезаряжаемая или свежая)
• Резисторы в диапазоне от 1 кΩ до 100 кΩ

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapter 6: «Divider Circuits and Kirchhoff's Laws.»

Обучающие цели

• Точно использовать вольтметр, амперметр и омметр.
• Применить закон Ома (I = E/R) и закон Кирхгофа о токе (KCL).
• Спроектировать делитель-точную сеть.

Схематическая диаграмма

Иллюстрация

Примечание: Верхний винт правого лага используется для соединения трех проводов для демонстрационных целей только; это не отражает лучшую практику в профессиональных сборках.

Инструкции

Экспериментируйте с тремя методами сборки — бредборд, клеммная полоса и свободная форма — чтобы понять их соответственно преимущества и недостатки.

1. Выберите три резистора из вашего ассортимента. Измерьте каждый омметром, и запишите значения.
2. Соедините резисторы параллельно между положительным и отрицательным терминалами 6 В батареи, как показано.
3. Измерьте напряжение батареи вольтметром после соединения резисторов. Запишите это значение; оно может слегка отличаться от напряжения без нагрузки.
4. Измерьте напряжение через каждый резистор. В параллельной цепи напряжение через все компоненты идентично.
5. Используйте закон Ома для вычисления тока через каждый резистор: I = V/R. Верифицируйте эти значения измерением тока цифровым амперметром.
   • Поместите красный зонд на стыке положительных концов всех резисторов.
   • Поднимите провод одного резистора и соедините черный зонд с этим проводом для чтения его тока.
6. Измерьте общий цепной ток соединяя черный зонд амперметра с положительным лидом батареи, сохраняя красный зонд на том же стыке. Чтение должно быть положительным.
7. Сложите три ветвенных тока алгебраически к общему току. Согласно закону Кирхгофа о токе, сумма должна равняться нулю.
8. Отключите батарею и измерьте сопротивление через параллельную сеть омметром. Чтение будет ниже любого индивидуального значения резистора, и оно будет одинаковым независимо от того, какие терминалы резисторов вы используете.
9. Разделите измеренное напряжение батареи на общее сопротивление для вычисления общего тока; оно должно близко совпадать с измеренным общим током.
10. Заметьте, что каждый ветвенный ток — фракция общего тока, пропорциональная отношению общего сопротивления к индивидуальному сопротивлению.

Компьютерная симуляция

Схема с номерами узлов SPICE:

В SPICE амперметры представлены нулевыми источниками напряжения. Следующий нетлист может быть сохранен как текстовый файл и запущен в любом SPICE-совместимом симуляторе:

Current divider v1 1 0 r1 3 0 2k r2 4 0 3k r3 5 0 5k vitotal 2 1 dc 0 vir1 2 3 dc 0 vir2 2 4 dc 0 vir3 2 5 dc 0 .dc v1 6 6 1 .print dc i(vitotal) i(vir1) i(vir2) i(vir3) .end

Запуск симуляции выводит четыре тока: общий (отрицательный) и три ветвенных тока (положительные). Их алгебраическая сумма нуль, подтверждая закон Кирхгофа о токе.

Связанные рабочие листы

• Current Divider Circuits Worksheet