Делители напряжения: анализ последовательных резисторов и потенциометры

Изучите, как простая последовательная цепь делит напряжение на своих резисторах, и научитесь предсказывать эти падения по формуле делителя напряжения.

Анализ последовательной цепи

Рассмотрим пример:

С резисторами R₁ = 4 кОм и R₂ = 8 кОм полное сопротивление — просто сумма:

Определение полного сопротивления цепи

По закону Ома (I = E/R) ток во всём контуре:

Расчёт тока по закону Ома

При напряжении источника 10 В ток контура = 2 мА. Падение напряжения на каждом резисторе по U = IR:

Заметьте: падение на R₂ в два раза больше, чем на R₁, отражая их отношение сопротивлений.

Решение для отношений падений напряжения

Изменение напряжения источника не меняет пропорциональные падения:

Даже когда напряжение батареи скакает с 45 В до 180 В, доля полного напряжения, получаемая каждым резистором, остаётся постоянной.

Формула делителя напряжения

Ключевой инсайт:

Эта краткая формула позволяет быстро предсказать падение на любом резисторе без явного вычисления тока.

Пример использования формулы делителя напряжения

Делительные компоненты напряжения

Делители напряжения незаменимы в измерительных цепях, где нужны точные доли напряжения питания.

Потенциометры как регулируемые делители

Потенциометр — трёхвыводной резистор с подвижным контактом (щёткой). Движение щётки меняет эффективное сопротивление между внешними выводами, позволяя переменный отбор напряжения.

Вращающиеся vs линейные потенциометры

Линейные потенциометры

Линейные блоки могут активироваться рычагом или точной регулировочной винтом, часто называются «тримпотами» для точной подстройки.

Вращающиеся потенциометры

Регулировка потенциометров в цепях

При фиксированном напряжении на внешних выводах щётка отбирает пропорциональную долю этого напряжения. Доля зависит только от позиции щётки, а не от величины питания.

Практическое использование потенциометров

Потенциометры бесценны для получения низкого напряжения от более высокого источника. Например, батарея 12 В с потенциометром может дать 5 В для микроконтроллера.

Частые типы потенциометров

Ниже — типичные малые блоки для хобби и образования:

И специализированные варианты:

Обзор

• Последовательные цепи пропорционально делят напряжение питания по сопротивлению: E_n = E_total (R_n / R_total)
• Потенциометр — трёхвыводной, переменно-сопротивленный элемент, широко используемый как регулируемый делитель напряжения.

Связанные рабочие листы

• Рабочий лист по делителям напряжения