Электроника:Постоянный ток/Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа/Схемы с делителем напряжения: различия между версиями
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
| (не показаны 2 промежуточные версии 1 участника) | |||
| Строка 11: | Строка 11: | ||
[[File:Таблица для расчёта сопротивлений в цепи из рисунка 1_2.jpg|center|frame|alt=Рис. 2. Таблица для расчёта сопротивлений в цепи из рисунка 1.|'''Рис. 2.''' Таблица для расчёта сопротивлений в цепи из рисунка 1.]] | [[File:Таблица для расчёта сопротивлений в цепи из рисунка 1_2.jpg|center|frame|alt=Рис. 2. Таблица для расчёта сопротивлений в цепи из рисунка 1.|'''Рис. 2.''' Таблица для расчёта сопротивлений в цепи из рисунка 1.]] | ||
По заданным значениям для отдельных сопротивлений мы определяем общее сопротивление цепи, сложив сопротивления для последовательных [[резистор]]ов: | По заданным значениям для отдельных [[сопротивлений]] мы определяем общее [[сопротивление]] цепи, сложив [[сопротивления]] для последовательных [[резистор]]ов: | ||
== Определяем общее сопротивление цепи == | == Определяем общее сопротивление цепи == | ||
| Строка 23: | Строка 23: | ||
== Используем закон Ома для расчёта силы тока == | == Используем закон Ома для расчёта силы тока == | ||
Теперь, зная, что сила тока в цепи равна | Теперь, зная, что сила тока в цепи равна 2 мА, можно использовать [[закон Ома]] (E = IR), чтобы вычислить [[напряжение]] на каждом [[резистор]]е: | ||
[[File:Воспользовавшись законом Ома, вычисляем напряжение каждого резистора_5.jpg|center|frame|alt=Рис. 5. Воспользовавшись законом Ома, вычисляем напряжение каждого | [[File:Воспользовавшись законом Ома, вычисляем напряжение каждого резистора_5.jpg|center|frame|alt=Рис. 5. Воспользовавшись [[законом Ома]], вычисляем [[напряжение]] каждого [[резистор]]а.|'''Рис. 5.''' Воспользовавшись законом Ома, вычисляем напряжение каждого [[резистор]]а.]] | ||
Вполне очевидно, что падение напряжения на каждом [[резистор]]е прямо пропорциональна его сопротивлению, учитывая, что сила тока одинакова на всех [[резистор]]ах. Обратите внимание: напряжение на [[резистор]]е | Вполне очевидно, что [[падение напряжения]] на каждом [[резистор]]е прямо пропорциональна его [[сопротивлению]], учитывая, что сила тока одинакова на всех [[резистор]]ах. Обратите внимание: [[напряжение]] на [[резистор]]е R<sub>2</sub> вдвое больше, чем на R<sub>1</sub>, также как и [[сопротивление]] R<sub>2</sub> в два раза больше, чем у R<sub>1</sub>. | ||
Если мы изменим величину общего напряжения, то обнаружим, что данная пропорциональность падений напряжения осталась неизменной: | Если мы изменим величину общего напряжения, то обнаружим, что данная пропорциональность [[падений напряжения]] осталась неизменной: | ||
[[File:Если взять общее напряжение равным 180 В и повторить в таблице все расчёты_6.png|center|frame|alt=Рис. 6. Если взять общее напряжение равным 180 В и повторить в таблице все расчёты, то пропорции между значениями напряжений отдельных [[резистор]]ов не изменятся.|'''Рис. 6.''' Если взять общее напряжение равным 180 В и повторить в таблице все расчёты, то пропорции между значениями напряжений отдельных [[резистор]]ов не изменятся.]] | [[File:Если взять общее напряжение равным 180 В и повторить в таблице все расчёты_6.png|center|frame|alt=Рис. 6. Если взять общее [[напряжение]] равным 180 В и повторить в таблице все расчёты, то пропорции между значениями напряжений отдельных [[резистор]]ов не изменятся.|'''Рис. 6.''' Если взять общее напряжение равным 180 В и повторить в таблице все расчёты, то пропорции между значениями напряжений отдельных [[резистор]]ов не изменятся.]] | ||
== Решение для коэффициентов падения напряжения == | == Решение для коэффициентов падения напряжения == | ||
Напряжение на [[резистор]]е | [[Напряжение]] на [[резистор]]е R<sub>2</sub> по-прежнему ровно вдвое больше, чем на R<sub>1</sub>, несмотря на то что [[напряжение]] [[источника питания]] изменилось. Пропорциональность [[падений напряжения]] (соотношение между ними) строго зависит от значений [[сопротивления]] отдельных [[резистор]]ов. | ||
При более внимательном рассмотрении становится очевидным, что падение напряжения на каждом отдельном [[резистор]]е также прямо пропорционально общему напряжению, которое даёт источник питания. Напряжение на | При более внимательном рассмотрении становится очевидным, что [[падение напряжения]] на каждом отдельном [[резистор]]е также прямо пропорционально общему напряжению, которое даёт [[источник питания]]. Напряжение на R<sub>1</sub>, к примеру, составляло 10 вольт при питании от батареи 45 вольт. Когда [[напряжение]] батареи было поднято до 180 В (увеличение в 4 раза), [[падение напряжения]] на [[резистор]]е R<sub>1</sub> также увеличилось в 4 раза (с 10 до 40 В). | ||
Однако соотношение между падением напряжения на | Однако соотношение между [[падением напряжения]] на R<sub>1</sub> и общим [[напряжение]]м не поменялось: | ||
[[File:Коэффициент падения напряжения между резистором R1 и источником питания не изменился при увеличении общего напряжения_7.png|center|frame|alt=Рис. 7. Коэффициент падения напряжения между резистором R1 и источником питания не изменился при увеличении общего напряжения.|'''Рис. 7.''' Коэффициент падения напряжения между [[резистор]]ом R<sub>1</sub> и источником питания не изменился при увеличении общего напряжения.]] | [[File:Коэффициент падения напряжения между резистором R1 и источником питания не изменился при увеличении общего напряжения_7.png|center|frame|alt=Рис. 7. Коэффициент падения напряжения между резистором R1 и источником питания не изменился при увеличении общего напряжения.|'''Рис. 7.''' Коэффициент [[падения напряжения]] между [[резистор]]ом R<sub>1</sub> и [[источником питания]] не изменился при увеличении общего напряжения.]] | ||
Точно так же и для остальных двух [[резистор]]ов – коэффициенты падения напряжения не изменились с увеличением напряжения источника питания: | Точно так же и для остальных двух [[резистор]]ов – коэффициенты [[падения напряжения]] не изменились с увеличением [[напряжения]] [[источника питания]]: | ||
[[File:Коэффициенты для последовательных резисторов падения напряжения остались неизменными_8.png|center|frame|alt=Рис. 8. Коэффициенты для последовательных резисторов падения напряжения остались неизменными, несмотря на то что увеличилось общее напряжение.|'''Рис. 8.''' Коэффициенты для последовательных | [[File:Коэффициенты для последовательных резисторов падения напряжения остались неизменными_8.png|center|frame|alt=Рис. 8. Коэффициенты для последовательных резисторов падения напряжения остались неизменными, несмотря на то что увеличилось общее напряжение.|'''Рис. 8.''' Коэффициенты для последовательных [[резистор]]ов падения [[напряжения]] остались неизменными, несмотря на то что увеличилось общее [[напряжение]].]] | ||
== Формула делителя напряжения == | == Формула делителя напряжения == | ||
По этой причине последовательную цепь часто называют делителем напряжения из-за этой её пропорциональности, т.е. общее напряжение как бы делится на дробные части в постоянном соотношении. Используя несложную арифметику, выводим формулу для определения падения напряжения на последовательном [[резистор]]е, учитывая не что иное, как общее напряжение, сопротивление отдельного [[резистор]]а и общее сопротивление всей цепи: | По этой причине последовательную цепь часто называют [[делителем напряжения]] из-за этой её пропорциональности, т.е. общее [[напряжение]] как бы делится на дробные части в постоянном соотношении. Используя несложную арифметику, выводим формулу для определения [[падения напряжения]] на последовательном [[резистор]]е, учитывая не что иное, как общее [[напряжение]], [[сопротивление]] отдельного [[резистор]]а и общее [[сопротивление]] всей цепи: | ||
[[File:Формула делителя напряжения_9.png|center|frame|alt=Рис. 9. Формула делителя напряжения.|'''Рис. 9.''' Формула делителя напряжения.]] | [[File:Формула делителя напряжения_9.png|center|frame|alt=Рис. 9. Формула делителя напряжения.|'''Рис. 9.''' Формула [[делителя напряжения]].]] | ||
Отношение отдельного сопротивления к общему сопротивлению имеет ту же пропорцию, что и отношение напряжения отдельного [[резистор]]а к общему напряжению источника питания в цепи, которая называется делителем напряжения. Это равенство известно как формула делителя напряжения, которая является быстрым способом определения падения напряжения в последовательной цепи без проведения всех расчётов с использованием закона Ома. | Отношение отдельного [[сопротивления]] к общему [[сопротивлению]] имеет ту же пропорцию, что и отношение [[напряжения]] отдельного [[резистор]]а к общему [[напряжению]] [[источника питания]] в цепи, которая называется [[делителем напряжения]]. Это равенство известно как формула [[делителя напряжения]], которая является быстрым способом определения [[падения напряжения]] в последовательной цепи без проведения всех расчётов с использованием [[закона Ома]]. | ||
=== Пример использования формулы делителя напряжения === | === Пример использования формулы делителя напряжения === | ||
Используя эту формулу, мы можем повторно проанализировать падение напряжения на примере схемы за меньшее количество шагов: | Используя эту формулу, мы можем повторно проанализировать [[падение напряжения]] на примере схемы за меньшее количество шагов: | ||
[[File:Та же самая простая последовательная схема_10.png|center|frame|alt=Рис. 10. Та же самая простая последовательная схема.|'''Рис. 10.''' Та же самая простая последовательная схема.]] | [[File:Та же самая простая последовательная схема_10.png|center|frame|alt=Рис. 10. Та же самая простая последовательная схема.|'''Рис. 10.''' Та же самая простая последовательная схема.]] | ||
[[File:Пример использования формулы делителя напряжения_11.png|center|frame|alt=Рис. 11. Пример использования формулы делителя напряжения.|'''Рис. 11.''' Пример использования формулы делителя напряжения.]] | [[File:Пример использования формулы делителя напряжения_11.png|center|frame|alt=Рис. 11. Пример использования формулы делителя напряжения.|'''Рис. 11.''' Пример использования формулы [[делителя напряжения]].]] | ||
=== Напряжение – разделительные элементы === | === Напряжение – разделительные элементы === | ||
Делители напряжения находят широкое применение в схемах [[электросчётчик]]ов, где определённые комбинации последовательных [[резистор]]ов используются для «разделения» напряжения на точные пропорции, что позволяет создавать устройства для измерения напряжения. | [[Делители напряжения]] находят широкое применение в схемах [[электросчётчик]]ов, где определённые комбинации последовательных [[резистор]]ов используются для «разделения» напряжения на точные пропорции, что позволяет создавать устройства для измерения напряжения. | ||
[[File:Элементы делителя напряжения_12.png|center|frame|alt=Рис. 12. Элементы делителя напряжения.|'''Рис. 12.''' Элементы делителя напряжения.]] | [[File:Элементы делителя напряжения_12.png|center|frame|alt=Рис. 12. Элементы делителя напряжения.|'''Рис. 12.''' Элементы [[делителя напряжения]].]] | ||
=== Потенциометры как элементы делителя напряжения === | === Потенциометры как элементы делителя напряжения === | ||
Одним из устройств, часто используемым в качестве элемента делителя напряжения, является [[потенциометр]], представляющий собой [[резистор]] с подвижным контактом, перемещаемым с помощью ручки или рычага. Подвижный контакт (обычно его ещё называют ползунок, также используется термин дворник), взаимодействует с резистивной полоской материала (её ещё называют | Одним из устройств, часто используемым в качестве элемента [[делителя напряжения]], является [[потенциометр]], представляющий собой [[резистор]] с подвижным контактом, перемещаемым с помощью ручки или рычага. Подвижный контакт (обычно его ещё называют [[ползунок]], также используется термин [[дворник]]), взаимодействует с резистивной полоской материала (её ещё называют «скользящая проволока», если она сделана из резистивной металлической проволоки) в любой точке, которая устанавливается вручную: | ||
[[File:Потенциометр_13.jpg|center|frame|alt=Рис. 13. Потенциометр.|'''Рис. 13.''' [[Потенциометр]].]] | [[File:Потенциометр_13.jpg|center|frame|alt=Рис. 13. Потенциометр.|'''Рис. 13.''' [[Потенциометр]].]] | ||
Контакт-ползунок – это на приведённой схеме указывающая влево стрелка, пририсованная к середине вертикального резисторного элемента. При перемещении вверх он контактирует с резистивной полоской, приближаясь к клемме 1 и отдаляясь от клеммы 2, тем самым уменьшая сопротивление клеммы 1 и повышая [[сопротивление]] клеммы 2. При перемещении контакта вниз для клемм 1 и 2 происходит всё с точностью до наоборот. Суммарное [[сопротивление]], измеренное между клеммами 1 и 2, будет постоянным для любого положения ползунка. | |||
[[File:При перемещении контакта вверх или вниз, меняется соотношение сопротивлений для клемм 1 и 2_14.jpg|center|frame|alt=Рис. 14. При перемещении контакта вверх или вниз, меняется соотношение сопротивлений для клемм 1 и 2.|'''Рис. 14.''' При перемещении контакта вверх или вниз, меняется соотношение сопротивлений для клемм 1 и 2.]] | [[File:При перемещении контакта вверх или вниз, меняется соотношение сопротивлений для клемм 1 и 2_14.jpg|center|frame|alt=Рис. 14. При перемещении контакта вверх или вниз, меняется соотношение сопротивлений для клемм 1 и 2.|'''Рис. 14.''' При перемещении контакта вверх или вниз, меняется соотношение [[сопротивлений]] для клемм 1 и 2.]] | ||
{{ads2}} | |||
== Поворотные и линейные потенциометры == | == Поворотные и линейные потенциометры == | ||
Здесь показаны общие схемы двух типов | Здесь показаны общие схемы двух типов [[потенциометр]]ов: поворотного и линейного. | ||
=== Линейные потенциометры === | === Линейные потенциометры === | ||
| Строка 87: | Строка 89: | ||
[[File:Примерное устройство линейного потенциометра_15.jpg|center|frame|alt=Рис. 15. Примерное устройство линейного потенциометра.|'''Рис. 15.''' Примерное устройство линейного [[потенциометр]]а.]] | [[File:Примерное устройство линейного потенциометра_15.jpg|center|frame|alt=Рис. 15. Примерное устройство линейного потенциометра.|'''Рис. 15.''' Примерное устройство линейного [[потенциометр]]а.]] | ||
Некоторые линейные [[потенциометр]]ы приводятся в действие прямолинейным движением рычага или ползунковой кнопки. Другие, подобные тому, что изображён на данном рисунке, приводятся в действие поворотным винтом, который даёт возможность точной регулировки. Такие [[потенциометр]]ы иногда называют | Некоторые линейные [[потенциометр]]ы приводятся в действие прямолинейным движением рычага или ползунковой кнопки. Другие, подобные тому, что изображён на данном рисунке, приводятся в действие поворотным винтом, который даёт возможность точной регулировки. Такие [[потенциометр]]ы иногда называют [[подстроечным]]и, так как они хорошо работают в устройствах, где требуется «подгонка» [[переменного сопротивления]] до необходимого точного значения. Следует отметить, что не все линейные [[потенциометр]]ы имеют такое же назначение клемм, как показано на рисунке выше. У некоторых клемма контакта находится посередине между двумя концевыми клеммами. | ||
=== Поворотный потенциометр === | === Поворотный потенциометр === | ||
| Строка 105: | Строка 107: | ||
=== Эффекты регулировки [[потенциометр]]а в цепи === | === Эффекты регулировки [[потенциометр]]а в цепи === | ||
Если между внешними клеммами (по всей длине пути контакта) приложено постоянное напряжение, положение ползунка будет перераспределять часть приложенного напряжения, измерённого между контактом и любой из клемм. Дробное значение полностью зависит от физического положения | Если между внешними клеммами (по всей длине пути контакта) приложено постоянное напряжение, положение ползунка будет перераспределять часть приложенного напряжения, измерённого между контактом и любой из клемм. Дробное значение полностью зависит от физического положения [[дворник]]а: | ||
[[File:Потенциометр как переменный делитель напряжения_19.jpg|center|frame|alt=Рис. 19. Потенциометр как переменный делитель напряжения.|'''Рис. 19.''' [[Потенциометр]] как переменный делитель напряжения.]] | [[File:Потенциометр как переменный делитель напряжения_19.jpg|center|frame|alt=Рис. 19. Потенциометр как переменный делитель напряжения.|'''Рис. 19.''' [[Потенциометр]] как переменный делитель напряжения.]] | ||
| Строка 111: | Строка 113: | ||
== Важность применения [[потенциометр]]а == | == Важность применения [[потенциометр]]а == | ||
Как и в случае с фиксированным делителем напряжения, коэффициент разделения напряжения [[потенциометр]]а строго зависит от сопротивления отдельных участков, а не от величины напряжения на этих участках. Другими словами, если ручка или рычаг [[потенциометр]]а перемещается в положение, соответствующее | Как и в случае с фиксированным [[делителем напряжения]], коэффициент разделения напряжения [[потенциометр]]а строго зависит от [[сопротивления]] отдельных участков, а не от величины напряжения на этих участках. Другими словами, если ручка или рычаг [[потенциометр]]а перемещается в положение, соответствующее 50-ти процентам (точно по центру), [[падение напряжения]] между [[дворник]]ом и любой внешней клеммой будет ровно 1/2 от [[напряжения]] на участке, независимо от происхождения и величины напряжения. Имеет значение изменяемое [[сопротивление]] самого [[потенциометр]]а. Другими словами, [[потенциометр]] работает как регулируемый [[делитель напряжения]], где коэффициент деления напряжения устанавливается положением ползунка. | ||
Это делает применение [[потенциометр]]а крайне полезным, так как позволяет получать переменное напряжение от источника постоянного напряжения, вроде [[аккумулятор]]а. Если для схемы, которую вы строите, требуется определённое количество напряжения, которое меньше, чем значение напряжения, которое даёт источник питания, вы можете подключить внешние клеммы [[потенциометр]]а к этому источнику и | Это делает применение [[потенциометр]]а крайне полезным, так как позволяет получать переменное напряжение от источника постоянного напряжения, вроде [[аккумулятор]]а. Если для схемы, которую вы строите, требуется определённое количество напряжения, которое меньше, чем значение напряжения, которое даёт [[источник питания]], вы можете подключить внешние клеммы [[потенциометр]]а к этому источнику и «добрать» любое необходимое [[напряжение]] сближая/удаляя [[дворник]] [[потенциометр]]а и один из внешних выводов: | ||
[[File:Практическое применение потенциометра_20.jpg|center|frame|alt=Рис. 20. Практическое применение потенциометра.|'''Рис. 20.''' Практическое применение [[потенциометр]]а.]] | [[File:Практическое применение потенциометра_20.jpg|center|frame|alt=Рис. 20. Практическое применение потенциометра.|'''Рис. 20.''' Практическое применение [[потенциометр]]а.]] | ||
При подобном использовании название | При подобном использовании название «[[потенциометр]]» полностью оправдывает себя: это устройство измеряет (контролирует) приложенную к нему [[разность потенциалов]] ([[напряжение]]), создавая переменное соотношение [[делителя напряжения]]. Такое использование трехполюсного [[потенциометр]]а в качестве переменного [[делителя напряжения]] очень популярно в схемотехнике. | ||
=== Образцы малых [[потенциометр]]ов === | === Образцы малых [[потенциометр]]ов === | ||
| Строка 125: | Строка 127: | ||
[[File:Образцы малых потенциометров_21.jpg|center|frame|alt=Рис. 21. Образцы малых потенциометров.|'''Рис. 21.''' Образцы малых [[потенциометр]]ов.]] | [[File:Образцы малых потенциометров_21.jpg|center|frame|alt=Рис. 21. Образцы малых потенциометров.|'''Рис. 21.''' Образцы малых [[потенциометр]]ов.]] | ||
Меньшие блоки слева и справа предназначены для подключения к макетной плате без пайки или для пайки в печатной плате. Блоки, находящиеся посередине, предназначены для установки на плоской панели с проводами, которые припаяны к каждой из трех клемм [[потенциометр]]а. А вот еще три [[потенциометр]]а, более специализированных, чем из предыдущего набора: | Меньшие блоки слева и справа предназначены для подключения к [[макетной плате]] без пайки или для пайки в [[печатной плате]]. Блоки, находящиеся посередине, предназначены для установки на плоской панели с проводами, которые припаяны к каждой из трех клемм [[потенциометр]]а. А вот еще три [[потенциометр]]а, более специализированных, чем из предыдущего набора: | ||
[[File:Достаточно крупный гелипот – многооборотный потенциометр_22.jpg|center|frame|alt=Рис. 22. Достаточно крупный гелипот – многооборотный потенциометр.|'''Рис. 22.''' Достаточно крупный [[гелипот]] – многооборотный [[потенциометр]].]] | [[File:Достаточно крупный гелипот – многооборотный потенциометр_22.jpg|center|frame|alt=Рис. 22. Достаточно крупный гелипот – многооборотный потенциометр.|'''Рис. 22.''' Достаточно крупный [[гелипот]] – многооборотный [[потенциометр]].]] | ||
Крупного размера блок | Крупного размера блок «[[Helipot]]» – это [[лабораторный потенциометр]], предназначенный для быстрого и простого подключения к цепи. Блок в нижнем левом углу фотографии представляет собой [[потенциометр]] того же типа, только без футляра и 10-поворотного счётного диска. Оба этих [[потенциометр]]а являются [[прецизионным]]и (высокоточными) устройствами, в которых используются многооборотные спиралевидные резистивные ленты и механизмы [[дворник]]а для выполнения малых регулировок. Блок в правом нижнем углу представляет собой [[потенциометр]] для монтажа на панели, он предназначен для работы в тяжёлых промышленных условиях. | ||
== Итог == | == Итог == | ||
* Последовательные цепи пропорциональны делят общее напряжение между собой, причём пропорции строго зависят от сопротивлений: | * Последовательные цепи пропорциональны делят общее [[напряжение]] между собой, причём пропорции строго зависят от [[сопротивлений]]: E<sub>Rn</sub> = E<sub>Total</sub> (R<sub>n</sub>/R<sub>Total</sub>). | ||
* [[Потенциометр]] – это элемент цепи, имеющий переменное сопротивление с тремя точками подключения, часто используемый в качестве регулируемого делителя напряжения. | * [[Потенциометр]] – это элемент цепи, имеющий переменное [[сопротивление]] с тремя точками подключения, часто используемый в качестве регулируемого [[делителя напряжения]]. | ||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
| Строка 144: | Строка 146: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника}} | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
[[Категория:Постоянный ток]] | [[Категория:Постоянный ток]] | ||
[[Категория:Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа]] | [[Категория:Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа]] | ||
| Строка 162: | Строка 164: | ||
[[Категория:Важность применения потенциометра]] | [[Категория:Важность применения потенциометра]] | ||
[[Категория:Образцы малых потенциометров]] | [[Категория:Образцы малых потенциометров]] | ||
[[Категория:Поворотный потенциометр]] | |||
[[Категория:Теория]] | |||
[[Категория:Теория по электронике]] | |||
Текущая версия от 21:48, 22 мая 2023
Схемы с делителем напряжения[1]
Проанализируем простую последовательную схему и определим падения напряжения для отдельных резисторов:
По заданным значениям для отдельных сопротивлений мы определяем общее сопротивление цепи, сложив сопротивления для последовательных резисторов:
Определяем общее сопротивление цепи
Теперь в крайней правой колонке мы можем использовать закон Ома (I = E/R) для определения общей силы тока, которая, будет одинаковой для каждого резистора, поскольку сила тока одинакова для всех участков последовательной цепи:
Используем закон Ома для расчёта силы тока
Теперь, зная, что сила тока в цепи равна 2 мА, можно использовать закон Ома (E = IR), чтобы вычислить напряжение на каждом резисторе:
Вполне очевидно, что падение напряжения на каждом резисторе прямо пропорциональна его сопротивлению, учитывая, что сила тока одинакова на всех резисторах. Обратите внимание: напряжение на резисторе R2 вдвое больше, чем на R1, также как и сопротивление R2 в два раза больше, чем у R1.
Если мы изменим величину общего напряжения, то обнаружим, что данная пропорциональность падений напряжения осталась неизменной:
Решение для коэффициентов падения напряжения
Напряжение на резисторе R2 по-прежнему ровно вдвое больше, чем на R1, несмотря на то что напряжение источника питания изменилось. Пропорциональность падений напряжения (соотношение между ними) строго зависит от значений сопротивления отдельных резисторов.
При более внимательном рассмотрении становится очевидным, что падение напряжения на каждом отдельном резисторе также прямо пропорционально общему напряжению, которое даёт источник питания. Напряжение на R1, к примеру, составляло 10 вольт при питании от батареи 45 вольт. Когда напряжение батареи было поднято до 180 В (увеличение в 4 раза), падение напряжения на резисторе R1 также увеличилось в 4 раза (с 10 до 40 В).
Однако соотношение между падением напряжения на R1 и общим напряжением не поменялось:
Точно так же и для остальных двух резисторов – коэффициенты падения напряжения не изменились с увеличением напряжения источника питания:
Формула делителя напряжения
По этой причине последовательную цепь часто называют делителем напряжения из-за этой её пропорциональности, т.е. общее напряжение как бы делится на дробные части в постоянном соотношении. Используя несложную арифметику, выводим формулу для определения падения напряжения на последовательном резисторе, учитывая не что иное, как общее напряжение, сопротивление отдельного резистора и общее сопротивление всей цепи:
Отношение отдельного сопротивления к общему сопротивлению имеет ту же пропорцию, что и отношение напряжения отдельного резистора к общему напряжению источника питания в цепи, которая называется делителем напряжения. Это равенство известно как формула делителя напряжения, которая является быстрым способом определения падения напряжения в последовательной цепи без проведения всех расчётов с использованием закона Ома.
Пример использования формулы делителя напряжения
Используя эту формулу, мы можем повторно проанализировать падение напряжения на примере схемы за меньшее количество шагов:
Напряжение – разделительные элементы
Делители напряжения находят широкое применение в схемах электросчётчиков, где определённые комбинации последовательных резисторов используются для «разделения» напряжения на точные пропорции, что позволяет создавать устройства для измерения напряжения.
Потенциометры как элементы делителя напряжения
Одним из устройств, часто используемым в качестве элемента делителя напряжения, является потенциометр, представляющий собой резистор с подвижным контактом, перемещаемым с помощью ручки или рычага. Подвижный контакт (обычно его ещё называют ползунок, также используется термин дворник), взаимодействует с резистивной полоской материала (её ещё называют «скользящая проволока», если она сделана из резистивной металлической проволоки) в любой точке, которая устанавливается вручную:
Контакт-ползунок – это на приведённой схеме указывающая влево стрелка, пририсованная к середине вертикального резисторного элемента. При перемещении вверх он контактирует с резистивной полоской, приближаясь к клемме 1 и отдаляясь от клеммы 2, тем самым уменьшая сопротивление клеммы 1 и повышая сопротивление клеммы 2. При перемещении контакта вниз для клемм 1 и 2 происходит всё с точностью до наоборот. Суммарное сопротивление, измеренное между клеммами 1 и 2, будет постоянным для любого положения ползунка.
Поворотные и линейные потенциометры
Здесь показаны общие схемы двух типов потенциометров: поворотного и линейного.
Линейные потенциометры
Некоторые линейные потенциометры приводятся в действие прямолинейным движением рычага или ползунковой кнопки. Другие, подобные тому, что изображён на данном рисунке, приводятся в действие поворотным винтом, который даёт возможность точной регулировки. Такие потенциометры иногда называют подстроечными, так как они хорошо работают в устройствах, где требуется «подгонка» переменного сопротивления до необходимого точного значения. Следует отметить, что не все линейные потенциометры имеют такое же назначение клемм, как показано на рисунке выше. У некоторых клемма контакта находится посередине между двумя концевыми клеммами.
Поворотный потенциометр
На изображении ниже показана конструкция поворотного потенциометра.
На следующей фотографии показан настоящий поворотный потенциометр, у которого хорошо видны ползунок и скользящая проволока. Вал, перемещающий контакт-дворник, почти до упора повёрнут по часовой стрелке, так что дворник почти касается левого конца скользящей проволоки:
А вот этот же потенциометр, теперь у него вал повёрнут почти до упора против часовой стрелки, в результате чего дворник находится рядом с противоположным выводом:
Эффекты регулировки потенциометра в цепи
Если между внешними клеммами (по всей длине пути контакта) приложено постоянное напряжение, положение ползунка будет перераспределять часть приложенного напряжения, измерённого между контактом и любой из клемм. Дробное значение полностью зависит от физического положения дворника:
Важность применения потенциометра
Как и в случае с фиксированным делителем напряжения, коэффициент разделения напряжения потенциометра строго зависит от сопротивления отдельных участков, а не от величины напряжения на этих участках. Другими словами, если ручка или рычаг потенциометра перемещается в положение, соответствующее 50-ти процентам (точно по центру), падение напряжения между дворником и любой внешней клеммой будет ровно 1/2 от напряжения на участке, независимо от происхождения и величины напряжения. Имеет значение изменяемое сопротивление самого потенциометра. Другими словами, потенциометр работает как регулируемый делитель напряжения, где коэффициент деления напряжения устанавливается положением ползунка.
Это делает применение потенциометра крайне полезным, так как позволяет получать переменное напряжение от источника постоянного напряжения, вроде аккумулятора. Если для схемы, которую вы строите, требуется определённое количество напряжения, которое меньше, чем значение напряжения, которое даёт источник питания, вы можете подключить внешние клеммы потенциометра к этому источнику и «добрать» любое необходимое напряжение сближая/удаляя дворник потенциометра и один из внешних выводов:
При подобном использовании название «потенциометр» полностью оправдывает себя: это устройство измеряет (контролирует) приложенную к нему разность потенциалов (напряжение), создавая переменное соотношение делителя напряжения. Такое использование трехполюсного потенциометра в качестве переменного делителя напряжения очень популярно в схемотехнике.
Образцы малых потенциометров
Здесь показаны 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 печатной плате. Блоки, находящиеся посередине, предназначены для установки на плоской панели с проводами, которые припаяны к каждой из трех клемм потенциометра. А вот еще три потенциометра, более специализированных, чем из предыдущего набора:
Крупного размера блок «Helipot» – это лабораторный потенциометр, предназначенный для быстрого и простого подключения к цепи. Блок в нижнем левом углу фотографии представляет собой потенциометр того же типа, только без футляра и 10-поворотного счётного диска. Оба этих потенциометра являются прецизионными (высокоточными) устройствами, в которых используются многооборотные спиралевидные резистивные ленты и механизмы дворника для выполнения малых регулировок. Блок в правом нижнем углу представляет собой потенциометр для монтажа на панели, он предназначен для работы в тяжёлых промышленных условиях.
Итог
- Последовательные цепи пропорциональны делят общее напряжение между собой, причём пропорции строго зависят от сопротивлений: ERn = ETotal (Rn/RTotal).
- Потенциометр – это элемент цепи, имеющий переменное сопротивление с тремя точками подключения, часто используемый в качестве регулируемого делителя напряжения.
См.также
Внешние ссылки
- Электроника
- Перевод:valemak
- Перевод от valemak
- Перевёл valemak
- Проверка:myagkij
- Оформление:myagkij
- Редактирование:myagkij
- Страницы, где используется шаблон "Навигационная таблица/Телепорт"
- Страницы с телепортом
- Постоянный ток
- Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа
- Схемы с делителем напряжения
- Определяем общее сопротивление цепи
- Используем закон Ома для расчёта силы тока
- Решение для коэффициентов падения напряжения
- Формула делителя напряжения
- Пример использования формулы делителя напряжения
- Напряжение – разделительные элементы
- Потенциометры как элементы делителя напряжения
- Поворотные и линейные потенциометры
- Линейные потенциометры
- Поворотный потенциометр
- Эффекты регулировки потенциометра в цепи
- Важность применения потенциометра
- Образцы малых потенциометров
- Теория
- Теория по электронике
