Электроника:Эксперименты/Электрические цепи постоянного тока/Потенциометр как делитель напряжения

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Потенциометр как делитель напряжения[1]

Оборудование и материалы

  • Две 6-вольтовые батареи
  • Угольный карандашный «грифель» (извлечённый из механического карандаша)
  • Потенциометр, однооборотный, от 5 кОм до 50 кОм, линейный конус (№ по каталогу Radio Shack от 271-1714 до 271-1716)
  • Потенциометр, многооборотный, от 1 кОм до 20 кОм (каталог Radio Shack № 271-342, 271-343, 900-8583 или с 900-8587 по 900-8590)

Потенциометры представляют собой делители переменного напряжения с валом или ползунком для установки коэффициента деления.

Они изготавливаются как в панельном, так и в макетном исполнении.

Для этого эксперимента подойдет любой тип потенциометра.

Если вы спасёте потенциометр из старого неработающего радиоприемника или другого аудиоустройства, вы, вероятно, получите то, что называется потенциометром с конусностью звука (или просто конусный потенциометр).

Эти потенциометры демонстрируют логарифмическую зависимость между коэффициентом деления и положением вала.

Напротив, линейный потенциометр демонстрирует прямую зависимость между положением вала и коэффициентом деления напряжения.

Я настоятельно рекомендую именно линейный потенциометр для этого эксперимента, да и для большинства экспериментов в целом.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

Проиллюстрировать …

  • … использование вольтметра
  • … использование омметра
  • … конструкцию и функции делителя напряжения
  • … последовательное сложение напряжений

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: батарея, резистор, ползунок потенциометра как делитель напряжения.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: батарея, резистор, ползунок потенциометра как делитель напряжения.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: батарея, резистор (карандашный «грифель»), ползунок потенциометра (щуп мультиметра) как делитель напряжения. Объединены в свободной форме с помощью зажимов.
Рис. 2. Иллюстрация: батарея, резистор (карандашный «грифель»), ползунок потенциометра (щуп мультиметра) как делитель напряжения. Объединены в свободной форме с помощью зажимов.
Рис. 3. Иллюстрация: батарея, резистор (карандашный «грифель»), ползунок потенциометра (щуп мультиметра) как делитель напряжения. Клеммная колодка.
Рис. 3. Иллюстрация: батарея, резистор (карандашный «грифель»), ползунок потенциометра (щуп мультиметра) как делитель напряжения. Клеммная колодка.
Рис. 4. Иллюстрация: батарея, резистор (карандашный «грифель»), ползунок потенциометра (щуп мультиметра) как делитель напряжения. Беспаечная макетная плата.
Рис. 4. Иллюстрация: батарея, резистор (карандашный «грифель»), ползунок потенциометра (щуп мультиметра) как делитель напряжения. Беспаечная макетная плата.

Ход эксперимента

Начнём этот эксперимент со схемы, содержащей «грифель» карандаша. В карандашах используется стержень, сделанный из смеси графита и глины (а не из свинца или какого другого металла), что позволяет делать чёрные отметки на бумаге.

Графит, будучи посредственным электрическим проводником, действует как своего рода резистор, подключенный к аккумулятору двумя зажимами-перемычками типа «крокодил».

Подсоедините вольтметр, как показано на рисунке, и прикоснитесь красным щупом к графитовому стержню. Перемещайте красный щуп вдоль стержня и обратите внимание на изменение показаний вольтметра.

Какое положение щупа даёт наибольшую индикацию напряжения?

По сути, стержень действует как пара резисторов, соотношение между двумя сопротивлениями определяется положением красного щупа по длине стержня:

Рис. 5. Аналогия между «карандашный стержень + щуп вольтметра» и «пара резисторов + ползунок потенциометра».
Рис. 5. Аналогия между «карандашный стержень + щуп вольтметра» и «пара резисторов + ползунок потенциометра».

Теперь измените подключение вольтметра к цепи, чтобы измерить напряжение на «верхнем резисторе» стержня карандаша, например так:

Рис. 6. Меняем подключение, чтобы измерить напряжение на одном из «резисторов» из пары.
Рис. 6. Меняем подключение, чтобы измерить напряжение на одном из «резисторов» из пары.

Перемещайте чёрный щуп по длине стержня, отмечая показания вольтметра.

В каком положении прибор измеряет наибольшее падение напряжения? Отличается ли это от предыдущей схемы? Почему?

Промышленные потенциометры содержат резистивную полоску, заключённую в металлический или пластиковый корпус, и имеют некий механизм для перемещения «ползунка» по всей длине этой резистивной полоски.

Вот иллюстрация конструкции оборотного (поворотного) потенциометра:

Рис. 7. Общий принцип устройства оборотного потенциометра.
Рис. 7. Общий принцип устройства оборотного потенциометра.

Некоторые оборотные потенциометры имеют спиральную резистивную полосу и ползунок, который перемещается в осевом направлении при вращении, так что требуется несколько оборотов вала для перемещения ползунка от одного конца диапазона потенциометра к другому. Многооборотные потенциометры используются в приложениях, где важна точная настройка.

Линейные потенциометры также содержат резистивную полоску, единственное отличие заключается в направлении движения ползунка.

В некоторых линейных потенциометрах используется специальный ползунковый механизм для перемещения ползунка, а в других — винт для облегчения многооборотной операции:

Рис. 8. Общий принцип устройства линейного потенциометра.
Рис. 8. Общий принцип устройства линейного потенциометра.

Следует отметить, что не все линейные потенциометры имеют одинаковое назначение контактов (клемм). На некоторых средний штифт является также и ползунком.

Настройте цепь, используя промышленный потенциометр, а не «самодельный», сделанный из карандашного грифеля.

Вы можете использовать любую форму конструкции, которая удобна. Измерьте напряжение батареи при включении потенциометра и запишите это значение напряжения на бумаге.

Измерьте напряжение между ползунком и концом потенциометра, подключённым к отрицательной «-» стороне аккумулятора.

Отрегулируйте механизм потенциометра, пока вольтметр не зарегистрирует точно ⅓ от общего напряжения. Для 6-вольтовой батареи это будет примерно 2 вольта.

Теперь подключите две батареи в последовательной конфигурации, чтобы обеспечить примерно 12 вольт на потенциометре.

Измерьте общее напряжение батареи, а затем измерьте напряжение между теми же двумя точками на потенциометре (ползунок и отрицательная сторона).

Разделите измеренное выходное напряжение потенциометра на измеренное общее напряжение. Частное должно составлять ⅓, это тот же коэффициент деления напряжения, который был установлен ранее:

Рис. 9. С помощью вольтметра измеряем выход потенциометра.
Рис. 9. С помощью вольтметра измеряем выход потенциометра.

См.также

Внешние ссылки