Analizziamo un semplice circuito in serie e determiniamo le cadute di tensione sui singoli resistori:
Dai valori dati delle resistenze individuali, possiamo determinare una resistenza totale del circuito, sapendo che le resistenze aggiungono in serie:
Determina la resistenza totale del circuito
Da qui, possiamo usare Legge di Ohm (I = E / R) per determinare la corrente totale, che sappiamo sarà la stessa di ogni corrente del resistore, le correnti essendo uguali in tutte le parti di un circuito in serie:
Usa la legge di Ohm per calcolare la corrente
Ora, sapendo che la corrente del circuito è 2 mA, possiamo usare la legge di Ohm (E = IR) per calcolare la tensione su ciascuna resistenza:
Dovrebbe essere evidente che la caduta di tensione su ciascuna resistenza è proporzionale alla sua resistenza, dato che la corrente è la stessa in tutte le resistenze. Si noti come la tensione su R2 sia doppia rispetto a quella su R1, proprio come la resistenza di R2 è doppia rispetto a R1.
Se dovessimo cambiare la tensione totale, troveremmo questa proporzionalità della tensione le cadute rimangono costanti:
Risoluzione dei rapporti di caduta di tensione
La tensione su R2 è ancora esattamente il doppio quello della caduta di R1, nonostante il fatto che la tensione della sorgente sia cambiata. La proporzionalità delle cadute di tensione (rapporto tra una e laltra) è strettamente una funzione dei valori di resistenza.
Con un po più di osservazione, diventa evidente che la caduta di tensione su ciascun resistore è anche una proporzione fissa del tensione di alimentazione. La tensione su R1, ad esempio, era di 10 volt quando lalimentazione della batteria era di 45 volt. Quando la tensione della batteria è stata aumentata a 180 volt (4 volte di più), anche la caduta di tensione su R1 è aumentata di un fattore 4 (da 10 a 40 volt). Il rapporto tra la caduta di tensione di R1 e la tensione totale, tuttavia, non è cambiato:
Allo stesso modo, nessuno degli altri i rapporti di caduta di tensione cambiati con laumento della tensione di alimentazione:
Formula del divisore di tensione
Per questo motivo , un circuito in serie è spesso chiamato partitore di tensione per la sua capacità di proporzionare – o dividere – la tensione totale in porzioni frazionarie di rapporto costante. Con un po di algebra, possiamo ricavare una formula per determinare la caduta di tensione del resistore in serie dato nientaltro che tensione totale, resistenza individuale e resistenza totale:
Il rapporto tra resistenza individuale e resistenza totale è lo stesso del rapporto tra la caduta di tensione individuale e la tensione di alimentazione totale in un circuito partitore di tensione. Questa è nota come formula del divisore di tensione ed è un metodo di scelta rapida per determinare la caduta di tensione in un circuito in serie senza passare attraverso i calcoli correnti della legge di Ohm.
Esempio di utilizzo della formula del divisore di tensione
Usando questa formula, possiamo rianalizzare le cadute di tensione del circuito di esempio in meno passaggi:
Tensione – Componenti divisori
I divisori di tensione trovano ampia applicazione nei circuiti dei contatori elettrici, dove vengono utilizzate combinazioni specifiche di resistori in serie per “dividere” “Una tensione in proporzioni precise come parte di un dispositivo di misurazione della tensione.
Potenziometri come componenti di divisione della tensione
Un dispositivo utilizzato frequentemente come componente di divisione della tensione è il potenziometro, che è un resistore con un elemento mobile posizionato da una manopola o leva manuale. Lelemento mobile, tipicamente chiamato tergicristallo, entra in contatto con un resistivo str ip di materiale (comunemente chiamato slidewire se è fatto di filo metallico resistivo) in qualsiasi punto selezionato dal controllo manuale:
Il contatto del tergicristallo è il simbolo della freccia rivolto a sinistra disegnato al centro dellelemento resistore verticale. Quando viene spostato verso lalto, entra in contatto con la striscia resistiva più vicino al terminale 1 e più lontano dal terminale 2, abbassando la resistenza al terminale 1 e aumentando la resistenza al terminale 2. Quando viene spostato verso il basso, si ha leffetto opposto. La resistenza misurata tra i terminali 1 e 2 è costante per qualsiasi posizione del tergicristallo.
Potenziometri rotativi e lineari
Di seguito sono mostrate illustrazioni interne di due tipi di potenziometro, rotativo e lineare.
Potenziometri lineari
Alcuni potenziometri lineari vengono azionati dal movimento in linea retta di una leva o di un pulsante scorrevole. Altri, come quello rappresentato nellillustrazione precedente, sono azionati da una vite girevole per una regolazione fine.Queste ultime unità sono a volte indicate come trimpot perché funzionano bene per applicazioni che richiedono una resistenza variabile da “tarare” a un valore preciso.
Va notato che non tutti i potenziometri lineari hanno le stesse assegnazioni dei terminali come mostrato in questa illustrazione. Con alcuni, il terminale del tergicristallo si trova al centro, tra i due terminali.
Potenziometro rotativo
Limmagine sotto mostra la struttura del corpo di un potenziometro rotativo .
La seguente fotografia mostra un vero potenziometro rotativo con tergicristallo esposto e filo scorrevole per una facile visualizzazione. Lalbero che muove il il tergicristallo è stato ruotato quasi completamente in senso orario in modo che tocchi quasi lestremità del terminale sinistro del filo scorrevole:
Ecco lo stesso potenziometro con lalbero del tergicristallo spostato quasi nella posizione completamente in senso antiorario in modo che il tergicristallo sia vicino allaltra estremità estrema della corsa:
Effetti delle regolazioni in un potenziometro in un circuito
Se viene applicata una tensione costante tra i terminali esterni (per tutta la lunghezza del cavo scorrevole) , la posizione del tergicristallo attiverà una frazione della tensione applicata, misurabile tra il contatto del tergicristallo e uno degli altri due terminali. Il valore frazionario dipende interamente dalla posizione fisica del tergicristallo:
Limportanza dellapplicazione del potenziometro
Proprio come il partitore di tensione fisso, il rapporto di divisione della tensione del potenziometro è strettamente una funzione della resistenza e non dellampiezza della tensione applicata. In altre parole, se la manopola o la leva del potenziometro viene spostata nella posizione del 50 percento (centro esatto), la tensione caduta tra il tergicristallo e uno dei terminali esterni sarebbe esattamente la metà della tensione applicata, indipendentemente dal voltaggio be, o qual è la resistenza end-to-end del potenziometro. In altre parole, un potenziometro funziona come un partitore di tensione variabile in cui il rapporto di divisione della tensione è impostato dalla posizione del tergicristallo.
Questa applicazione del potenziometro è un mezzo molto utile per ottenere una tensione variabile da una tensione fissa fonte come una batteria. Se un circuito che stai costruendo richiede una certa quantità di tensione che è inferiore al valore della tensione di una batteria disponibile, puoi collegare i terminali esterni di un potenziometro attraverso quella batteria e “dial-up” qualunque tensione tu abbia bisogno tra il potenziometro tergicristallo e uno dei terminali esterni da utilizzare nel circuito:
Quando viene utilizzato in questo modo, il nome potenziometro rende perfetto senso: misurano (controllano) il potenziale (tensione) applicato attraverso di loro creando un rapporto variabile del divisore di tensione. Questo uso del potenziometro a tre terminali come partitore di tensione variabile è molto popolare nella progettazione di circuiti.
Esempi di piccoli potenziometri
Di seguito sono mostrati diversi piccoli potenziometri del tipo comunemente utilizzato nelle apparecchiature elettroniche di consumo e da hobbisti e studenti nella costruzione di circuiti:
Le unità più piccole allestrema sinistra e allestrema destra sono progettate per essere collegate a saldature s breadboard o essere saldato in un circuito stampato. Le unità centrali sono progettate per essere montate su un pannello piatto con fili saldati a ciascuno dei tre terminali. Ecco altri tre potenziometri, più specializzati del set appena mostrato:
Lunità grande “Helipot” è un potenziometro da laboratorio progettato per un collegamento rapido e semplice a un circuito. Lunità nellangolo inferiore sinistro della fotografia è lo stesso tipo di potenziometro, solo senza cassa o quadrante di conteggio a 10 giri. Entrambi questi potenziometri sono unità di precisione, che utilizzano ruotare le strisce di resistenza a binario elicoidale e i meccanismi del tergicristallo per effettuare piccole regolazioni. Lunità in basso a destra è un potenziometro da pannello, progettato per il servizio approssimativo in applicazioni industriali.
REVISIONE:
- I circuiti in serie proporzionano, o dividono, la tensione di alimentazione totale tra le singole cadute di tensione, le proporzioni sono strettamente dipendenti dalle resistenze: ERn = ETotale (Rn / RTotale)
- Un potenziometro è una variabile- componente resistivo con tre punti di connessione, spesso utilizzato come partitore di tensione regolabile.
WO CORRELATO RKSHEETS:
- Foglio di lavoro per circuiti con divisori di tensione