Analysieren wir eine einfache Reihenschaltung und bestimmen die Spannungsabfälle an einzelnen Widerständen:
Aus den angegebenen Werten der einzelnen Widerstände können wir wissentlich einen Gesamtwiderstand des Schaltkreises bestimmen Diese Widerstände werden in Reihe addiert:
Bestimmen des gesamten Schaltungswiderstands
Von hier aus können wir verwenden Ohmsches Gesetz (I = E / R) zur Bestimmung des Gesamtstroms, von dem wir wissen, dass er mit jedem Widerstandsstrom identisch ist, wobei die Ströme in allen Teilen einer Reihenschaltung gleich sind:
Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz zur Berechnung des Stroms
Da wir nun wissen, dass der Stromkreis 2 mA beträgt, können wir das Ohmsche Gesetz (E = IR) zur Berechnung verwenden die Spannung an jedem Widerstand:
Es sollte offensichtlich sein, dass der Spannungsabfall an jedem Widerstand beträgt proportional zu seinem Widerstand, vorausgesetzt, der Strom ist durch alle Widerstände gleich. Beachten Sie, dass die Spannung an R2 doppelt so hoch ist wie die Spannung an R1, genauso wie der Widerstand von R2 doppelt so hoch ist wie der von R1.
Wenn wir die Gesamtspannung ändern würden, würden wir diese Proportionalität der Spannung finden Die Tropfen bleiben konstant:
Auflösen nach Spannungsabfallverhältnissen
Die Spannung an R2 ist immer noch genau doppelt so hoch der des R1-Abfalls, obwohl sich die Quellenspannung geändert hat. Die Proportionalität der Spannungsabfälle (Verhältnis von einem zum anderen) ist streng eine Funktion der Widerstandswerte.
Mit etwas mehr Beobachtung wird deutlich, dass der Spannungsabfall an jedem Widerstand auch ein fester Anteil des Widerstands ist Versorgungsspannung. Die Spannung an R1 betrug beispielsweise 10 Volt, wenn die Batterieversorgung 45 Volt betrug. Wenn die Batteriespannung auf 180 Volt (4-mal so viel) erhöht wurde, erhöhte sich auch der Spannungsabfall über R1 um den Faktor 4 (von 10 auf 40 Volt). Das Verhältnis zwischen dem Spannungsabfall von R1 und der Gesamtspannung änderte sich jedoch nicht:
Ebenso keines der anderen Die Spannungsabfallverhältnisse änderten sich entweder mit der erhöhten Versorgungsspannung:
Spannungsteilerformel
Aus diesem Grund Eine Reihenschaltung wird oft als Spannungsteiler bezeichnet, da sie die Gesamtspannung in Bruchteile eines konstanten Verhältnisses proportionieren oder teilen kann. Mit ein wenig Algebra können wir eine Formel zur Bestimmung des Spannungsabfalls des Serienwiderstands ableiten, die nur aus der Gesamtspannung, dem Einzelwiderstand und dem Gesamtwiderstand besteht:
Das Verhältnis des Einzelwiderstands zum Gesamtwiderstand ist das gleiche wie das Verhältnis des Einzelspannungsabfalls zur Gesamtversorgungsspannung in einer Spannungsteilerschaltung. Dies ist als Spannungsteilerformel bekannt und ist eine Abkürzungsmethode zum Bestimmen des Spannungsabfalls in einer Reihenschaltung, ohne die Stromberechnungen des Ohmschen Gesetzes zu durchlaufen.
Beispiel für die Verwendung der Spannungsteilerformel
Mit dieser Formel können wir die Spannungsabfälle der Beispielschaltung in weniger Schritten erneut analysieren:
Spannungsteiler
Spannungsteiler finden breite Anwendung in Stromzählerschaltungen, in denen bestimmte Kombinationen von Vorwiderständen zum „Teilen“ verwendet werden ”Eine Spannung in präzisen Proportionen als Teil eines Spannungsmessgeräts.
Potentiometer als spannungsaufteilende Komponenten
Ein häufig als Spannungsteiler verwendetes Gerät ist das Potentiometer, bei dem es sich um einen Widerstand handelt, bei dem ein bewegliches Element durch einen manuellen Knopf oder Hebel positioniert ist. Das bewegliche Element, das typischerweise als Wischer bezeichnet wird, berührt einen Widerstandsstr IP des Materials (üblicherweise als Gleitdraht bezeichnet, wenn es aus resistivem Metalldraht besteht) an einem beliebigen Punkt, der von der manuellen Steuerung ausgewählt wird:
Der Wischerkontakt ist das nach links gerichtete Pfeilsymbol in der Mitte des vertikalen Widerstandselements. Wenn es nach oben bewegt wird, berührt es den Widerstandsstreifen näher an Klemme 1 und weiter von Klemme 2 entfernt, wodurch der Widerstand an Klemme 1 verringert und der Widerstand an Klemme 2 erhöht wird. Wenn es nach unten bewegt wird, ergibt sich der gegenteilige Effekt. Der zwischen den Klemmen 1 und 2 gemessene Widerstand ist für jede Wischerposition konstant.
Rotations- / Linearpotentiometer
Hier sind interne Abbildungen von zwei Potentiometertypen dargestellt, rotierend und linear.
Lineare Potentiometer
Einige lineare Potentiometer werden durch geradlinige Bewegung eines Hebels oder einer Schiebetaste betätigt. Andere, wie die in der vorherigen Abbildung dargestellte, werden zur Feineinstellung durch eine Drehschraube betätigt.Die letzteren Einheiten werden manchmal als Trimpots bezeichnet, da sie gut für Anwendungen geeignet sind, bei denen ein variabler Widerstand auf einen bestimmten Wert „getrimmt“ werden muss.
Es ist zu beachten, dass nicht alle linearen Potentiometer die gleichen Anschlusszuordnungen haben Bei einigen befindet sich der Wischeranschluss in der Mitte zwischen den beiden Endanschlüssen.
Rotationspotentiometer
Das folgende Bild zeigt den Aufbau eines Rotationspotentiometers
Das folgende Foto zeigt ein echtes Drehpotentiometer mit freiliegendem Wischer und Gleitdraht zur einfachen Anzeige. Die Welle, die die Der Wischer wurde fast vollständig im Uhrzeigersinn gedreht, so dass der Wischer fast das linke Anschlussende des Gleitdrahtes berührt:
Hier ist Das gleiche Potentiometer mit der Wischerwelle wurde fast vollständig gegen den Uhrzeigersinn bewegt, so dass sich der Wischer in der Nähe des anderen äußersten Fahrendes befindet:
Auswirkungen von Einstellungen in einem Potentiometer in einem Stromkreis
Wenn zwischen den äußeren Anschlüssen (über die Länge des Gleitdrahtes) eine konstante Spannung angelegt wird) Die Wischerposition leitet einen Bruchteil der angelegten Spannung ab, die zwischen dem Wischerkontakt und einer der beiden anderen Klemmen messbar ist. Der Bruchwert hängt vollständig von der physischen Position des Wischers ab:
Die Bedeutung der Potentiometeranwendung
Genau wie beim festen Spannungsteiler hängt das Spannungsteilungsverhältnis des Potentiometers ausschließlich vom Widerstand und nicht von der Größe der angelegten Spannung ab. Mit anderen Worten, wenn der Potentiometerknopf oder -hebel in die 50-Prozent-Position (exakt in der Mitte) bewegt wird, beträgt die zwischen dem Scheibenwischer und einem der beiden Außenanschlüsse abfallende Spannung genau die Hälfte der angelegten Spannung, unabhängig davon, mit welcher Spannung dies geschieht sein, oder wie hoch der End-to-End-Widerstand des Potentiometers ist. Mit anderen Worten, ein Potentiometer fungiert als variabler Spannungsteiler, wobei das Spannungsteilungsverhältnis durch die Wischerposition eingestellt wird.
Diese Anwendung des Potentiometers ist ein sehr nützliches Mittel, um eine variable Spannung aus einer festen Spannung zu erhalten Quelle wie eine Batterie. Wenn für einen Stromkreis, den Sie bauen, eine bestimmte Spannung erforderlich ist, die unter dem Wert der verfügbaren Batteriespannung liegt, können Sie die äußeren Klemmen eines Potentiometers an diese Batterie anschließen und die benötigte Spannung zwischen dem Potentiometer „einwählen“ Wischer und einer der äußeren Anschlüsse zur Verwendung in Ihrem Stromkreis:
Bei dieser Verwendung macht das Namenspotentiometer den Meister Sinn: Sie messen (steuern) das an sie angelegte Potential (Spannung), indem sie ein variables Spannungsteiler-Verhältnis erzeugen. Diese Verwendung des Potentiometers mit drei Anschlüssen als variabler Spannungsteiler ist im Schaltungsdesign sehr beliebt.
Beispiele für kleine Potentiometer
Hier sind einige kleine Potentiometer dargestellt, wie sie üblicherweise in Geräten der Unterhaltungselektronik sowie von Hobbyisten und Studenten beim Aufbau von Schaltkreisen verwendet werden:
Die kleineren Einheiten ganz links und ganz rechts sind zum Anschließen an Lötmittel vorgesehen s Steckbrett oder in eine Leiterplatte eingelötet werden. Die mittleren Einheiten sind für die Montage auf einem Flachbildschirm mit an jeden der drei Anschlüsse gelöteten Drähten ausgelegt. Hier sind drei weitere Potentiometer, die spezialisierter sind als das gerade gezeigte Set:
Die große „Helipot“ -Einheit ist ein Laborpotentiometer Das Gerät in der unteren linken Ecke des Fotos ist der gleiche Potentiometertyp, nur ohne Gehäuse oder Zählrad mit 10 Umdrehungen. Beide Potentiometer sind Präzisionsgeräte mit Multi- Drehen Sie die Helix-Track-Widerstandsstreifen und Wischermechanismen, um kleine Einstellungen vorzunehmen. Das Gerät unten rechts ist ein Potentiometer für die Schalttafeleinbau, das für den rauen Einsatz in industriellen Anwendungen ausgelegt ist ul>
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- Arbeitsblatt für Spannungsteilerschaltungen