Låt oss analysera en enkel seriekrets och bestämma spänningsfallet över enskilda motstånd:
Från de givna värdena för enskilda motstånd kan vi bestämma ett totalt kretsmotstånd, med vetskap om som motstånd lägger till i serie:
Bestäm den totala kretsmotståndet
Härifrån kan vi använda Ohms lag (I = E / R) för att bestämma den totala strömmen, som vi vet kommer att vara densamma som varje motståndsström, strömmarna är lika i alla delar av en seriekrets:
Använd Ohms lag för att beräkna ström
Nu, med vetskap om att kretsströmmen är 2 mA, kan vi använda Ohms lag (E = IR) för att beräkna spänningen över varje motstånd:
Det bör vara uppenbart att spänningsfallet över varje motstånd är proportionellt mot dess motstånd, med tanke på att strömmen är densamma genom alla motstånd. Lägg märke till hur spänningen över R2 är dubbelt så stor som spänningen över R1, precis som motståndet för R2 är dubbelt så stor som R1.
Om vi skulle ändra den totala spänningen skulle vi hitta denna proportionalitet av spänningen droppar förblir konstant:
Lösning för spänningsfallkvoter
Spänningen över R2 är fortfarande exakt två gånger det för R1: s fall, trots att källspänningen har förändrats. Proportionaliteten hos spänningsfall (förhållandet mellan en och en annan) är strikt en funktion av motståndsvärden.
Med lite mer observation blir det uppenbart att spänningsfallet över varje motstånd också är en fast andel av matningsspänning. Spänningen över R1 var till exempel 10 volt när batteriet var 45 volt. När batterispänningen ökade till 180 volt (fyra gånger så mycket) ökade också spänningsfallet över R1 med en faktor 4 (från 10 till 40 volt). Förhållandet mellan R1: s spänningsfall och total spänning ändrades dock inte:
På samma sätt ingen av de andra spänningsfallförhållanden ändrades med den ökade matningsspänningen antingen:
Spänningsdelningsformel
Av denna anledning , kallas en seriekrets ofta en spänningsdelare för dess förmåga att proportionera – eller dela – den totala spänningen i bråkdelar med konstant förhållande. Med lite algebra kan vi härleda en formel för att bestämma seriemotståndsspänningsfall med inget annat än total spänning, individuellt motstånd och total motstånd:
Förhållandet mellan individuellt motstånd och totalt motstånd är samma som förhållandet mellan individuellt spänningsfall och den totala matningsspänningen i en spänningsdelarkrets. Detta kallas spänningsdelningsformeln, och det är en genvägsmetod för att bestämma spänningsfall i en seriekrets utan att gå igenom de nuvarande beräkningarna av Ohms lag.
Exempel på användning av spänningsdelningsformel h4>
Med den här formeln kan vi analysera om kretsens spänningsfall i färre steg:
Spänning – delningskomponenter
Spänningsdelare hittar bred tillämpning i elektriska mätarkretsar, där specifika kombinationer av seriemotstånd används för att ”dela ”En spänning i exakta proportioner som en del av en spänningsmätanordning.
Potentiometrar som spänningsdelande komponenter
En enhet som ofta används som en spänningsdelande komponent är potentiometern, som är ett motstånd med ett rörligt element placerat med en manuell ratt eller spak. Det rörliga elementet, vanligtvis kallat en torkare, kommer i kontakt med en resistiv str ip av material (vanligtvis kallat glidtråden om den är gjord av resistiv metalltråd) vid valfri punkt vald av manuell styrning:
Torkarkontakten är den vänstra pilen som är ritad i mitten av det vertikala motståndselementet. När den flyttas upp, kommer den i kontakt med motståndsremsan närmare terminal 1 och längre bort från terminal 2, sänker motståndet till terminal 1 och höjer motståndet till terminal 2. När den flyttas ned, motsätts den motsatta effekten. Motståndet mätt mellan plintarna 1 och 2 är konstant för alla torkarpositioner.
Roterande kontra linjära potentiometrar
Här visas interna illustrationer av två potentiometertyper, roterande och linjära.
Linjära potentiometrar
Vissa linjära potentiometrar påverkas av en spak eller skjutknapp i rak linje. Andra, som den som visas i föregående illustration, manövreras med en skruv för finjusteringsförmåga.De senare enheterna kallas ibland trimpoter eftersom de fungerar bra för applikationer som kräver att ett variabelt motstånd ”trimmas” till något exakt värde.
Det bör noteras att inte alla linjära potentiometrar har samma terminaluppdrag. som visas i denna illustration. Med vissa finns torkaranslutningen i mitten, mellan de två ändanslutningarna.
Roterande potentiometer
Bilden nedan visar karosskonstruktionen för en roterande potentiometer .
Följande fotografi visar en riktig roterande potentiometer med exponerad torkare och glidtråd för enkel visning. Axeln som rör torkaren har vridits nästan helt medurs så att torkaren nästan rör vid den vänstra änden av glidtråden:
Här är samma potentiometer med torkaraxeln rörd sig nästan helt moturs så att torkaren är i närheten av den andra ytteränden:
Effekter av justeringar i en potentiometer i en krets
Om en konstant spänning appliceras mellan de yttre anslutningarna (över glidtrådens längd) torkar positionen bort en del av den applicerade spänningen, mätbar mellan torkarkontakten och någon av de andra två terminalerna. Delvärdet beror helt på torkarens fysiska position:
Betydelsen av potentiometerapplikation
Precis som den fasta spänningsdelaren är potentiometerns spänningsdelningsförhållande strikt en funktion av motstånd och inte av storleken på den applicerade spänningen. Med andra ord, om potentiometervredet eller spaken flyttas till läget 50 procent (exakt mitt), skulle spänningen som tappades mellan torkaren och antingen utanför terminalen vara exakt 1/2 av den applicerade spänningen, oavsett vad den spänningen händer vara, eller vad potentiometerns motstånd mot slut är. Med andra ord fungerar en potentiometer som en variabel spänningsdelare där spänningsdelningsförhållandet ställs in av torkarposition.
Denna tillämpning av potentiometern är ett mycket användbart sätt att erhålla en variabel spänning från en fast spänning källa som ett batteri. Om en krets du bygger kräver en viss spänning som är mindre än värdet på ett tillgängligt batterispänning, kan du ansluta de yttre polerna på en potentiometer över det batteriet och ”ringa upp” vilken spänning du behöver mellan potentiometern. torkare och en av de yttre terminalerna för användning i din krets:
När det används på detta sätt, gör namnet potentiometer perfekt sense: de mäter (styr) potentialen (spänningen) som appliceras över dem genom att skapa ett variabelt spänningsdelningsförhållande. Denna användning av den treterminala potentiometern som en variabel spänningsdelare är mycket populär i kretsdesign.
Prover av små potentiometrar
Här visas flera små potentiometrar av det slag som vanligtvis används i elektronisk konsumentutrustning och av hobbyister och studenter vid konstruktion av kretsar:
De mindre enheterna till höger och vänster är utformade för att anslutas till ett löd s brödbräda eller lödas i ett kretskort. De mellersta enheterna är utformade för att monteras på en platt panel med trådar lödda till var och en av de tre terminalerna. Här är tre fler potentiometrar, mer specialiserade än just den uppsättning som visas:
Den stora ”Helipot” -enheten är en laboratoriepotentiometer konstruerad för snabb och enkel anslutning till en krets. Enheten i det nedre vänstra hörnet på fotografiet är av samma typ av potentiometer, bara utan ett fodral eller 10-varv räknare. Båda dessa potentiometrar är precisionsenheter, med flera vrid motståndsremsor med skruvlinje och torkarmekanismer för att göra små justeringar. Enheten till höger är en panelmonterad potentiometer, utformad för grov service i industriella applikationer.
ÖVERSIKT:
- Seriekretsar proportion, eller dela, den totala matningsspänningen mellan enskilda spänningsfall, proportionerna är strikt beroende av motstånd: ERn = ETotal (Rn / RTotal)
- En potentiometer är en variabel- motståndskomponent med tre anslutningspunkter, som ofta används som en justerbar spänningsdelare.
RELATERAD WO RKSHEETS:
- Arbetsblad för spänningsdelarkretsar