Определение
Делитель электрического напряжения представляет собой схему из комбинации электронных компонентов, необходимых для разделения действующего входного напряжения на части и для дальнейшей передачи этих частей в разные части цепи. Он очень часто используется в усилителях различного назначения.
Делители напряжения могут быть построены с использованием различных элементов. В их роли могут работать резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Независимо от того, из каких компонентов построено устройство, оно состоит из 2-х основных частей:
- верхнее плечо. Он включает в себя участок с положительным значением и точку подключения к следующему участку сети.
- Нижнее плечо. Он состоит из участка с нулем, являющегося серединой цепи.
Оба плеча имеют строго последовательное соединение. Сумма их выходных напряжений равна общему входному за вычетом небольшого количества рассеяния.
Делитель напряжения на резисторах
Рассмотрим простейший делитель напряжения, который состоит из двух резисторов. Соединяем эти два резистора последовательно и подаем на них напряжение. Напряжение может быть как постоянным, так и переменным.
Подавая напряжение на эту цепь, состоящую из двух резисторов, получаем, что цепь замыкается, и в цепи начинает протекать электрический ток с определенной силой тока, которая зависит от значений сопротивления.
Итак, мы знаем, что при последовательном соединении ток в цепи одинаков. То есть, какой бы ток ни протекал через резистор R1, такой же ток течет и через резистор R2. Как рассчитать эту силу тока? Это оказывается довольно просто, используя закон Ома: I=U/R.
Так как наши резисторы соединены последовательно, их общее сопротивление тоже будет выражаться формулой
То есть в нашем случае мы можем написать это
Как найти падение напряжения на резисторе R2?
Так как ток для обоих резисторов общий, то по закону Ома
Заменяем формулу на I
и мы заканчиваем с
С другим сопротивлением ситуация аналогичная. Это снижает напряжение
Для него будет написана формула
Докажем, что сумма падений напряжения на резисторах равна напряжению питания, то есть надо доказать, что U=UR1 +UR2. Подставьте значения и посмотрите.
qED
Эта формула также работает для большого количества резисторов.
На схеме выше мы видим резисторы, соединенные последовательно. Каким будет Utotal? Поскольку резисторы соединены последовательно, на каждом резисторе падает некоторое напряжение. Сумма падений напряжения на всех резисторах будет равна Uобщ. В нашем случае формула будет записана в виде
Как работает делитель напряжения на практике
Итак, у нас есть эти два резистора и наш любимый мультиметр:
Измеряем сопротивление небольшого резистора, R1 = 109,7 Ом.
Измеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.
На блок питания ставим ровно 10 вольт. Измеряем напряжение с помощью мультиметра.
Цепляем питание этих двух резисторов, впаянных последовательно. Напомню, что на блоке ровно 10 вольт. Показания амперметра на блоке питания также немного неточны. Силу тока в дальнейшем будем измерять также с помощью мультиметра.
Измеряем падение напряжения на большом резисторе, который имеет номинал 52,8 Ом. Мультиметр показал 3,21 вольта.
Измеряем напряжение на небольшом резисторе номиналом 109,7 Ом. На него падает напряжение 6,77 вольта.
Ну, с математикой, я думаю, у всех все в порядке. Добавьте эти два значения напряжения. 3,21 + 6,77 = 9,98 вольта. А куда делись остальные 0,02 вольта?
Спишем погрешность щупов и измерительных приборов. Вот наглядный пример того, как нам удалось разделить напряжение на два разных напряжения. Мы еще раз подтвердили, что сумма падений напряжения на каждом резисторе равна напряжению питания, приложенному к этой цепи.
Сила тока в цепи при последовательном соединении резисторов
Убедимся, что ток при последовательном соединении резисторов везде одинаков. Как измерить силу тока постоянного напряжения, я писал здесь. Как видите, мультиметр показал значение 0,04 А или 40 мА в начале цепи, в середине цепи и даже в конце цепи. Где бы мы ни разорвали нашу цепь, везде одинаковое значение силы тока.
Читайте также: Технические характеристики светодиодных ламп и их значение
Переменный резистор в роли делителя напряжения
Для равномерной регулировки выходного напряжения у нас есть переменный резистор в качестве делителя напряжения. Его также называют потенциометром.
Обозначение на схеме выглядит так:
Принцип работы следующий: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление. Сопротивление по отношению к среднему контакту по отношению к крайним может меняться в зависимости от того, куда мы крутим крутку этого переменного сопротивления. Этот резистор рассчитан на 1 Вт и имеет импеданс 330 Ом. Посмотрим, как он разделит восторг.
Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, нагружать его большим напряжением не хочется. Мощность, которая исчезает в резисторе, рассчитывается по формуле P=I2R. Это означает, что этот переменный резистор может разделять только небольшое напряжение с небольшим сопротивлением нагрузки и наоборот.
Главное, чтобы силовое значение этого сопротивления не вышло за пределы допустимого. Поэтому я буду делить напряжение на 1 Вольт.
Для этого ставим на блок напряжение 1 Вольт и цепляем наш резистор по двум крайним контактам.
Закручиваем скрутку в произвольном направлении и останавливаем. Замеряем напряжение между левым и средним контактом и получаем 0,34 вольта.
Замеряем напряжение между средним и правым контактом и получаем 0,64 вольта
Суммируем напряжение и получаем 0,34+0,64=0,98 вольта. 0,02 вольта опять где-то потеряно. Скорее всего на щупы, так как они тоже имеют сопротивление. Как видите, мы можем использовать простой переменный резистор в качестве простого делителя напряжения.
