Spanningsdelercircuits

Laten we een eenvoudige serieschakeling analyseren en de spanningsdalingen over afzonderlijke weerstanden bepalen:

Uit de gegeven waarden van individuele weerstanden kunnen we een totale circuitweerstand bepalen, wetende dat weerstanden in serie optellen:

Bepaal de totale circuitweerstand

Vanaf hier kunnen we de wet van Ohm (I =E / R) gebruiken om de totale stroom te bepalen, waarvan we weten dat deze hetzelfde zal zijn als elke weerstandsstroom, waarbij de stromen gelijk zijn in alle delen van een serieschakeling:

Gebruik de wet van Ohm om stroom te berekenen

Nu we weten dat de circuitstroom 2 mA is, kunnen we de wet van Ohm (E=IR) gebruiken om de spanning over elke weerstand te berekenen:

Het moet duidelijk zijn dat de spanningsval over elke weerstand evenredig is met zijn weerstand, aangezien de stroom door alle weerstanden hetzelfde is. Merk op hoe de spanning over R₂ is het dubbele van de spanning over R₁ , net als de weerstand van R₂ is het dubbele van R₁ .

Als we de totale spanning zouden veranderen, zouden we zien dat deze evenredigheid van spanningsdalingen constant blijft:

Oplossen van spanningsvalverhoudingen

De spanning over R₂ is nog steeds precies het dubbele van R₁ 's vallen, ondanks het feit dat de bronspanning is veranderd. De evenredigheid van spanningsdalingen (verhouding van elkaar) is strikt een functie van weerstandswaarden.

Met een beetje meer observatie wordt het duidelijk dat de spanningsval over elke weerstand ook een vast deel van de voedingsspanning is. De spanning over R₁ was bijvoorbeeld 10 volt toen de batterijvoeding 45 volt was. Toen de batterijspanning werd verhoogd tot 180 volt (4 keer zoveel), daalde de spanning over R₁ ook met een factor 4 verhoogd (van 10 naar 40 volt). De verhouding tussen R₁ 's spanningsdaling en totale spanning veranderden echter niet:

Evenzo veranderde geen van de andere spanningsvalverhoudingen met de verhoogde voedingsspanning:

Voltage Divider Formule

Om deze reden wordt een serieschakeling vaak een spanningsdeler genoemd vanwege zijn vermogen om de totale spanning te verdelen of te verdelen in fractionele delen met een constante verhouding. Met een beetje algebra kunnen we een formule afleiden voor het bepalen van de spanningsval van de serieweerstand, gegeven niets meer dan de totale spanning, individuele weerstand en totale weerstand:

De verhouding van individuele weerstand tot totale weerstand is hetzelfde als de verhouding van individuele spanningsval tot de totale voedingsspanning in een spanningsdelercircuit. Dit staat bekend als de spanningsdelerformule , en het is een kortere methode om de spanningsval in een serieschakeling te bepalen zonder de huidige berekeningen van de wet van Ohm te doorlopen.

Voorbeeld van het gebruik van spanningsdelerformule

Met behulp van deze formule kunnen we de spanningsdalingen van het voorbeeldcircuit in minder stappen opnieuw analyseren:

Spanning - Onderdelen verdelen

Spanningsdelers vinden een brede toepassing in elektrische metercircuits, waar specifieke combinaties van serieweerstanden worden gebruikt om een ​​spanning in precieze verhoudingen te "verdelen" als onderdeel van een spanningsmeetapparaat.

Potentiometers als spanningsdelende componenten

Een apparaat dat vaak wordt gebruikt als een spanningsdelende component is de potentiometer , dat is een weerstand met een beweegbaar element gepositioneerd door een handmatige knop of hendel. Het beweegbare element, meestal een wisser genoemd , maakt contact met een resistieve strook materiaal (gewoonlijk de slidewire genoemd) als het is gemaakt van resistieve metaaldraad) op elk punt geselecteerd door de handmatige bediening:

Het wissercontact is het naar links gerichte pijlsymbool in het midden van het verticale weerstandselement. Als het omhoog wordt bewogen, maakt het contact met de resistieve strip dichter bij klem 1 en verder weg van klem 2, waardoor de weerstand naar klem 1 wordt verlaagd en de weerstand naar klem 2 wordt verhoogd. Als het naar beneden wordt bewogen, resulteert het tegenovergestelde effect. De weerstand zoals gemeten tussen klemmen 1 en 2 is constant voor elke wisserpositie.

Roterende vs. lineaire potentiometers

Hier worden interne illustraties weergegeven van twee typen potentiometers, roterend en lineair.

Lineaire potentiometers

Sommige lineaire potentiometers worden bediend door een lineaire beweging van een hendel of schuifknop. Anderen, zoals degene die in de vorige afbeelding is afgebeeld, worden bediend door een draaischroef voor fijnafstelling. Deze laatste eenheden worden soms trimpots genoemd omdat ze goed werken voor toepassingen die een variabele weerstand vereisen om tot een precieze waarde te worden "getrimd".

Houd er rekening mee dat niet alle lineaire potentiometers dezelfde klemtoewijzingen hebben als in deze afbeelding. Bij sommigen bevindt de wisserterminal zich in het midden, tussen de twee eindterminals.

Draaipotentiometer

De afbeelding hieronder toont de carrosserieconstructie van een draaipotentiometer.

De volgende foto toont een echte, roterende potentiometer met zichtbare wisser en schuifdraad voor gemakkelijk bekijken. De as die de wisser beweegt, is bijna volledig met de klok mee gedraaid, zodat de wisser bijna het linker uiteinde van de schuifdraad raakt:

Hier is dezelfde potentiometer met de wisseras bijna helemaal tegen de klok in verplaatst, zodat de wisser zich in de buurt van het andere uiterste einde van de slag bevindt:

Effecten van aanpassingen in een potentiometer in een circuit

Als er een constante spanning wordt aangelegd tussen de buitenste klemmen (over de lengte van de schuifdraad), zal de wisserpositie een fractie van de aangelegde spanning aftappen, meetbaar tussen het wissercontact en een van de andere twee klemmen. De fractionele waarde hangt volledig af van de fysieke positie van de wisser:

Het belang van potentiometertoepassing

Net als de vaste spanningsdeler, is de spannings-delingsverhouding . van de potentiometer is strikt een functie van weerstand en niet van de grootte van de aangelegde spanning. Met andere woorden, als de potentiometerknop of hendel naar de 50 procent (exacte midden) positie wordt bewogen, zou de spanning die tussen de wisser en een van de buitenste terminals valt precies de helft van de aangelegde spanning zijn, ongeacht wat die spanning gebeurt met zijn, of wat de end-to-end weerstand van de potentiometer is. Met andere woorden, een potentiometer functioneert als een variabele spanningsdeler waarbij de spanningsdelingsverhouding wordt ingesteld door de wisserpositie.

Deze toepassing van de potentiometer is een zeer nuttig middel om een ​​variabele spanning te verkrijgen uit een bron met vaste spanning, zoals een batterij. Als een circuit dat u aan het bouwen bent een bepaalde hoeveelheid spanning vereist die lager is dan de waarde van de beschikbare batterijspanning, kunt u de buitenste klemmen van een potentiometer over die batterij aansluiten en elke gewenste spanning tussen de potentiometer "inbellen". wisser en een van de buitenste klemmen voor gebruik in uw circuit:

Bij gebruik op deze manier wordt de naam potentiometer is volkomen logisch:ze meteren (controle) het potentieel (spanning) die erover wordt aangelegd door een variabele spanningsdelerverhouding te creëren. Dit gebruik van de driepolige potentiometer als variabele spanningsdeler is erg populair bij het ontwerpen van schakelingen.

Voorbeelden van kleine potentiometers

Hier worden verschillende kleine potentiometers getoond van het soort dat gewoonlijk wordt gebruikt in consumentenelektronica en door hobbyisten en studenten bij het bouwen van circuits:

De kleinere eenheden helemaal links en helemaal rechts zijn ontworpen om in een soldeerloze breadboard te steken of in een printplaat te worden gesoldeerd. De middelste eenheden zijn ontworpen om op een vlak paneel te worden gemonteerd met draden die aan elk van de drie aansluitingen zijn gesoldeerd. Hier zijn nog drie potentiometers, meer gespecialiseerd dan de zojuist getoonde set:

De grote "Helipot"-eenheid is een laboratoriumpotentiometer die is ontworpen voor snelle en eenvoudige aansluiting op een circuit. De eenheid in de linkerbenedenhoek van de foto is van hetzelfde type potentiometer, alleen zonder behuizing of telknop met 10 slagen. Beide potentiometers zijn precisie-eenheden, die gebruik maken van multi-turn spiraalvormige weerstandsstrips en wissermechanismen voor het maken van kleine aanpassingen. De unit rechtsonder is een op een paneel gemonteerde potentiometer, ontworpen voor ruw gebruik in industriële toepassingen.

BEOORDELING:

• Seriecircuits proportioneren, of delen , de totale voedingsspanning onder individuele spanningsdalingen, waarbij de verhoudingen strikt afhankelijk zijn van weerstanden:ERn =ETotal (Rn / RTotal)
• Een potentiometer is een component met variabele weerstand met drie aansluitpunten, die vaak wordt gebruikt als instelbare spanningsdeler.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad spanningsdelercircuits