Hands-on gids voor stroomdelers: Bouwen, meten en simuleren met 6V batterij

Onderdelen en Materialen

• Rekenmachine of potlood & papier voor berekeningen
• 6-volt batterij (oplaadbaar of vers)
• Weerstanden variërend van 1 kΩ tot 100 kΩ

Kruisverwijzingen

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Hoofdstuk 6: "Divider Circuits and Kirchhoff's Laws."

Leerdoelen

• Voltmeter, amperemeter en ohmmeter nauwkeurig gebruiken.
• Ohms Wet (I = E/R) en Kirchhoffs Stroomwet (KCL) toepassen.
• Een stroomdeler-netwerk ontwerpen.

Schema Diagram

Illustratie

Let op: De bovenste schroef van de rechterste oog wordt gebruikt om drie draden te verbinden voor demonstratiedoeleinden; het weerspiegelt geen best practice in professionele montage.

Instructies

Experimenteer met drie constructiemethoden – breadboard, klemstrook, en vrij-vorm – om hun respectieve voor- en nadelen te begrijpen.

1. Selecteer drie weerstanden uit je assortiment. Meet elk met een ohmmeter, en noteer de waarden.
2. Verbind de weerstanden in parallel tussen de positieve en negatieve terminalen van de 6V batterij, zoals getoond.
3. Meet de batterijspanning met een voltmeter zodra de weerstanden verbonden zijn. Noteer deze waarde; het kan licht afwijken van de no-load spanning.
4. Meet de spanning over elke weerstand. In een parallel circuit is de spanning over alle componenten identiek.
5. Gebruik Ohms Wet om de stroom door elke weerstand te berekenen: I = V/R. Verifieer deze waarden door stroom te meten met een digitale amperemeter.
   • Plaats de rode meetpen op het knooppunt van de positieve uiteinden van alle weerstanden.
   • Til één weerstandsdraad op en verbind de zwarte meetpen met die draad om de stroom te lezen.
6. Meet de totale circuitstroom door de amperemeter's zwarte meetpen aan de batterij's positieve leiding te verbinden terwijl de rode meetpen op hetzelfde knooppunt blijft. De meting zou positief moeten zijn.
7. Tel de drie takstromen algebraïsch op bij de totale stroom. Volgens Kirchhoffs Stroomwet zou de som nul moeten zijn.
8. Ontkoppel de batterij en meet de weerstand over het parallelle netwerk met een ohmmeter. De meting zal lager zijn dan elke individuele weerstandswaarde, en het zal hetzelfde zijn ongeacht welke weerstandsterminals je gebruikt.
9. Deel de gemeten batterijspanning door de totale weerstand om de totale stroom te berekenen; het zou de gemeten totale stroom nauwkeurig moeten matchen.
10. Let op dat elke takstroom een fractie is van de totale stroom, evenredig aan de verhouding van de totale weerstand tot de individuele weerstand.

Computer Simulatie

Schema met SPICE knooppuntnummers:

In SPICE worden amperemeters voorgesteld door nul-spanningsbronnen. De volgende netlist kan bewaard worden als tekstbestand en uitgevoerd in elke SPICE-compatibele simulator:

Current divider v1 1 0 r1 3 0 2k r2 4 0 3k r3 5 0 5k vitotal 2 1 dc 0 vir1 2 3 dc 0 vir2 2 4 dc 0 vir3 2 5 dc 0 .dc v1 6 6 1 .print dc i(vitotal) i(vir1) i(vir2) i(vir3) .end

De simulatie outputt vier stromen: de totale (negatief) en de drie takstromen (positief). Hun algebraïsche som is nul, wat Kirchhoffs Stroomwet bevestigt.

Gerelateerde Werkbladen

• Stroomdeler Circuits Werkblad