Een nauwkeurige spanningsdeler bouwen met een potentiometer

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Twee 6-volt batterijen
• Koolstof potlood "mijn" (grafiet-klei staaf) voor een mechanische potlood
• Enkel-draai, 5 kΩ – 50 kΩ, lineaire-taper potentiometer (Radio Shack # 271-1714 – 271-1716)
• Multi-draai, 1 kΩ – 20 kΩ, lineaire-taper potentiometer (Radio Shack # 271-342, 271-343, 900-8583, 900-8587 – 900-8590)

INTRODUCTIE

Een potentiometer functioneert als een variabele spanningsdeler. Door de as te draaien of de schuif te verplaatsen, stel je de verhouding tussen twee uitgangsspanningen in.

Potentiometers zijn beschikbaar in paneel-mount en breadboard (PCB) configuraties. Voor dit experiment werkt elke stijl, maar een lineaire potentiometer is te verkiezen omdat de weerstand proportioneel verandert met positie. Audio-taper (logaritmische) potentiometers, vaak geborgen uit radio's, vertonen een niet-lineaire relatie en zijn minder geschikt voor nauwkeurige spanningsdeling.

KRUISVERWIJZINGEN

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

LEERDOELEN

• Een voltmeter gebruiken om spanning over een weerstandsnetwerk te lezen.
• Een ohmmeter gebruiken om weerstandswaarden te verifiëren.
• Een spanningsdeler ontwerpen en analyseren.
• Demonstreren hoe spanningen in serie optellen.

SCHEMA DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Begin met het grafiet potlood "mijn" als een maakeshift weerstand. Verbind beide uiteinden van de staaf met een 6-volt batterij met alligator clips. Bevestig een voltmeter over de staaf en beweeg de rode meetpen langs de lengte. Observeer hoe de meting verandert; het maximum treedt op wanneer de meetpen in het midden is, de staaf in twee gelijke weerstanden delend.

Vervolgens, herbedraad de voltmeter om alleen het bovenste segment van de staaf te meten. Beweeg de zwarte meetpen langs de staaf en noteer de spanningsval. De hoogste meting verschijnt wanneer de meetpen dicht bij de positieve terminal is, wat bevestigt dat de spanningsval het grootst is over het langste segment.

Gefabriceerde potentiometers encapsuleren een weerstandsstrip in een behuizing, met een wiper die glijdt of roteert langs de strip. Een rotatoire potentiometer gebruikt vaak een spiraalspoor, wat meerdere draaiën vereist om het volledige bereik af te leggen; dit is ideaal voor fijn afstellen. Lineaire potentiometers bewegen de wiper lineair langs de strip en kunnen een glij- of schroefmechanisme gebruiken voor multi-draai precisie.

Bij het opzetten van een echte potentiometer, meet eerst de batterijspanning. Vervolgens, met de potentiometer verbonden, meet de spanning tussen de wiper en het negatieve uiteinde van de batterij. Draai de as tot de voltmeter precies een derde van de totale spanning leest (≈ 2V voor een 6V batterij). Herhaal ten slotte de meting met twee batterijen in serie (≈ 12V). De verhouding van de wiper-spanning tot de totale spanning zou 1:3 moeten blijven, wat de deler's nauwkeurigheid bevestigt.

GERELATEERDE WERKBLADEN

• Potentiometers Werkblad
• Spanningsdeler Circuits Werkblad
• Simultane Vergelijkingen voor Circuitanalyse Werkblad