Jednostka, za pomocą której możemy zmierzyć różnicę potencjałów w dowolnym punkcie, nazywa się a Wolt . Wolt to różnica potencjałów przyłożona do rezystancji 1 oma, w wyniku której prąd elektryczny przepływa od wyższego zacisku do dolnego zacisku.
Różnice potencjałów zawsze płyną od wyższej wartości potencjału do niższej wartości potencjału. Możemy również zdefiniować 1 V jako potencjał, gdy 1 amper prądu zostanie pomnożony przez 1 om rezystancji. Aby opisać różnicę potencjałów, stosuje się wzór na prawo Ohma, który jest równy V=IxR .
Zgodnie z prawem Ohma prąd w obwodach liniowych rośnie wraz ze wzrostem różnicy potencjałów. Obwód o dużej różnicy potencjałów między dowolnymi dwoma punktami spowoduje większy przepływ prądu przez te dwa punkty w obwodzie.
Rozważmy na przykład rezystor 10 Ω, a napięcie przyłożone do jego jednego końca wynosi 8 V. Podobnie napięcie na drugim końcu wynosi 5 V. Otrzymamy więc różnicę potencjałów 3 V (8 V-5 V) na zacisku rezystora. Aby znaleźć prąd płynący przez rezystor, możemy skorzystać z prawa Ohma. Prąd tego obwodu będzie wynosił 0,3A.
Jeśli zwiększymy napięcie z 8 V do 40 V, różnica potencjałów rezystora wyniesie 40 V – 5 V = 35 V. Spowoduje to przepływ prądu o natężeniu 3,5 A. Gdy różnica potencjałów na rezystorze wzrasta, spowoduje to również wzrost prądu.
Aby zmierzyć napięcie w dowolnym punkcie obwodu, musimy porównać je ze wspólnym punktem odniesienia. Zwykle używamy styku 0 V lub uziemienia jako punktu odniesienia w obwodzie do pomiaru różnicy potencjałów.
Szybki zarys
- Jaka jest potencjalna różnica
- Przykład różnicy potencjałów
- Sieć dzielników napięcia
- Wzór na dzielnik napięcia
- Przykład dzielnika napięcia
- Wniosek
Jaka jest potencjalna różnica
Różnica potencjałów, zwana również napięciem, jest podstawowym pojęciem w elektryczności. Zasadniczo opisuje różnicę energii potencjalnej elektrycznej między dwoma punktami w obwodzie elektrycznym. Różnica potencjałów między dwoma punktami powoduje, że ładunek przemieszcza się z punktu o potencjale wyższym do punktu o potencjale niższym. Spowoduje to przepływ prądu elektrycznego. Mierzymy różnicę potencjałów w woltach (V) i jest to kluczowy czynnik przy określaniu, jak prąd zachowuje się w obwodzie i jak działają urządzenia elektryczne.
Przykład różnicy potencjałów
Na obrazku potencjał przyłożony do rezystora na jednym końcu wynosi 10 V. Potencjał na drugim końcu rezystora wynosi 5 V.
Aby obliczyć różnicę potencjałów na końcu rezystora, odejmij wyższy potencjał od niższego:
Różnica potencjałów obliczona na rezystorze wynosi 5 V.
Prąd w rezystorze jest proporcjonalny do przyłożonego potencjału. Jeśli różnica potencjałów między dowolnymi dwoma punktami jest większa, zobaczysz duży przepływ prądu.
Skorzystaj z prawa Ohma, aby znaleźć prąd.
Teraz zwiększ potencjał z 10 V do 20 V na jednym końcu rezystora i 5 V do 10 V na drugim końcu. Różnica potencjałów wyniesie 10 V. Korzystając z prawa Ohma, możesz znaleźć prąd płynący przez rezystor, który wynosi 8 amperów.
Ładunek elektryczny powoduje przepływ prądu elektrycznego. Ale potencjał nie porusza się fizycznie ani nie płynie. Potencjał jest przykładany do dowolnych dwóch określonych punktów obwodu.
Aby znaleźć całkowite napięcie obwodu, musimy dodać wszystkie napięcia podłączone w obwodzie szeregowym. Oznacza to, że gdy masz rezystory (W 1 , W 2 , I W 3 ) połączone szeregowo, po prostu sumujesz ich napięcia, aby znaleźć całkowite napięcie:
Z drugiej strony, jeśli połączysz rezystory równolegle, napięcie na każdym rezystorze lub elemencie pozostanie takie samo. Równolegle napięcie na każdym rezystorze jest równe i można je wyrazić jako:
Sieć dzielników napięcia
Wiemy, że jeśli połączymy szeregowo wiele rezystorów na różnicy potencjałów, powstanie nowy obwód dzielnika napięcia Będą tworzone. Obwód ten dzieli napięcie zasilania pomiędzy rezystory w określonym stosunku. Każdy rezystor otrzymuje część napięcia w stosunku do jego rezystancji.
Ta zasada obwodu dzielnika napięcia ma zastosowanie tylko do rezystorów połączonych szeregowo. Jeśli połączymy rezystory równolegle, otrzymamy zupełnie inny układ, który nazywa się a obecna sieć rozdzielcza.
Podział napięcia
Podany obwód wyjaśnia podstawową koncepcję obwodu dzielnika napięcia. W tym obwodzie różne rezystory są połączone szeregowo. W szeregu znajdują się 4 rezystory o nazwie R 1 , R 2 , R 3 , I R 4 . Wszystkie te rezystory mają wspólny punkt odniesienia, który jest równy zero woltów lub masy.
Po podłączeniu rezystorów szeregowo napięcie zasilania (W S ) jest rozprowadzany na każdym rezystorze. Zobaczysz, że każdy rezystor obniży pewne napięcie. Oznacza to, że każdy rezystor otrzymuje część całkowitego napięcia.
Następnie użyj prawa Ohma, aby wyrazić ten obwód. Zgodnie z definicją prawa Ohma prąd (I) przepływający przez szereg rezystorów jest równy napięciu zasilania (W S ) podzielone przez całkowity opór (R T ).
Wyrażenie matematyczne prawa Ohma podano jako
Teraz użyj prawa Ohma i po prostu pomnóż prąd (I) z oporem (R) wartość każdego rezystora.
Gdzie W oznacza spadek napięcia.
Po przejściu z jednego punktu do drugiego wzdłuż szeregu rezystorów napięcie w każdym punkcie wzrasta w miarę sumowania spadków napięcia. Wszystkie indywidualne sumy spadków napięcia są równe napięciu wejściowemu obwodu (W S ) .
Nie jest konieczne znalezienie całkowitego prądu obwodu, aby znaleźć napięcie w określonym punkcie. Możesz użyć prostego wzoru, aby obliczyć spadek napięcia w dowolnym punkcie, biorąc pod uwagę rezystancję rezystora i przepływający przez niego prąd. Upraszcza to analizę obwodu i pomaga zrozumieć rozkład napięcia w obwodzie.
Wzór na dzielnik napięcia
W powyższym wzorze V(x) reprezentuje napięcie i R(x) jest równy oporowi wytwarzanemu przez to napięcie. Symbol RT oznacza całkowitą rezystancję szeregową rezystorów, a VS to napięcie zasilania.
Wzór na dzielnik napięcia
Rozważ poniższy obwód, aby znaleźć napięcie wyjściowe obwodu na R2, korzystając z reguły dzielnika napięcia.
W tym obwodzie V W oznacza napięcie zasilania. Jest to prąd płynący w obwodzie. Prąd ten płynie w obu kierunkach.
Rozważmy W R1 I W R2 być spadkiem napięcia R 1 I R 2 . Ponieważ podane rezystory są połączone szeregowo, napięcie wejściowe V W obwodu będzie równa sumie wszystkich poszczególnych napięć spadających na każdy rezystor.
Aby obliczyć indywidualny spadek napięcia na każdym rezystorze, użyj równania prawa Ohma:
Podobnie dla rezystora R 2
Z obrazu widzimy, że napięcie na R 2 jest V NA ZEWNĄTRZ . To napięcie wyjściowe można podać jako:
Z powyższego równania możemy obliczyć napięcie wejściowe V W .
Aby obliczyć całkowity prąd w kategoriach V na zewnątrz napięcie, użyj powyższego V na zewnątrz równanie.
Zatem V na zewnątrz równanie stanie się:
Rozważmy teraz obwód z wieloma dzielnikami napięcia, który zawiera wiele wyjść na rezystorach.
Równanie wyjściowe będzie wyglądało następująco:
Tutaj, w powyższym równaniu, W X jest napięciem wyjściowym.
R X jest sumą wszystkich rezystorów podłączonych do obwodu.
Możliwe wartości R X Czy:
Jeśli W oznacza napięcie zasilania. Następnie możliwe napięcia wyjściowe są podawane jako:
Z powyższych równań możemy wywnioskować, że spadek napięcia na rezystorach połączonych szeregowo jest proporcjonalny do wartości lub wielkości rezystora. Zgodnie z prawem napięcia Kirchhoffa napięcie opadające na wszystkich podanych rezystorach musi być równe napięciu wejściowemu źródła.
Można więc znaleźć spadek napięcia na rezystorach, korzystając ze wzoru na dzielnik napięcia.
Przykład dzielnika napięcia
Rozważmy obwód dzielnika napięcia z trzema rezystorami połączonymi szeregowo, wytwarzający dwa napięcia wyjściowe z a 240 V dostarczać. Wartości rezystancji są następujące:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Zastępczy opór obwodu oblicza się ze wzoru:
Teraz dwa napięcia wyjściowe są określane w następujący sposób:
Prąd w obwodzie jest określony wzorem:
Dlatego spadki napięcia na każdym rezystorze są następujące:
Wniosek
Dzielnik napięcia jest podstawowym obwodem pasywnym stosowanym w elektronice. Obwód ten może zmniejszyć napięcie wyjściowe w stosunku do napięcia wejściowego. Tę redukcję napięcia można osiągnąć po podłączeniu wielu rezystancji szeregowo. Wartość rezystancji zależy od wartości spadku napięcia, którą chcesz osiągnąć. Rezystory te utworzą stały udział napięcia określony na podstawie współczynników rezystorów.
Rezystory są ważnymi elementami obwodu, ponieważ mogą ograniczać napięcie obwodu zgodnie z prawem Ohma. W przypadku rezystorów połączonych szeregowo przez każdy rezystor płynie prąd stały. Możesz obliczyć i utrzymać stałe napięcie podczas projektowania obwodów elektronicznych za pomocą wzoru na dzielnik napięcia.