Fysisk

Hva er spenningsdelingen? (Med eksempler)

Hva er spenningsdelingen? (Med eksempler)

Han Spenningsdivisor o Spenningsdelinger består av en assosiasjon av motstand eller impedanser i serie koblet til en kilde. På denne måten spenningen V Leveres av kilden - inngangsspenning - fordeles proporsjonalt i hvert element, i henhold til Ohms lov:

VYo = Jeg.ZYo.

Hvor vYo Det er spenningen i kretselementet, jeg er strømmen som sirkulerer gjennom den og zYo den tilsvarende impedansen.

Figur 1. Den resistive spenningsdelingen består av seriemotstander. Kilde: Wikimedia Commons.

Når du ordner kilden og elementene i en lukket krets, må Kirchhoffs andre lov.

For eksempel, hvis kretsen som skal vurderes er rent resistiv og en 12 -volts kilde er tilgjengelig, ganske enkelt med å ha to identiske seriemotstander med den kilden, vil spenningen bli delt: I hver motstand vil det være 6 volt. Og med tre identiske motstander oppnås 4 V i hver.

Ettersom kilden representerer en spenningsstigning, så V = +12 V. Og i hver motstand er det spenningsdråper som er representert med negative tegn: - 6 V og - 6 V. Det blir lett advart om at Kirchoffs andre lov er oppfylt:

+12 V - 6 V - 6 V = 0 V

Herfra kommer spenningsdelingsnavnet, for etter seriemotstander kan mindre spenninger lett oppnås fra en kilde med større spenning.

[TOC]

Spenningsdivisor -ligningen

La oss fortsette å vurdere en rent resistiv krets. Vi vet at den nåværende I som krysser en krets med seriemotstander koblet til en kilde som vist i figur 1, er den samme. Og i henhold til Ohms lov og Kirchoffs andre lov:

Kan tjene deg: Hva er nettokraften? (Med eksempler)

V = gå1 + GÅ2 + GÅ3 +... gåYo

Hvor r1, R2... rYo Representerer hver seriemotstand for kretsen. Derfor:

V = i ∑ rYo

Da viser strømmen seg å være:

I = v / ∑ rYo

La oss nå beregne spenningen i en av motstandene, motstanden rYo For eksempel:

VYo = (V / ∑ rYo) RYo

Den forrige ligningen er omskrevet som følger, og vi har allerede spenningsdelingsregelen for et batteri og n -serie motstand:

Spenningsdivisor med 2 motstander

Hvis vi har en spenningsdelende krets med 2 motstander, blir den forrige ligningen transformert til:

Og i det spesielle tilfellet der r1 = R2, VYo = V/2, uavhengig av strømmen, som det fremgår av begynnelsen. Dette er den enkleste spenningsdelingen av alle.

I den følgende figuren er ordningen for denne divisoren, der V, inngangsspenningen symboliseres som Vi, og vYo Det er spenningen oppnådd ved å dele spenningen mellom motstandene r1 og r2.

Figur 2. Spenningsdelingsdivisor med 2 -serie motstander. Kilde: Wikimedia Commons. Se side for forfatter/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/).

Løste eksempler

Spenningsdelingsregelen vil bli påført i to resistive kretsløp for å oppnå mindre spenninger.

- Eksempel 1

En 12 V -kilde er tilgjengelig, som må deles inn i 7 V og 5 V gjennom to R -motstander1 og r2. En fast motstand på 100 Ω og en variabel motstand hvis område er mellom 0 og 1KΩ er tilgjengelig. Hvilke alternativer er det for å konfigurere kretsen og angi motstandsverdien r2?

Løsning

For å løse denne øvelsen, vil spenningsdelingsregelen for to motstander bli brukt:

Anta at r1 Det er motstanden som er på en spenning på 7 V, og det er plassert den faste motstanden r1 = 100 Ω

Ukjent motstand r2 Det må være 5 V:

Kan tjene deg: kosmisk støv

Og r1 A 7 V:

5 (r2 +100) = 12 r2

500 = 7 r2

R2 = 71.43 Ω

Du kan også bruke den andre ligningen for å oppnå samme verdi, eller erstatte resultatet som er oppnådd for å sjekke likhet.

Hvis den faste motstanden nå er plassert som r2, Da blir det r1 er 7 V:

5 (100 + r1) = 100 x 12

500 + 5r1 = 1200

R1 = 140 Ω

På samme måte er det mulig å bekrefte at denne verdien tilfredsstiller den andre ligningen. Begge verdiene finnes i området med variabel motstand, derfor er det mulig å implementere den forespurte kretsen på begge måter.

- Eksempel 2

Et DC direkte voltmeter for å måle spenninger i et bestemt område, er basert på spenningsdelingen. For å bygge dette voltmeteret er det nødvendig med et galvanometer.

Dette er en meter som oppdager elektriske strømmer, forsynt med en gradert skala og en indikatornål. Det er mange modeller av galvanometre, figuren er veldig enkel, med to tilkoblingsterminaler som er på baksiden.

Figur 3. Et galvanometer for D'Iranionval -type. Kilde: f. Zapata.

Galvanometeret har en intern motstand rG, som bare tåler en liten strøm, kalt maksimal strøm iG. Følgelig er spenningen gjennom galvanometeret Vm = JegGRG.

For å måle hvilken som helst spenning, plasseres voltmeteret parallelt med elementet som er ønsket å måle, og dens indre motstand må være stor nok til å ikke konsumere kretsstrøm, fordi ellers endrer det.

Hvis vi ønsket å bruke galvanometeret som en måler, bør målespenningen ikke overstige den maksimale tillatte, som er den maksimale nålavbøyningen som enheten har. Men vi antar at Vm er liten, siden jegG  og rG de er.

Kan tjene deg: avstandsstyrker

Men når serien galvanometer er forbundet med en annen motstand rS, anrop Begrensende motstand, Vi kan utvide galvanometermålingsområdet fra den lille Vm Inntil en viss ε stor spenning. Når denne spenningen er nådd, opplever instrumentnålen maksimal avbøyning.

Designordningen er som følger:

Figur 4. Design av et voltmeter ved å bruke et galvanometer. Kilde: f. Zapata.

I figur 4 til venstre er G galvanometeret og R er enhver motstand du vil måle spenningen Vx.

I figuren til høyre vises det som kretsen med G, RG og rS Det tilsvarer et voltmeter, som er plassert parallelt med motstand r.

Maksimal skala Voltmeter 1 V

Anta for eksempel at den interne motstanden til galvanometeret er rG = 50 Ω og den maksimale strømmen den støtter er jegG = 1 mA, RS -begrensende motstand slik at voltmeteret som er bygget med dette galvanometeret måler en maksimal 1 V -spenning beregnes som følger:

YoG (RS + RG) = 1 V

RS = (1 v / 1 x 10-3 A) - rG

RS = 1000 Ω - 50 Ω = 950 Ω

Referanser 

  1. Alexander, ca. 2006. Elektriske kretsfundamenter. 3. Utgave. Mc Graw Hill.
  2. Boylestad, r. 2011. Introduksjon til kretsanalyse. 2. Utgave. Pearson.
  3. Dorf, r. 2006. Introduksjon til elektriske sirkud. 7. Utgave. John Wiley & Sons.
  4. Edminister, J. nitten nittiseks. Elektriske kretsløp. Schaum -serien. 3. Utgave. Mc Graw Hill
  5. Figueroa, d. Fysisk serie for vitenskap og ingeniørfag. Vol. 5 elektrostatisk. Redigert av d. Figueroa. USB.
  6. Hyperfysikk. Voltmeterdesign. Gjenopprettet fra: hyperfysikk.PHY-ASTR.GSU.Edu.
  7. Wikipedia. Spenningsdivisor. Gjenopprettet fra: det er.Wikipedia.org.