Jednotka, ktorú môžeme použiť na meranie potenciálneho rozdielu v akomkoľvek bode, sa nazýva a Volt . Volt je potenciálny rozdiel aplikovaný na odpor 1 ohm a bude mať za následok tok elektrického prúdu z vyššej svorky na nižšiu.
Potenciálne rozdiely vždy plynú od vyššej hodnoty potenciálu k nižšej hodnote potenciálu. Môžeme tiež definovať 1V ako potenciál, keď sa 1 ampér prúdu vynásobí 1 ohmom odporu. Na opis potenciálneho rozdielu sa používa vzorec ohmového zákona, ktorý sa rovná V = IxR .
Podľa Ohmovho zákona sa prúd v lineárnych obvodoch zvyšuje so zvyšujúcim sa potenciálom. Obvod, ktorý má veľký potenciálny rozdiel medzi akýmikoľvek dvoma bodmi, bude mať za následok väčší tok prúdu cez tieto dva body v obvode.
Uvažujme napríklad odpor 10 Ω a napätie aplikované na jeho jeden koniec je 8 V. Podobne je napätie na jeho druhom konci 5V. Takže dostaneme 3V (8V-5V) potenciálny rozdiel na svorke odporu. Na nájdenie prúdu cez odpor môžeme použiť Ohmov zákon. Prúd tohto obvodu by bol 0,3A.
Ak zvýšime napätie z 8V na 40V, rozdiel potenciálov odporu bude 40V – 5V = 35V. To bude mať za následok 3,5 A prúdu. Keď sa rozdiel potenciálu na odpore zvýši, bude to mať za následok aj zvýšenie prúdu.
Na meranie napätia akéhokoľvek bodu vo vnútri obvodu ho musíme porovnať so spoločným referenčným bodom. Normálne používame 0V alebo uzemňovací kolík ako referenčný bod v obvode na meranie rozdielu potenciálov.
Rýchly prehľad
- Aký je potenciálny rozdiel
- Príklad potenciálneho rozdielu
- Sieť rozdeľovača napätia
- Vzorec rozdeľovača napätia
- Príklad rozdeľovača napätia
- Záver
Aký je potenciálny rozdiel
Potenciálny rozdiel, tiež známy ako napätie, je základným konceptom elektriny. V podstate popisuje rozdiel v elektrickej potenciálnej energii medzi dvoma bodmi v elektrickom obvode. Rozdiel v potenciáli medzi dvoma bodmi spôsobuje, že sa náboj pohybuje z vyššieho do nižšieho potenciálneho bodu. To bude mať za následok tok elektrického prúdu. Meriame potenciálny rozdiel vo voltoch (V) a je to kritický faktor pri určovaní toho, ako sa elektrina správa v obvode a ako fungujú elektrické zariadenia.
Príklad potenciálneho rozdielu
Na obrázku je potenciál aplikovaný cez odpor na jednom konci 10 V. Potenciál na druhom konci odporu je 5 V.
Ak chcete vypočítať potenciálny rozdiel na konci rezistora, odčítajte vyšší potenciál od nižšieho:
Potenciálny rozdiel vypočítaný na rezistore je 5V.
Prúd v rezistore je úmerný použitému potenciálu. Ak je potenciálny rozdiel medzi akýmikoľvek dvoma bodmi väčší, uvidíte veľký tok prúdu.
Na nájdenie prúdu použite Ohmov zákon.
Teraz zvýšte potenciál z 10V na 20V na jednom konci odporu a 5V na 10V na druhom konci. Rozdiel potenciálu bude 10 V. Pomocou Ohmovho zákona môžete nájsť prúd cez odpor, ktorý je 8 ampérov.
Elektrický náboj spôsobuje tok elektrického prúdu. Potenciál sa však fyzicky nepohybuje ani nepreteká. Potenciál sa aplikuje na akékoľvek dva špecifické body v obvode.
Aby sme našli celkové napätie obvodu, musíme sčítať všetky pripojené napätia v sériovom obvode. To znamená, že keď máte odpory (V 1 , V 2 , a V 3 ) zapojené do série, jednoducho sčítate ich napätia a zistíte celkové napätie:
Na druhej strane, keď pripojíte odpory paralelne, napätie na každom odpore alebo prvku zostane rovnaké. Paralelne je napätie na každom rezistore rovnaké a možno ho vyjadriť ako:
Sieť rozdeľovača napätia
Vieme, že ak zapojíme viac rezistorov do série cez rozdiel potenciálov, nový obvod deliča napätia vytvorí sa. Tento obvod rozdeľuje napájacie napätie medzi odpory v určitom pomere. Každý rezistor dostane časť napätia v pomere k jeho odporu.
Tento princíp obvodu deliča napätia platí len pre odpory, ktoré sú zapojené do série. Ak zapojíme odpory paralelne, výsledkom bude úplne iné nastavenie, ktoré sa nazýva a prúdová deliaca sieť.
Delenie napätia
Daný obvod vysvetľuje základný koncept obvodu deliča napätia. V tomto obvode sú rôzne odpory v sérii. V sérii sú 4 odpory R 1 , R 2 , R 3 , a R 4 . Všetky tieto odpory zdieľajú spoločný referenčný bod, ktorý sa rovná nule voltov alebo zemi.
Keď zapojíte odpory do série, napájacie napätie (V S ) je distribuovaný cez každý odpor. Uvidíte, že každý odpor zníži určité napätie. To znamená, že každý odpor dostane podiel z celkového napätia.
Ďalej použite Ohmov zákon na vyjadrenie tohto obvodu. Podľa definície Ohmovho zákona sa prúd (I) pretekajúci sériou odporov rovná napájaciemu napätiu (V S ) delené celkovým odporom (R T ).
Matematický výraz Ohmovho zákona je daný ako
Teraz použite Ohmov zákon a jednoducho vynásobte prúd (ja) s odporom (R) hodnotu každého rezistora.
Kde V predstavuje pokles napätia.
Po prechode z jedného bodu do druhého pozdĺž série rezistorov sa napätie v každom bode zvyšuje, keď sčítate poklesy napätia. Všetky jednotlivé sumy poklesu napätia sa rovnajú vstupnému napätiu obvodu (V S ) .
Na nájdenie napätia v konkrétnom bode nie je potrebné nájsť celkový prúd obvodu. Na výpočet poklesu napätia v ľubovoľnom bode môžete použiť jednoduchý vzorec, pričom vezmete do úvahy odpor odporu a prúd, ktorý ním preteká. To zjednodušuje analýzu obvodu a pomáha pochopiť, ako je napätie distribuované v obvode.
Vzorec rozdeľovača napätia
Vo vyššie uvedenom vzorci V(x) predstavuje napätie a R(x) sa rovná odporu vytvoreného týmto napätím. Symbol RT označuje celkový sériový odpor rezistorov a VS je napájacie napätie.
Vzorec rozdeľovača napätia
Zvážte nižšie uvedený obvod, aby ste našli výstupné napätie obvodu cez R2 pomocou pravidla deliča napätia.
V tomto okruhu V v označuje napájacie napätie. Je to prúd pretekajúci obvodom. Tento prúd tečie oboma smermi.
Uvažujme V R1 a V R2 byť pokles napätia R 1 a R 2 . Keďže sú dané odpory zapojené do série, vstupné napätie V IN obvodu sa bude rovnať súčtu všetkých jednotlivých napätí, ktoré spadne proti každému odporu.
Na výpočet individuálneho poklesu napätia na každom rezistore použite rovnicu Ohmovho zákona:
Podobne pre rezistor R 2
Z obrázku môžeme vidieť, že napätie na R 2 je V VON . Toto výstupné napätie môže byť uvedené ako:
Z vyššie uvedenej rovnice môžeme vypočítať vstupné napätie V IN .
Na výpočet celkového prúdu v zmysle V von napätie, použite vyššie uvedený V von rovnica.
Takže V von rovnica bude:
Teraz zvážte viacnásobný obvod deliča napätia, ktorý obsahuje viacero výstupov cez odpory.
Výstupná rovnica bude:
Tu, vo vyššie uvedenej rovnici, V X je výstupné napätie.
R X je súčet všetkých rezistorov zapojených v obvode.
Možné hodnoty R X sú:
Ak V znamená napájacie napätie. Potom sú možné výstupné napätia uvedené ako:
Z vyššie uvedených rovníc môžeme usúdiť, že pokles napätia na rezistoroch, ktoré sú zapojené do série, je úmerné hodnote alebo veľkosti rezistora. Podľa Kirchhoffovho napäťového zákona sa napätie klesnuté na všetkých daných odporoch musí rovnať vstupnému napätiu zdroja.
Takže môžete nájsť pokles napätia rezistorov pomocou vzorca deliča napätia.
Príklad rozdeľovača napätia
Zvážte obvod deliča napätia s tromi odpormi v sérii, ktorý vytvára dve výstupné napätia z a 240 V zásobovanie. Hodnoty odporu sú nasledovné:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Ekvivalentný odpor obvodu sa vypočíta takto:
Teraz sú dve výstupné napätia určené nasledovne:
Prúd v obvode je daný:
Preto sú poklesy napätia na každom rezistore nasledovné:
Záver
Delič napätia je základný pasívny obvod používaný v elektronike. Tento obvod môže znížiť výstupné napätie vzhľadom na vstupné napätie. Toto zníženie napätia dosiahnete po zapojení viacerých odporov do série. Hodnota odporu závisí od hodnoty poklesu napätia, ktorú chcete dosiahnuť. Tieto odpory vytvoria pevný podiel napätia určený pomerom odporov.
Rezistory sú dôležité prvky obvodu, pretože môžu obmedziť napätie obvodu podľa Ohmovho zákona. Rezistory v sérii majú konštantný prúd cez každý odpor. Môžete vypočítať a udržiavať konštantné napätie pri navrhovaní elektronických obvodov pomocou vzorca deliča napätia.