Yksikkö, jolla voimme mitata minkä tahansa pisteen potentiaalieroa, on nimeltään a Volt . Voltti on potentiaaliero, joka kohdistetaan 1 ohmin resistanssiin, ja se johtaa sähkövirran virtaukseen ylemmästä liittimestä alempaan napaan.
Potentiaalierot virtaavat aina suuremmasta potentiaaliarvosta pienempään potentiaaliarvoon. Voimme myös määritellä 1 V:n potentiaaliksi, kun 1 ampeeri virtaa kerrotaan 1 ohmilla resistanssilla. Potentiaalieron kuvaamiseen käytetään ohmin lain kaavaa, joka on yhtä suuri kuin V = IxR .
Ohmin lain mukaan virta lineaarisissa piireissä kasvaa potentiaalieron kasvaessa. Piiri, jolla on suuri potentiaaliero minkä tahansa kahden pisteen välillä, johtaa enemmän virtaan näiden kahden pisteen yli piirissä.
Tarkastellaan esimerkiksi 10 Ω vastusta, jonka toiseen päähän syötetty jännite on 8 V. Vastaavasti sen toisessa päässä oleva jännite on 5 V. Joten saamme 3V (8V-5V) potentiaalieron vastuksen liittimeen. Voimme löytää virran vastuksen yli käyttämällä Ohmin lakia. Tämän piirin virta olisi 0,3 A.
Jos nostamme jännitettä 8 V:sta 40 V:iin, vastuksen potentiaalieroksi tulee 40 V – 5 V = 35 V. Tämä johtaa 3,5 A virtavirtaan. Kun potentiaaliero vastuksen välillä kasvaa, se johtaa myös virran kasvuun.
Minkä tahansa piirin sisällä olevan pisteen jännitteen mittaamiseksi meidän on verrattava sitä yhteiseen vertailupisteeseen. Käytämme normaalisti 0V tai maadoitusnastaa vertailupisteenä piirissä potentiaalieron mittaamiseen.
Quick Outline
- Mikä on mahdollinen ero
- Esimerkki mahdollisesta erosta
- Jännitteenjakajaverkko
- Jännitteenjakajan kaava
- Esimerkki jännitteen jakajasta
- Johtopäätös
Mikä on mahdollinen ero
Potentiaaliero, joka tunnetaan myös nimellä jännite, on sähkön ydinkäsite. Se kuvaa pohjimmiltaan sähköisen potentiaalienergian eroa kahden sähköpiirin pisteen välillä. Kahden pisteen välinen potentiaaliero saa varauksen siirtymään korkeammasta potentiaalipisteestä alempaan potentiaaliin. Tämä johtaa sähkövirran virtaukseen. Mittaamme potentiaalieron voltteina (V), ja se on kriittinen tekijä määritettäessä, miten sähkö käyttäytyy piirissä ja miten sähkölaitteet toimivat.
Esimerkki mahdollisesta erosta
Kuvassa vastuksen toisessa päässä oleva potentiaali on 10 V. Vastuksen toisessa päässä potentiaali on 5 V.
Laskeaksesi potentiaalieron vastuksen päässä, vähennä suurempi potentiaali alemmasta:
Vastuksen poikki laskettu potentiaaliero on 5 V.
Vastuksen virta on verrannollinen käytettyyn potentiaaliin. Jos minkä tahansa kahden pisteen välinen potentiaaliero on suurempi, näet suuren virran.
Käytä Ohmin lakia virran etsimiseen.
Lisää nyt potentiaalia 10 V:sta 20 V:iin vastuksen toisessa päässä ja 5 V:stä 10 V:iin toisessa päässä. Potentiaalieroksi tulee 10 V. Ohmin lain avulla löydät vastuksen läpi kulkevan virran, joka on 8 ampeeria.
Sähkövaraus saa sähkövirran kulkemaan. Mutta potentiaali ei fyysisesti liiku tai virtaa. Potentiaalia sovelletaan mihin tahansa piirin kahteen tiettyyn pisteeseen.
Piirin kokonaisjännitteen selvittämiseksi meidän on laskettava yhteen kaikki sarjaan kytketyt jännitteet. Tämä tarkoittaa, että kun sinulla on vastukset (SISÄÄN 1 , SISÄÄN 2 , ja SISÄÄN 3 ) sarjaan kytkettyinä, voit yksinkertaisesti summaa niiden jännitteet löytääksesi kokonaisjännitteen:
Toisaalta, kun kytket vastukset rinnakkain, jokaisen vastuksen tai elementin jännite pysyy samana. Samanaikaisesti jokaisen vastuksen yli oleva jännite on yhtä suuri, ja se voidaan ilmaista seuraavasti:
Jännitteenjakajaverkko
Tiedämme, että jos kytkemme useita vastuksia sarjaan potentiaalieron yli, uusi jännitteenjakajapiiri muodostuu. Tämä piiri jakaa syöttöjännitteen vastusten kesken tietyssä suhteessa. Jokainen vastus saa osan jännitteestä suhteessa sen vastukseen.
Tämä jännitteenjakajapiirin periaate koskee vain vastuksia, jotka on kytketty sarjaan. Jos kytkemme vastukset rinnakkain, tuloksena on täysin erilainen asetus, jota kutsutaan a nykyinen jakajaverkko.
Jännitejako
Annettu piiri selittää jännitteenjakajapiirin peruskäsitteen. Tässä piirissä eri vastukset ovat sarjassa. Sarjassa on 4 vastusta nimeltä R 1 , R 2 , R 3 , ja R 4 . Kaikilla näillä vastuksilla on yhteinen vertailupiste, joka on yhtä suuri kuin nolla volttia tai maa.
Kun kytket vastukset sarjaan, syöttöjännite (SISÄÄN S ) on jakautunut jokaiselle vastukselle. Näet, että jokainen vastus laskee jännitteitä. Tämä tarkoittaa, että jokainen vastus saa osan kokonaisjännitteestä.
Käytä seuraavaksi Ohmin lakia ilmaisemaan tämä piiri. Ohmin lain määritelmän mukaan vastussarjan läpi kulkeva virta (I) on yhtä suuri kuin syöttöjännite (SISÄÄN S ) jaettuna kokonaisvastuksella (R T ).
Ohmin lain matemaattinen lauseke annetaan muodossa
Käytä nyt Ohmin lakia ja kerro yksinkertaisesti virta (minä) vastustuksen kanssa (R) kunkin vastuksen arvo.
Missä SISÄÄN edustaa jännitehäviötä.
Kun olet siirtynyt pisteestä toiseen vastusten sarjaa pitkin, jännite kussakin pisteessä kasvaa, kun lasket yhteen jännitehäviöt. Kaikki yksittäiset jännitehäviön summat ovat yhtä suuria kuin piirin tulojännite (SISÄÄN S ) .
Piirin kokonaisvirtaa ei tarvitse löytää tietyn pisteen jännitteen löytämiseksi. Voit käyttää yksinkertaista kaavaa laskeaksesi jännitehäviön missä tahansa pisteessä ottamalla huomioon vastuksen resistanssin ja sen läpi kulkevan virran. Tämä yksinkertaistaa piirin analysointia ja auttaa ymmärtämään, kuinka jännite jakautuu piirissä.
Jännitteenjakajan kaava
Yllä olevassa kaavassa V(x) edustaa jännitettä ja R(x) on yhtä suuri kuin tämän jännitteen tuottama vastus. Symboli RT tarkoittaa vastusten kokonaisresistanssia ja VS on syöttöjännite.
Jännitteenjakajan kaava
Harkitse alla olevaa piiriä löytääksesi piirin lähtöjännite R2:n yli jännitteenjakajasäännön avulla.
Tässä piirissä V sisään tarkoittaa syöttöjännitettä. Se on virta, joka kulkee piirin läpi. Tämä virta kulkee molempiin suuntiin.
Pohditaan SISÄÄN R1 ja SISÄÄN R2 olla jännitehäviö R 1 ja R 2 . Koska annetut vastukset on kytketty sarjaan, tulojännite V SISÄÄN piiri on yhtä suuri kuin kaikkien yksittäisten jännitteiden summa, joka pudotetaan kutakin vastusta vasten.
Kunkin vastuksen yksittäisen jännitehäviön laskemiseksi käytä Ohmin lain yhtälöä:
Samoin vastukselle R 2
Kuvasta voimme nähdä, että jännite R:n yli 2 on V OUT . Tämä lähtöjännite voidaan antaa seuraavasti:
Yllä olevasta yhtälöstä voimme laskea tulojännitteen V SISÄÄN .
Laskeaksesi kokonaisvirran V:na ulos jännite, käytä yllä olevaa V:tä ulos yhtälö.
Joten V ulos yhtälöstä tulee:
Harkitse nyt useita jännitteenjakopiiriä, joka sisältää useita lähtöjä vastusten yli.
Lähtöyhtälöstä tulee:
Tässä, yllä olevassa yhtälössä, SISÄÄN X on lähtöjännite.
R X on kaikkien piiriin kytkettyjen vastusten summa.
Mahdolliset arvot R X ovat:
Jos SISÄÄN tarkoittaa syöttöjännitettä. Sitten mahdolliset lähtöjännitteet annetaan seuraavasti:
Yllä olevista yhtälöistä voimme päätellä, että sarjaan kytkettyjen vastusten yli pudonnut jännite on verrannollinen vastuksen arvoon tai suuruuteen. Kirchhoffin jännitelain mukaan kaikkien annettujen vastusten yli pudonneen jännitteen tulee olla yhtä suuri kuin lähteen tulojännite.
Joten voit löytää vastusten jännitehäviön jännitteenjakajakaavan avulla.
Esimerkki jännitteen jakajasta
Tarkastellaan jännitteenjakajapiiriä, jossa on kolme vastusta sarjassa, jotka tuottavat kaksi lähtöjännitettä a:sta 240 V toimittaa. Vastusarvot ovat seuraavat:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Piirin ekvivalenttiresistanssi lasketaan seuraavasti:
Nyt kaksi lähtöjännitettä määritetään seuraavasti:
Virta piirissä saadaan seuraavasti:
Siksi kunkin vastuksen jännitehäviöt ovat seuraavat:
Johtopäätös
Jännitteenjakaja on elektroniikassa käytetty peruspassiivinen piiri. Tämä piiri voi vähentää lähtöjännitettä suhteessa tulojännitteeseen. Voit saavuttaa tämän jännitteen alenemisen kytkemällä useita vastuksia sarjaan. Resistanssin arvo riippuu jännitehäviön arvosta, jonka haluat saavuttaa. Nämä vastukset luovat kiinteän jänniteosuuden, joka määräytyy vastusten suhteiden perusteella.
Vastukset ovat tärkeitä piirielementtejä, koska ne voivat rajoittaa piirin jännitettä Ohmin lain mukaan. Sarjassa olevilla vastuksilla on vakiovirta jokaisen vastuksen läpi. Jännitteenjakajakaavan avulla voit laskea ja ylläpitää vakiojännitettä suunniteltaessa elektronisia piirejä.