Делитель напряжения при работе вхолостую

Общие сведения

Простейший д елитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных резисторов (рис. 4.10.1). Делители применяются в тех случаях, когда нужно снизить имеющееся напряжение. Напряжения и сопротивления можно рассчитать, используя соотношения

 

U / U₂ = (R₁ + R₂) / R₂ ® U₂ = U × R₂ / (R₁+ R₂).

Рис. 4.10.1	Рис. 4.10.2

 

Чтобы обеспечить регулирование вторичного напряжения, вместо двух постоянных резисторов используют потенциометр (рис. 4.10.2). Тогда, изменяя

положение движка потенциометра (угол поворота a при цилиндрической конструкции потенциометра), можно устанавливать напряжение на выходе делителя в диапазоне 0... U.

Экспериментальная часть

Задание

Соберите цепь делителя напряжения с потенциометром и постройте зависимость U₂ = f(a).

 

Порядок выполнения эксперимента

· Соберите цепь потенциометра согласно схеме (рис. 4.10.3) и подайте на ее вход постоянное напряжение 10 В. Измерьте напряжения U₁ и U₂ при каждом из положений потенциометра, заданных в табл. 4.10.1 значениями угла a. Внесите все измеренные величины напряжения в табл. 4.10.1.

1 кОм

А – начальное положение (0)   Е – конечное положение (10)   S - движок

Рис. 4.10.3

 

Таблица 4.10.1

	Положение потенциометра (угол поворота a)
U1, В
U2, В

 

· Перенесите значения напряжения U₂ на график (рис. 4.10.4) для построения кривой U₂ = f(a).

 

 

Рис. 4.10.4

 

Вопрос 1: Какую форму имеет кривая на рис. 5.10.4?

Ответ:..........................

Вопрос 2: Какое напряжение получается при суммировании U₁ и U₂?

Ответ:.........................

Вопрос 3: Какова величина сопротивления, с которого снимается напряжение U₂, при положении 3 потенциометра?

Ответ:........................

 

Делитель напряжения под нагрузкой

Общие сведения

Напряжение U₂, получаемое в результате деления, обычно подается на нагрузку R₃ (рис. 4.11.1). Но из-за параллельного соединения между собой резисторов R₂ и R₃ соотношение напряжений меняется по отношению к ситуации, имевшей место при работе делителя вхолостую.

 

Рис. 4.11.1	Рис. 4.11.2

 

Напряжения и сопротивления делителя напряжения под нагрузкой можно рассчитать, используя уравнение пропорции, но сначала нужно найти эквивалентное сопротивление R₂₃ параллельно соединенных резисторов R₂ и R₃:

 

R₂₃ = R₂ ×R₃ / (R₂ + R₃); U / U₃ = (R₁ + R₂₃) / R₂₃

Если два постоянных резистора R₁ и R₂ заменить потенциометром (рис. 4.11.2), становится возможным изменять напряжение U₃ от 0 до U в зависимости от положения движка (угла поворота) потенциометра.

Экспериментальная часть

Задание

Соберите делитель напряжения на основе потенциометра (рис. 4.11.3) и постройте характеристики U₃ = f(a) при различных сопротивлениях нагрузки R₃

 

Порядок выполнения эксперимента

· Соберите цепь делителя в соответствии со схемой (рис. 4.11.3) и подайте на его вход постоянное напряжение 10 В.

· Измерить напряжение U₃ при каждом из положений движка потенциометра, указанных в табл. 5.11.1 соответственно углу поворота a. Измерения должны быть проведены при различных нагрузках (R₃ = 330 Ом, 680 Ом и 1 кОм).

Рис. 4.11.3

 

· Внесите все измеренные величины в табл.4.11.1 и перенесите их также на график (рис. 4.11.4) для построения кривой U₃= f(a).

 

Таблица 4.11.1

	Положение потенциометра (угол поворота a)
U3, В; R3 = 1 кОм
U3, В; R3 = 680 Ом
U3, В; R3 = 330 Ом

 

 

 

Рис. 4.11.4

 

Вопрос: Какова форма кривых?

Ответ:........................

 

Эквивалентный источник напряжения (ЭДС)

Общие сведения

Поскольку реальные источники ЭДС или напряжения, применяемые в электротехнике и электронике, часто имеют довольно сложные схемы, ниже рассмотрено их эквивалентное представление (рис.5.1), пригодное для выполнения любых расчетов цепи.

 

 

Рис. 5.1

 

Когда эквивалентный источник ненагружен, т.е. ток в нем отсутствует (режим холостого хода), имеем для выходного напряжения U₁₂

 

U_{12 =} Е,

где E - ЭДС источника.

Когда эквивалентный источник напряжения нагружен, выходное напряжение определяется следующим уравнением равновесия напряжения по

2-му закону Кирхгофа:

 

U₁₂ = E – I_Н×R_ВН,

 

где I_Н = E / (R_ВН + R_Н) - ток нагрузки,

R_ВН - внутреннее сопротивление эквивалентного источника.

R_Н - сопротивление нагрузки.

Если выходные зажимы 1 и 2 источника замкнуты друг на друга (режим короткого замыкания), имеем

 

U₁₂ = 0.

 

Возникающий при этом ток короткого замыкания I_K ограничен внутренним сопротивлением источника

 

I_K = E / R_ВН.

Параметры E, R_ВН и I_K эквивалентного источника напряжения могут быть представлены на графике (рис.5.2) в виде характеристики I_Н = f(U). Здесь же показана характеристика нагрузки: U = R_HI_H.

 

 

Рис. 5.2

 

Экспериментальная часть

Задание

Постройте характеристику эквивалентного источника напряжения и характеристику нагрузки для сопротивлений R_Н = 100 Ом, 33 Ом и 10 Ом. Для этого измерьте величины ЭДС E, тока короткого замыкания I_K, тока нагрузки I_Н и выходного напряжения U₁₂ источника.