Η μονάδα που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να μετρήσουμε τη διαφορά δυναμικού σε οποιοδήποτε σημείο ονομάζεται α Βόλτ . Ένα βολτ είναι μια διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στην αντίσταση του 1 ohm και θα έχει ως αποτέλεσμα τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος από τον υψηλότερο ακροδέκτη στον κάτω ακροδέκτη.
Οι διαφορές δυναμικού ρέουν πάντα από υψηλότερη δυναμική σε χαμηλότερη δυναμική τιμή. Μπορούμε επίσης να ορίσουμε το 1V ως το δυναμικό όταν το 1 Ampere του ρεύματος πολλαπλασιάζεται με το 1 ohm αντίστασης. Για να περιγραφεί η διαφορά δυναμικού, χρησιμοποιείται ο τύπος του νόμου του Ohm, ο οποίος ισούται με V=IxR .
Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, το ρεύμα στα γραμμικά κυκλώματα αυξάνεται με την αύξηση της διαφοράς δυναμικού. Ένα κύκλωμα που έχει μεγάλη διαφορά δυναμικού μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων θα έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη ροή ρεύματος σε αυτά τα δύο σημεία σε ένα κύκλωμα.
Για παράδειγμα, θεωρήστε μια αντίσταση 10 Ω και η τάση που εφαρμόζεται στο ένα άκρο της είναι 8V. Ομοίως, η τάση στο άλλο άκρο του είναι 5V. Έτσι θα έχουμε μια διαφορά δυναμικού 3V (8V-5V) στον ακροδέκτη της αντίστασης. Για να βρούμε το ρεύμα σε όλη την αντίσταση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον νόμο του Ohm. Το ρεύμα αυτού του κυκλώματος θα ήταν 0,3Α.
Αν αυξήσουμε την τάση από 8V σε 40V, η διαφορά δυναμικού της αντίστασης θα γίνει 40V – 5V = 35V. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα 3,5Α της ροής ρεύματος. Όταν η διαφορά δυναμικού κατά μήκος της αντίστασης αυξάνεται, θα οδηγήσει επίσης σε αύξηση του ρεύματος.
Για να μετρήσουμε την τάση οποιουδήποτε σημείου μέσα σε ένα κύκλωμα, πρέπει να τη συγκρίνουμε με το κοινό σημείο αναφοράς. Συνήθως χρησιμοποιούμε τον πείρο 0V ή τη γείωση ως σημείο αναφοράς στο κύκλωμα για τη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού.
Γρήγορο περίγραμμα
- Ποια είναι η Δυναμική Διαφορά
- Παράδειγμα δυνητικής διαφοράς
- Δίκτυο Διαιρέτης Τάσης
- Τύπος διαιρέτη τάσης
- Παράδειγμα διαιρέτη τάσης
- συμπέρασμα
Ποια είναι η Δυναμική Διαφορά
Η διαφορά δυναμικού, επίσης γνωστή ως τάση, είναι μια βασική έννοια στον ηλεκτρισμό. Βασικά περιγράφει τη διαφορά στην ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μεταξύ δύο σημείων μέσα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων κάνει το φορτίο να μετακινηθεί από ένα υψηλότερο σε ένα χαμηλότερο σημείο δυναμικού. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Μετράμε τη διαφορά δυναμικού σε βολτ (V) και είναι ένας κρίσιμος παράγοντας για τον προσδιορισμό του τρόπου συμπεριφοράς του ηλεκτρισμού σε ένα κύκλωμα και του τρόπου λειτουργίας των ηλεκτρικών συσκευών.
Παράδειγμα δυνητικής διαφοράς
Στην εικόνα, το δυναμικό που εφαρμόζεται σε όλη την αντίσταση στο ένα άκρο είναι 10 V. Το δυναμικό στο δεύτερο άκρο της αντίστασης είναι 5 V.
Για να υπολογίσετε τη διαφορά δυναμικού στο άκρο της αντίστασης, αφαιρέστε το υψηλότερο δυναμικό από το χαμηλότερο:
Η διαφορά δυναμικού που υπολογίζεται κατά μήκος της αντίστασης είναι 5 V.
Το ρεύμα στην αντίσταση είναι ανάλογο με το εφαρμοζόμενο δυναμικό. Εάν η διαφορά δυναμικού μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων είναι μεγαλύτερη, θα δείτε μεγάλη ροή ρεύματος.
Χρησιμοποιήστε το νόμο του Ohm για να βρείτε το ρεύμα.
Τώρα, αυξήστε το δυναμικό από 10V σε 20V στο ένα άκρο της αντίστασης και 5V σε 10V στο άλλο άκρο. Η διαφορά δυναμικού θα γίνει 10 V. Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm μπορείτε να βρείτε το ρεύμα που περνάει από την αντίσταση που είναι 8 αμπέρ.
Το ηλεκτρικό φορτίο προκαλεί τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Αλλά το δυναμικό δεν κινείται ούτε ρέει φυσικά. Το δυναμικό εφαρμόζεται σε οποιαδήποτε δύο συγκεκριμένα σημεία του κυκλώματος.
Για να βρούμε τη συνολική τάση κυκλώματος, πρέπει να αθροίσουμε όλες τις συνδεδεμένες τάσεις στο κύκλωμα σειράς. Αυτό σημαίνει ότι όταν έχετε αντιστάσεις (ΣΕ 1 , ΣΕ 2 , και ΣΕ 3 ) συνδεδεμένα σε σειρά, απλά αθροίζετε τις τάσεις τους για να βρείτε τη συνολική τάση:
Από την άλλη πλευρά, όταν συνδέετε αντιστάσεις παράλληλα, η τάση σε κάθε αντίσταση ή στοιχείο παραμένει η ίδια. Παράλληλα, η τάση σε κάθε αντίσταση είναι ίση και μπορεί να εκφραστεί ως:
Δίκτυο Διαιρέτης Τάσης
Γνωρίζουμε ότι αν συνδέσουμε πολλαπλές αντιστάσεις σε σειρά κατά μήκος μιας διαφοράς δυναμικού, μια νέα κύκλωμα διαιρέτη τάσης θα σχηματιστεί. Αυτό το κύκλωμα διαιρεί την τάση τροφοδοσίας μεταξύ των αντιστάσεων σε μια συγκεκριμένη αναλογία. Κάθε αντίσταση παίρνει ένα μέρος της τάσης σε σχέση με την αντίστασή του.
Αυτή η αρχή του κυκλώματος διαιρέτη τάσης ισχύει μόνο για αντιστάσεις που είναι συνδεδεμένες σε σειρά. Εάν συνδέσουμε τις αντιστάσεις παράλληλα, θα προκύψει μια εντελώς διαφορετική ρύθμιση, η οποία ονομάζεται α τρέχον δίκτυο διαχωρισμού.
Διεύθυνση Τάσης
Το δεδομένο κύκλωμα εξηγεί τη θεμελιώδη έννοια ενός κυκλώματος διαιρέτη τάσης. Σε αυτό το κύκλωμα, διαφορετικές αντιστάσεις βρίσκονται σε σειρά. Υπάρχουν 4 αντιστάσεις στη σειρά που ονομάζονται R 1 , Ρ 2 , Ρ 3 , και R 4 . Όλες αυτές οι αντιστάσεις μοιράζονται ένα κοινό σημείο αναφοράς που είναι ίσο με μηδέν βολτ ή γείωση.
Όταν συνδέετε αντιστάσεις σε σειρά, η τάση τροφοδοσίας (ΣΕ μικρό ) κατανέμεται σε κάθε αντίσταση. Θα δείτε ότι κάθε αντίσταση θα ρίχνει κάποιες τάσεις. Αυτό σημαίνει ότι κάθε αντίσταση παίρνει ένα μερίδιο της συνολικής τάσης.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε το νόμο του Ohm για να εκφράσετε αυτό το κύκλωμα. Σύμφωνα με τον ορισμό του νόμου του Ohm, το ρεύμα (I) που διαρρέει μια σειρά αντιστάσεων είναι ίσο με την τάση τροφοδοσίας (ΣΕ μικρό ) διαιρούμενο με τη συνολική αντίσταση (Ρ Τ ).
Η μαθηματική έκφραση του νόμου του Ohm δίνεται ως
Τώρα χρησιμοποιήστε το νόμο του Ohm και απλώς πολλαπλασιάστε το ρεύμα (ΕΓΩ) με την αντίσταση (R) τιμή κάθε αντίστασης.
Οπου ΣΕ αντιπροσωπεύει την πτώση τάσης.
Αφού μετακινηθείτε από το ένα σημείο στο άλλο κατά μήκος της σειράς των αντιστάσεων, η τάση σε κάθε σημείο αυξάνεται καθώς αθροίζετε τις πτώσεις τάσης. Όλα τα μεμονωμένα αθροίσματα πτώσης τάσης είναι ίσα με την τάση εισόδου του κυκλώματος (ΣΕ μικρό ) .
Δεν είναι απαραίτητο να βρείτε το συνολικό ρεύμα του κυκλώματος για να βρείτε την τάση σε ένα συγκεκριμένο σημείο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν απλό τύπο για να υπολογίσετε την πτώση τάσης σε οποιοδήποτε σημείο, λαμβάνοντας υπόψη την αντίσταση της αντίστασης και το ρεύμα που τη διαρρέει. Αυτό απλοποιεί την ανάλυση του κυκλώματος και βοηθά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η τάση κατανέμεται μέσα στο κύκλωμα.
Τύπος διαιρέτη τάσης
Στον παραπάνω τύπο, V(x) αντιπροσωπεύει την τάση και R(x) είναι ίση με την αντίσταση που παράγεται από αυτή την τάση. Το σύμβολο RT υποδηλώνει τη συνολική αντίσταση σειράς των αντιστάσεων και το VS είναι η τάση τροφοδοσίας.
Τύπος διαιρέτη τάσης
Εξετάστε το παρακάτω κύκλωμα για να βρείτε την τάση εξόδου του κυκλώματος κατά μήκος του R2 χρησιμοποιώντας τον κανόνα του διαιρέτη τάσης.
Σε αυτό το κύκλωμα, το V σε υποδηλώνει την τάση τροφοδοσίας. Είναι το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα. Αυτό το ρεύμα ρέει και προς τις δύο κατευθύνσεις.
Ας σκεφτούμε ΣΕ R1 και ΣΕ R2 να είναι η πτώση τάσης του R 1 και R 2 . Καθώς οι δεδομένες αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά, η τάση εισόδου V ΣΕ του κυκλώματος θα είναι ίσο με το άθροισμα όλης της μεμονωμένης τάσης που πέφτει σε κάθε αντίσταση.
Για να υπολογίσετε τη μεμονωμένη πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση, χρησιμοποιήστε την εξίσωση του νόμου Ohm:
Ομοίως, για την αντίσταση R 2
Από την εικόνα, μπορούμε να δούμε ότι η τάση στο R 2 είναι ο V ΕΞΩ . Αυτή η τάση εξόδου μπορεί να δοθεί ως:
Από την παραπάνω εξίσωση, μπορούμε να υπολογίσουμε την τάση εισόδου V ΣΕ .
Για να υπολογίσετε το συνολικό ρεύμα σε V έξω τάση, χρησιμοποιήστε το παραπάνω V έξω εξίσωση.
Έτσι το V έξω η εξίσωση θα γίνει:
Τώρα σκεφτείτε ένα κύκλωμα διαιρέτη πολλαπλών τάσεων που περιέχει πολλαπλές εξόδους στις αντιστάσεις.
Η εξίσωση θα γίνει:
Εδώ, στην παραπάνω εξίσωση, το ΣΕ Χ είναι η τάση εξόδου.
R Χ είναι το άθροισμα όλων των αντιστάσεων που συνδέονται στο κύκλωμα.
Οι πιθανές τιμές του R Χ είναι:
Αν ΣΕ αντιπροσωπεύει την τάση τροφοδοσίας. Στη συνέχεια δίνονται οι πιθανές τάσεις εξόδου ως:
Από τις παραπάνω εξισώσεις, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η τάση που πέφτει στις αντιστάσεις που είναι συνδεδεμένες σε σειρά είναι ανάλογη με την τιμή ή το μέγεθος της αντίστασης. Σύμφωνα με τον νόμο περί τάσης του Kirchhoff, η τάση που πέφτει σε όλες τις δεδομένες αντιστάσεις πρέπει να είναι ίση με την τάση εισόδου της πηγής.
Έτσι, μπορείτε να βρείτε την πτώση τάσης των αντιστάσεων χρησιμοποιώντας τον τύπο διαιρέτη τάσης.
Παράδειγμα διαιρέτη τάσης
Θεωρήστε ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης με τρεις αντιστάσεις σε σειρά, που παράγουν δύο τάσεις εξόδου από ένα 240 V Προμήθεια. Οι τιμές αντίστασης είναι οι εξής:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Η ισοδύναμη αντίσταση του κυκλώματος υπολογίζεται ως εξής:
Τώρα, οι δύο τάσεις εξόδου προσδιορίζονται ως εξής:
Το ρεύμα στο κύκλωμα δίνεται από:
Επομένως, οι πτώσεις τάσης σε κάθε αντίσταση είναι οι εξής:
συμπέρασμα
Ένας διαιρέτης τάσης είναι ένα θεμελιώδες παθητικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρονικά. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να μειώσει την τάση εξόδου σε σχέση με την τάση εισόδου. Μπορείτε να επιτύχετε αυτή τη μείωση της τάσης αφού συνδέσετε πολλαπλές αντιστάσεις σε σειρά. Η τιμή της αντίστασης εξαρτάται από την τιμή πτώσης τάσης που θέλετε να επιτύχετε. Αυτές οι αντιστάσεις θα δημιουργήσουν ένα σταθερό κλάσμα τάσης που καθορίζεται από τις αναλογίες των αντιστάσεων.
Οι αντιστάσεις είναι σημαντικά στοιχεία κυκλώματος καθώς μπορούν να περιορίσουν την τάση του κυκλώματος σύμφωνα με το νόμο του Ohm. Οι αντιστάσεις σε σειρά έχουν σταθερό ρεύμα μέσω κάθε αντίστασης. Μπορείτε να υπολογίσετε και να διατηρήσετε μια σταθερή τάση ενώ σχεδιάζετε ηλεκτρονικά κυκλώματα με τη βοήθεια ενός τύπου διαιρέτη τάσης.