Делить. Всем знакомо это слово. Делить можно много различных вещей, но вот кто-нибудь из Вас делил когда-нибудь напряжение? Думаю, таких мало. Ну что же, давайте разберемся, как можно его поделить.
Для того, чтобы поделить напряжение, нам нужно всего-навсего два и более резисторов. Для начала рассмотрим вот такой рисунок:
Наша схемка состоит из двух резисторов, подключенных последовательно. На эти резисторы подается напряжение, оно может быть как переменное, так и постоянное. Назовем его U. Пропускаем мы напряжение через эти резисторы и у нас сразу же заработал закон Ома. Мы знаем, если резисторы соединены последовательно, то их общее сопротивление будет равняться сумме их номиналов. То есть получается:
можно написать:
При последовательном соединении резисторов, сила тока -
I, проходящая через каждый резистор одинакова - это есть закон последовательного соединения резисторов, вам его надо запомнить, иначе можно вообще не лезть в электронику. Так, разобрались. Но у нас каждый резистор обладает своим каким-то сопротивлением. Отсюда напрашивается вывод из закона Ома, что и на каждом сопротивлении у нас будет абсолютно разное напряжение, все зависит от закона Ома.
На сопротивлении R1 у нас будет напряжение U1, а на сопротивлении R2 у нас будет напряжение U2:
Давайте найдем значения U1 и U2. Думаю, все учились в школе, и сможете без проблем решить эту уравнение. Умножаем, сокращаем, делим и в конце концов получаем, что:
А вы знаете, что если сложить правые части уравнения, получим U? Не верите? Проверьте! Отсюда получаем, что U=U1+U2. Короче говорю простым языком: если резисторы включены в цепь последовательно, то на каждом резисторе падает напряжение (падает, значит на концах резистора имеется это напряжение) и сумма падений напряжений на всех резисторах будет равняться напряжению источника (батарейки, блока питания или какого-нибудь генератора напряжения). Мы просто разделили напряжение источника U на два разных напряжения U1 и U2.
R1 и R2 - это условные обозначения резисторов. Если допустим у нас источник 50 Вольт, и нам надо закрутить 5 вольтовый вентилятор от компа, то измеряем сопротивление обмотки вентилятора и высчитываем по формуле, какой резистор цеплять последовательно к вентилятору. Думаю, с этим все понятно. Формулы есть, оперируйте с ними.
Итак у нас имеются вот такие два резистора и мультиметр:
Замеряем сопротивление мелкого резистора: R1=109,7 Ом.
Замеряем сопротивление толстого резистора: R2=52,8 Ом.
Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт, замеряем напряжение с помощью мультиметра (не смотрите на показания блока питания, он обладает бОльшей погрешностью, чем мультиметр).
Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно, напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке тоже немного неточны, силу тока мы будем замерять с помощью мультиметра.
Замеряем напряжение на толстом резисторе. На толстом резисторе падание напряжения - 3,21 Вольта.
Замеряем напряжение на тонком резисторе. На тонком резисторе падение напряжения - 6,77 Вольт.
Складываем эти два значения напряжения 3,21+6,77=9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Они упали на сопротивление щупов, они ведь тоже обладают сопротивлением. Вот наглядный пример того, чтобы мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения.
Давайте убедимся, что сила тока при последовательном соединении резисторов везде одинакова - 0,04 А или 40 мА.
Для того, чтобы делить напряжение плавно, человек изобрел очень удобную вещь,
переменный резистор.
Принцип такой: между двумя крайними контактами постоянное сопротивление, сопротивление относительно среднего контакта по отношению к крайним может меняться в зависимости от того, куда мы будем крутить крутилку этого переменного резистора. Этот резистор рассчитан на мощность 1Вт и сопротивление 330 Ом. Давайте же глянем, как он будет делить напряжение!
Так как мощность небольшая, всего 1 Вт, то не будем нагружать его большим напряжением, формула мощности P=IхU. Ток потребления из закона Ома - I=U/R. Значит, этот переменный резистор может делить только маленькое напряжение при маленьком сопротивлении нагрузки и наоборот. Главное, чтобы значение мощности этого резистора не вышло за грани. Поэтому я буду делить напряжение в 1 Вольт.
Для этого выставляем на блоке напряжение в 1 Вольт и цепляемся к нашему резистору по крайним контактам.
Крутим крутилку в каком-нибудь произвольном направлении и останавливаем ее. Замеряем напряжение между левым и средним контактами:
Замеряем напряжение между средним и правым контактом:
Суммируем напряжения и получаем 0,34+0,64=0,98 Вольт. 0,02 Вольта опять потеряли на щупах.
Такие переменные резисторы используются для добавления громкости на ваших колонках от компьютера, на радиоприемниках, а также на старых ТВ.
В настоящее время делители напряжения создаются с помощью абсолютно других законов электроники. Это может быть полупроводниковые схемы или даже схемы с использованием микроконтроллеров. Но, если требуется быстро получить делитель напряжения и изменять малую мощность напряжения или сигнала в электронике, то делитель напряжения на резисторах вам пригодится как нельзя кстати.
Делитель тока
Напряжение мы делить с вами научились. А можно ли разделить силу тока? В нашей жизни разделить можно абсолютно все! Давайте представим себе реку, у которой очень большой поток:
Этот поток воды бежит с очень большой скоростью! Он смывает на своем пути камни, землю, деревья. Но представьте, что эта река находится рядом с каким-то важным местом и через год поток воды его смоет!
Чтобы этого не произошло, нужно ослабить течение реки, чтобы ее поток был очень слабый. Например как здесь:
Но как это сделать? А почему бы нам не прорыть большой канал, чтобы бОльшая часть воды текла через него. А это хорошая идея!
Прикол всего этого чуда заключается в том, что в каждой отдельной речке скорость воды будет меньше! В электротехнике и электронике все тоже самое! Река - это провод, сила потока - это сила тока, ширина реки - сопротивление, напряжение - угол наклона реки. Все элементарно и просто!
Для того, чтобы разделить силу тока, нам потребуются два резистора. В статье сопротивление мы знаем, что резисторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном соединении резисторов у нас на каждом резисторе падало напряжение, тем самым мы получили делитель напряжения. При параллельном соединении резисторов мы получим делитель тока. Давайте рассмотрим вот такую схемку из двух резисторов, соединенных параллельно:
Вот эти два резистора можно заменить одним резистором. Общее сопротивление будет равно:
Напряжение
U
между точками A и В считается общим для каждого резистора, так как у нас эти два резистора соединены параллельно.
Значит, через них должен также протекать общий ток. Запомните правило,
при параллельном соединении напряжение на резисторах одно и то же
, а ток будет равен:
Как же нам определить, какой ток у нас проходит через каждый резистор? Согласно закону Ома:
Следовательно, получаем:
Отсюда:
Что-нибудь понятно? Проще говоря, если вместо какого-то резистора подсоединить какую-нибудь нагрузку, например вентилятор от компьютера, то мы можем регулировать в ней силу тока, а следовательно и мощность, параллельно выводам подключив какой-нибудь резистор. А какой именно, можно глянуть на формулы. Это называется шунтирование. Давайте же на практике разберемся, что есть что.
Вот два наших резистора:
- Замеряем значение сопротивления первого толстого резистора:
Замеряем значение второго:
Берем наш блок питания и выставляем на нем 12 Вольт:
Спаиваем два конца резисторов и замеряем силу тока на толстом резисторе:
Замеряем силу тока на тонком резисторе:
Спаиваем их параллельно и замеряем силу тока на параллельно соединенных резисторах:
0,06+0,14=20. У нас 0,21 Ампер. 0,01 - погрешность прибора.
А давайте посмотрим, работает ли закон Ома? Рассмотрим толстый резистор. У нашего блока питания погрешность на измерение силы тока приличная, но этого вполне хватает, чтобы работать с таким блоком. Но приблизительно, мы все таки сможем проверить закон Ома.
I=U/R, а R=U/I=12/0,14=85,7 Ом. А у нас он 80,5 Ом. Погрешность в 5 Ом. Но закон Ома работает!
Отсюда делаем выводы:
- Через меньшее сопротивление протекает большой ток, поэтому мощность, которая падает на таком сопротивлении будет больше. Поэтому все резисторы, которые используются в цепи с приличным напряжением и обладают малым сопротивлением, делают большими, потому как они сильно греются, то есть рассеивают большую мощность в окружающее пространство. А чтобы они быстрее охлаждались, их площадь рассеяния должна быть большая. Бывают даже вот такие большие резисторы, которые рассеивают большую мощность.
- Сила тока двух соединенных параллельно резисторов будет равна силе тока первого резистора плюс сила тока второго резистора.
Еще несколько полезных вещей:
- Делитель тока имеет важное значение в схемотехнике в качестве элемента цепи для подключения устройства с номинальным током меньшим, чем протекающий в цепи.
- На величину сопротивления влияют внешние факторы, например температура. Изменение температуры приводит к измерению сопротивления делителя тока. В результате изменяется ток через ветвь цепи.
- Измерение больших величин токов. Подключается два сопротивления. Через одно протекает почти весь ток, через второе — малый ток (миллиамперы). Измеряется ток через второе сопротивление. Далее выполняется расчет общего тока.
- Номинал нагрузки, подключаемой в ветвь делителя тока, должен быть в 100—1000 раз меньше, чем сопротивление делителей. В противном случае схема делителя будет работать неверно.
- Активные сопротивления делителя тока снижают КПД схемы.
- Целесообразно применять прецизионные сопротивления. Это увеличивает точность, но повышает стоимость.
