Jednotka, kterou můžeme použít k měření rozdílu potenciálu v libovolném bodě, se nazývá a Volt . Volt je rozdíl potenciálů aplikovaný na odpor 1 ohm a bude mít za následek tok elektrického proudu z vyšší svorky na spodní svorku.
Rozdíly potenciálu vždy plynou z vyšší hodnoty potenciálu do nižší hodnoty potenciálu. Můžeme také definovat 1V jako potenciál, když se 1 ampér proudu vynásobí 1 ohmem odporu. K popisu rozdílu potenciálů se používá vzorec ohmského zákona, který se rovná V=IxR .
Podle Ohmova zákona se proud v lineárních obvodech zvyšuje s rostoucím rozdílem potenciálu. Obvod s velkým rozdílem potenciálu mezi libovolnými dvěma body bude mít za následek větší průtok proudu těmito dvěma body v obvodu.
Uvažujme například odpor 10 Ω a napětí aplikované na jeho jednom konci je 8V. Podobně je napětí na jeho druhém konci 5V. Dostaneme tedy 3V (8V-5V) potenciálový rozdíl na vývodu odporu. Pro zjištění proudu přes odpor můžeme použít Ohmův zákon. Proud tohoto obvodu by byl 0,3A.
Pokud zvýšíme napětí z 8V na 40V, rozdíl potenciálů rezistoru bude 40V – 5V = 35V. To bude mít za následek 3,5A proudu. Když se rozdíl potenciálu na rezistoru zvýší, bude to mít také za následek zvýšení proudu.
Abychom změřili napětí jakéhokoli bodu uvnitř obvodu, musíme jej porovnat se společným referenčním bodem. Normálně používáme 0V nebo zemnící kolík jako referenční bod v obvodu pro měření rozdílu potenciálu.
Rychlý přehled
- Jaký je potenciální rozdíl
- Příklad potenciálního rozdílu
- Síť rozdělovače napětí
- Vzorec pro dělič napětí
- Příklad děliče napětí
- Závěr
Jaký je potenciální rozdíl
Potenciální rozdíl, také známý jako napětí, je základním konceptem elektřiny. V podstatě popisuje rozdíl v elektrické potenciální energii mezi dvěma body v elektrickém obvodu. Rozdíl potenciálu mezi dvěma body způsobí, že se náboj přesune z vyššího do nižšího potenciálního bodu. To bude mít za následek tok elektrického proudu. Měříme potenciální rozdíl ve voltech (V) a je to kritický faktor při určování toho, jak se elektřina chová v obvodu a jak fungují elektrická zařízení.
Příklad potenciálního rozdílu
Na obrázku je potenciál aplikovaný přes odpor na jednom konci 10 V. Potenciál na druhém konci odporu je 5 V.
Chcete-li vypočítat potenciální rozdíl na konci rezistoru, odečtěte vyšší potenciál od nižšího:
Potenciální rozdíl vypočítaný na rezistoru je 5V.
Proud v rezistoru je úměrný použitému potenciálu. Pokud je potenciální rozdíl mezi libovolnými dvěma body větší, uvidíte velký tok proudu.
Použijte Ohmův zákon k nalezení proudu.
Nyní zvyšte potenciál z 10V na 20V na jednom konci odporu a 5V na 10V na druhém konci. Rozdíl potenciálu bude 10 V. Pomocí Ohmova zákona můžete zjistit proud rezistorem, který je 8 ampérů.
Elektrický náboj způsobuje tok elektrického proudu. Ale potenciál se fyzicky nepohybuje ani neproudí. Potenciál je aplikován na libovolné dva specifické body v obvodu.
Abychom zjistili celkové napětí obvodu, musíme sečíst všechna připojená napětí v sériovém obvodu. To znamená, že když máte odpory (V 1 , V 2 , a V 3 ) zapojené do série jednoduše sečtete jejich napětí a zjistíte celkové napětí:
Na druhou stranu, když zapojíte odpory paralelně, napětí na každém odporu nebo prvku zůstane stejné. Paralelně je napětí na každém rezistoru stejné a lze jej vyjádřit jako:
Síť rozdělovače napětí
Víme, že když zapojíme více rezistorů do série přes rozdíl potenciálů, nový obvod děliče napětí vytvoří se. Tento obvod rozděluje napájecí napětí mezi rezistory v určitém poměru. Každý rezistor dostane část napětí vzhledem ke svému odporu.
Tento princip obvodu děliče napětí platí pouze pro odpory, které jsou zapojeny do série. Pokud zapojíme odpory paralelně, bude to mít za následek úplně jiné nastavení, které se nazývá a proudová dělicí síť.
Napěťová divize
Daný obvod vysvětluje základní koncept obvodu děliče napětí. V tomto obvodu jsou různé odpory v sérii. V sérii jsou 4 odpory R 1 , R 2 , R 3 , a R 4 . Všechny tyto odpory sdílejí společný referenční bod, který se rovná nule voltů nebo zemi.
Když zapojíte odpory do série, napájecí napětí (V S ) je distribuován napříč každým rezistorem. Uvidíte, že každý rezistor sníží nějaké napětí. To znamená, že každý rezistor dostane podíl z celkového napětí.
Dále použijte Ohmův zákon k vyjádření tohoto obvodu. Podle definice Ohmova zákona se proud (I) protékající řadou rezistorů rovná napájecímu napětí (V S ) děleno celkovým odporem (R T ).
Matematický výraz Ohmova zákona je dán jako
Nyní použijte Ohmův zákon a jednoduše vynásobte proud (já) s odporem (R) hodnotu každého rezistoru.
Kde V představuje pokles napětí.
Po přesunu z jednoho bodu do druhého podél řady rezistorů se napětí v každém bodě zvyšuje, když sčítáte poklesy napětí. Všechny jednotlivé součty úbytků napětí se rovnají vstupnímu napětí obvodu (V S ) .
Není nutné hledat celkový proud obvodu, abyste našli napětí v určitém bodě. Pro výpočet úbytku napětí v libovolném bodě můžete použít jednoduchý vzorec s ohledem na odpor rezistoru a proud, který jím protéká. To zjednodušuje analýzu obvodu a pomáhá pochopit, jak je napětí v obvodu distribuováno.
Vzorec pro dělič napětí
Ve výše uvedeném vzorci V(x) představuje napětí a R(x) se rovná odporu vytvořenému tímto napětím. Symbol RT označuje celkový sériový odpor rezistorů a VS je napájecí napětí.
Vzorec pro dělič napětí
Zvažte níže uvedený obvod, abyste našli výstupní napětí obvodu přes R2 pomocí pravidla děliče napětí.
V tomto okruhu V v označuje napájecí napětí. Je to proud protékající obvodem. Tento proud teče oběma směry.
Uvažujme V R1 a V R2 být pokles napětí R 1 a R 2 . Jelikož jsou dané odpory zapojeny do série, vstupní napětí V V obvodu se bude rovnat součtu všech jednotlivých napětí, které spadne proti každému rezistoru.
Pro výpočet individuálního poklesu napětí na každém rezistoru použijte rovnici Ohmova zákona:
Podobně pro rezistor R 2
Z obrázku můžeme vidět, že napětí na R 2 je V VEN . Toto výstupní napětí lze zadat jako:
Z výše uvedené rovnice můžeme vypočítat vstupní napětí V V .
Pro výpočet celkového proudu v jednotkách V ven napětí, použijte výše uvedený V ven rovnice.
Takže V ven rovnice bude:
Nyní zvažte vícenásobný obvod děliče napětí, který obsahuje více výstupů přes odpory.
Výstupní rovnice bude:
Zde, ve výše uvedené rovnici, V X je výstupní napětí.
R X je součet všech rezistorů zapojených v obvodu.
Možné hodnoty R X jsou:
Li V znamená napájecí napětí. Potom jsou možná výstupní napětí uvedena jako:
Z výše uvedených rovnic můžeme usoudit, že pokles napětí na rezistorech, které jsou zapojeny do série, je úměrný hodnotě nebo velikosti rezistoru. Podle Kirchhoffova napěťového zákona se napětí pokleslé na všech daných odporech musí rovnat vstupnímu napětí zdroje.
Takže můžete zjistit úbytek napětí rezistorů pomocí vzorce pro dělič napětí.
Příklad děliče napětí
Uvažujme obvod děliče napětí se třemi rezistory v sérii, produkující dvě výstupní napětí z a 240 V zásobování. Hodnoty odporu jsou následující:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Ekvivalentní odpor obvodu se vypočítá jako:
Nyní jsou dvě výstupní napětí určena následovně:
Proud v obvodu je dán:
Proto jsou poklesy napětí na každém rezistoru následující:
Závěr
Dělič napětí je základní pasivní obvod používaný v elektronice. Tento obvod může snížit výstupní napětí vzhledem ke vstupnímu napětí. Tohoto snížení napětí dosáhnete po zapojení více odporů do série. Hodnota odporu závisí na hodnotě poklesu napětí, kterého chcete dosáhnout. Tyto odpory vytvoří pevný podíl napětí určený poměrem odporů.
Rezistory jsou důležité prvky obvodu, protože mohou omezit napětí obvodu podle Ohmova zákona. Rezistory v sérii mají konstantní proud každým rezistorem. Můžete vypočítat a udržovat konstantní napětí při navrhování elektronických obvodů pomocí vzorce pro dělič napětí.