Делитель напряжения при работе вхолостую

Простейший делитель напряжения состоит из двух последовательно соединенных резисторов (рис. 8.1). 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. 8.1 Рис. 8.2

 

Чтобы обеспечить регулирование вторичного напряжения, вместо двух постоянных резисторов используют потенциометр (рис. 8.2). Тогда, изменяя положение движка потенциометра (угол поворота, а при цилиндрической конструкции потенциометра), можно устанавливать напряжение на выходе делителя в диапазоне 0...U.

 

Задание 8

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

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь потенциометра согласно схеме (рис. 8.3) и установите на ее входе постоянное напряжение 10 В. Измерьте напряжения U₁ и U₂ при каждом из положе­ний потенциометра, заданных в табл. 8.1 значениями угла а. Внесите все изме­ренные величины напряжения в таблицу.

 

Таблица 8.1

	Положение потенциометра (угол поворота α)
U2, B

 

А –бастапқы жағдай (0), Е –соңғы жағдай (10), S –реттеуіш

Рис. 8.3

 

Перенесите значения напряжения U2 на график (рис. 8.4) для построения кривой U₂ = f (α).

 

Рис. 8.4

Вывод ___________________________________________________

Делитель напряжения под нагрузкой

Напряжение U2, получаемое в результате деления, обычно подается на нагрузку R3 (рис. 9.1). 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. 9.1 Рис. 9.2

 

Напряжение на выходе делителя напряжения под нагрузкой можно рассчитать, оп­ределив эквивалентное сопротивление R₂₃ параллельно соединенных резисторов R₂ и R₃:

R₂₃= R₂· R₃ / (R₂ + R₃);

Тогда

U₃=U· R₂₃ / (R₁ + R₂₃)

Если два постоянных резистора R₁ и R₂ заменить потенциометром (рис. 9.2), становится возможным изменять напряжение U₃ от 0 до U в зависимости от положения движка (угла поворота) потенциометра.

 

Задание 9.

Соберите делитель напряжения на основе потенциометра (рис. 9.3) и постройте характеристики U₃ = f (α) при различных сопротивлениях нагрузки R₃.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь делителя в соответствии со схемой (рис. 9.3) и подайте на его вход постоянное напряжение 10 В.

Измерьте напряжение U3 при каждом из положений движка потенциометра, ука­занных в табл. 9.1 соответственно углу поворота α. Измерения должны быть проведены при различных нагрузках (R3 = 330 Ом, 680 Ом и 1 кОм).

 

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

Рис. 9.3

 

Внесите все измеренные величины в табл. 9.1 и перенесите их также на график (рис. 9.4) для построения кривой U₃ = f (α).

Таблица 9.1

	Положение потенциометра (угол поворота α)
U2, В; R3 = 1 кОм
U2, В; R3 = 680 Ом
U2, В; R3 = 330 Ом

 

Рис. 9.4 График зависимость U₃ = f (α)

Вывод: _____________________________________________________________________________

 

Эквивалентный источник напряжения (ЭДС)

Поскольку реальные источники ЭДС или напряжения, применяемые в электротехнике и электронике, часто имеют довольно сложные схемы, ниже рассмотрено их эквивалентное представление (рис.10.1), пригодное для выполнения любых расчетов цепи.

 

Рис. 10.1

 

Когда эквивалентный источник не нагружен, 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.10.2) в виде характеристики I_Н = f (U). Здесь же показана характеристика нагрузки:

U = R_HI_H.

 

Рис. 10.2

 

Задание 10

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.