Б) Делитель напряжения с нагрузкой

Упражнение 2. Деление напряжения с помощью потенциометра

Решаемые задачи:

- исследование простого делителя напряжения;

- исследование делителя напряжения с нагрузкой;

- исследование делителя напряжения с потенциометром.

Основы

Второй закон Кирхгофа гласит, что сумма всех напряжений в замкнутом контуре равна сумме ЭДС в этом контуре..

С помощью делителя напряжения можно делить напряжения на отдельные части и, в частности, получать малые отдельные напряжения. Делитель напряжения, как правило, состоит из двух резисторов, приложенное напряжение U между которыми делится на два отдельных напряжения. Делители напряжения используются, например, в измерительных щупах (контактных измерительных головках) или для установки рабочих точек (под напряжением) для активных компонентов, например, с транзисторной усилительной схемой.

В начальном эксперименте, в частности, исследуется делитель напряжения, сконструированный из различных резисторов и выходных напряжений. Во втором эксперименте, исследуется делитель напряжения с нагрузкой. В конце работы устанавливается делитель напряжения с потенциометром и измеряется выходное напряжение.

Оборудование

1 Доска для подключений DIN A4 ................………....................

1 комплект из 10 соединительных вилок .........................................

1 STE резистор 47 Ω ......................... ………………………………

2 STE резистора 100 Ω ......................……………………………….

1 STE резистор 150 Ω ,........................................... ……………….

1 STE резистор 470 Ω ....................………………………………..

1 STE потенциометр 220 Ω .................. ……………………………

1 блок питания постоянного тока, 0 ± 15 В. ............................

2 LD analog 20 – универсальный измерительный прибор. ………

3 пары кабелей, 50 см, красные и синие ...............………………...

Рис. 1: Простой делитель напряжения

При ненагруженном делителе напряжения сила тока I является результатом приложенного напряжения U и суммы сопротивлений R₁ и R₂:

(1)

и, таким образом, для падения напряжения U, например, на резисторе R₁,

(2)

Рис. 2: Делитель напряжения с нагрузкой

При наличии делителя напряжения с нагрузкой, ток дополнительно течет через резистор нагрузки R_L. Это приводит к увеличению силы тока I во время падения напряжения на резисторе R₂ и тем самым к падению выходного напряжения U_a.

Для резистора R₁^* (параллельное соединение R₁ и R_L) применимо следующее:

(3)

и, таким образом, сила тока:

(4)

и для напряжения, следуя формуле (2):

(5)

или

(6)

Рис. 3: Делитель напряжения с потенциометром

Падение напряжения с потенциометром с резистором R_P согласно (2) равно,

(7)

Это позволяет соответствующим образом регулировать напряжение U_a между 0 В и U_P с помощью соответствующего отдельного компонента.

Резистор R₂ служит здесь как последовательно подключенный резистор для предотвращения короткого замыкания.

Порядок выполнения работы:

Примечание: Обращайте внимание на значения измеряемых величин и полярность на измерительных приборах во время всех исследований. Подключение источника питания осуществляется только после проверки цепи преподавателем или инженером!

А) Простой делитель напряжения

1. Соберите схему в соответствии с рис. 1 с R₂ = 100 Ω. Сначала не используйте сопротивление R₁ (т.е. R₁ = ∞).
2. Установите напряжение U на источнике питания, равное 15 В. Включите источник питания.

3. Измерьте силу тока I и напряжение U₁ и запишите их в Таблицу 1.

Таблица. 1: Один делитель напряжения (R₂ = 100 Ω)

	Измеренные значения	рассчитанное с использованием:
¥		15.0

1. Установите значение сопротивления R₁ согласно Таблице 1 и повторяйте измерения каждый раз.
2. Сравните экспериментальные и теоретические значения.

б) Делитель напряжения с нагрузкой

1. Соберите схему в соответствии с рис. 2 с R₁ = 470 Ω и R₂ = 100 Ω. Сначала не используйте сопротивление R_L (т.е. R_L = ∞).

2. Установите напряжение U на источнике питания, равное 15 В.

3. Измерьте силу тока I и напряжение U_a и запишите их в Таблицу 2.

Таблица. 2: Делитель напряжения с нагрузкой (R₁ = 470 Ω и R₂ = 100 Ω)

	Измеренные значения	Рассчитанные с помощью (4)	Рассчитанные с помощью (6)
¥			*
				*

(* посредством оценки предельного значения)

4. Установите сопротивление нагрузки R_L согласно Таблице 2 и повторяйте измерения для каждого значения R_L.

- Чем ниже сопротивление нагрузки, то есть чем сильнее нагружен делитель напряжения, тем меньше выходное напряжение.

5. Постройте график зависимости выходного напряжение U_a как функцию силы тока I.

1. Сравните экспериментальные и теоретические значения U_a, а также и I между собой. Объясните полученные результаты.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: