De spanningsdeler of spanningsdeler bestaat uit een combinatie van weerstanden of impedanties in serie verbonden met een bron. Op deze manier de spanning V. geleverd door de bron -ingangsspanning- wordt proportioneel verdeeld in elk element, volgens de wet van Ohm:
V.ik = I.Zik.
Waar Vik is de spanning over het circuitelement, I is de stroom die er doorheen vloeit en Zik de bijbehorende impedantie.
Bij het rangschikken van de bron en de elementen in een gesloten circuit, moet aan de tweede wet van Kirchhoff worden voldaan, die stelt dat de som van alle spanningen daalt en stijgt gelijk is aan 0.
Als het te beschouwen circuit bijvoorbeeld puur resistief is en er is een 12-volt bron beschikbaar, simpelweg door twee identieke weerstanden in serie te plaatsen met die bron, wordt de spanning verdeeld: elke weerstand heeft 6 volt. En met drie identieke weerstanden wordt in elke weerstand 4 V verkregen.
Omdat de bron een spanningsstijging vertegenwoordigt, is V = +12 V. En in elke weerstand zijn er spanningsdalingen die worden weergegeven door negatieve tekens: respectievelijk - 6 V en - 6 V. Het is gemakkelijk in te zien dat de tweede wet van Kirchoff is vervuld:
+12 V - 6 V - 6 V = 0 V
Dit is waar de naam van de spanningsdeler vandaan komt, omdat via serieweerstanden gemakkelijk lagere spanningen kunnen worden verkregen vanaf een bron met een hogere spanning.
Artikel index
Laten we doorgaan met het overwegen van een puur resistief circuit. We weten dat de stroom I die door een circuit van weerstanden gaat die in serie zijn verbonden met een bron zoals weergegeven in figuur 1, hetzelfde is. En volgens de wet van Ohm en de tweede wet van Kirchoff:
V = IR1 + GAANtwee + GAAN3 +… GAANik
Waar R1, Rtwee… Rik vertegenwoordigt elke serieweerstand van het circuit. Daarom:
V = ik ∑ Rik
Dus de huidige blijkt te zijn:
Ik = V / ∑ Rik
Laten we nu de spanning berekenen over een van de weerstanden, de weerstand Rik bijvoorbeeld:
V.ik = (V / ∑ Rik) Rik
De vorige vergelijking wordt als volgt herschreven en we hebben de regel van de spanningsdeler klaar voor een batterij en N-weerstanden in serie:
Als we een spanningsdelercircuit hebben met 2 weerstanden, wordt de bovenstaande vergelijking:
En in het speciale geval waarin R1 = Rtwee, V.ik = V / 2, ongeacht de stroom, zoals vermeld aan het begin. Dit is de eenvoudigste spanningsdeler van allemaal.
In de volgende afbeelding is het diagram van deze deler, waarbij V, de ingangsspanning, wordt gesymboliseerd als Vin, en Vik is de spanning die wordt verkregen door de spanning tussen de weerstanden R te verdelen1 en Rtwee.
De regel van de spanningsdeler wordt toegepast in twee resistieve circuits om lagere spanningen te verkrijgen.
Er is een 12 V-bron beschikbaar, die door middel van twee weerstanden R verdeeld moet worden in 7 V en 5 V1 en Rtwee. Er is een vaste weerstand van 100 Ω en een variabele weerstand waarvan het bereik tussen 0 en 1 kΩ ligt. Welke opties zijn er om het circuit te configureren en de waarde van de weerstand R in te stellentwee?
Om deze oefening op te lossen, wordt de regel van de spanningsdeler voor twee weerstanden gebruikt:
Stel dat R1 is de weerstand gevonden bij een spanning van 7 V en daar wordt de vaste weerstand R geplaatst1 = 100 Ω
De onbekende weerstand Rtwee moet op 5 V zijn:
En R1 bij 7 V:
5 (R.twee +100) = 12 Rtwee
500 = 7 Rtwee
Rtwee = 71,43 Ω
Evenzo kunt u de andere vergelijking gebruiken om dezelfde waarde te verkrijgen, of het verkregen resultaat vervangen om te controleren op gelijkheid.
Als nu de vaste weerstand wordt geplaatst als Rtwee, dan wordt het R1 is op 7 V:
5 (100 + R1) = 100 x 12
500 + 5R1 = 1200
R1 = 140 Ω
Op dezelfde manier is het mogelijk om te verifiëren dat deze waarde voldoet aan de tweede vergelijking. Beide waarden bevinden zich in het variabele weerstandsbereik, daarom is het mogelijk om de gevraagde schakeling op beide manieren te implementeren.
Een DC gelijkstroom voltmeter om spanningen in een bepaald bereik te meten, is gebaseerd op de spanningsdeler. Om zo'n voltmeter te bouwen is een galvanometer nodig, bijvoorbeeld van D'Arsonval.
Het is een meter die elektrische stromen detecteert, uitgerust met een schaalverdeling en een indicatienaald. Er zijn veel modellen galvanometers, die in de afbeelding is heel eenvoudig, met twee aansluitklemmen aan de achterkant..
De galvanometer heeft een interne weerstand RG, die slechts een kleine stroom tolereert, de zogenaamde maximale stroom IG. Bijgevolg is de spanning over de galvanometer Vm = IkGRG.
Om een spanning te meten, wordt de voltmeter parallel aan het te meten element geplaatst en moet de interne weerstand groot genoeg zijn om geen stroom uit het circuit te trekken, anders verandert deze deze..
Als we de galvanometer als meter willen gebruiken, mag de te meten spanning niet hoger zijn dan de maximaal toegestane, de maximale uitslag van de naald die het apparaat heeft. Maar we gaan ervan uit dat Vm is klein, aangezien ikG en RG zij zijn.
Wanneer de galvanometer echter in serie is geschakeld met een andere weerstand RS, bellen het beperken van weerstand, we kunnen het meetbereik van de galvanometer uitbreiden van de kleine Vm tot een bepaalde hogere spanning ε. Wanneer deze spanning is bereikt, ervaart de instrumentnaald maximale uitwijking.
Het ontwerpschema is als volgt:
In figuur 4 aan de linkerkant is G de galvanometer en is R elke weerstand waarover u de spanning V wilt metenX.
De figuur rechts laat zien hoe het circuit met G, RG en RS is gelijk aan een voltmeter, die parallel aan de weerstand R wordt geplaatst.
Stel dat de interne weerstand van de galvanometer R isG = 50 Ω en de maximale stroom die het ondersteunt is IG = 1 mA, de beperkende weerstand RS voor de voltmeter die met deze galvanometer is gebouwd om een maximale spanning van 1 V te meten, wordt als volgt berekend:
ikG (R.S + RG) = 1 V
RS = (1 V / 1 x 10-3 A) - RG
RS = 1000 Ω - 50 Ω = 950 Ω
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.