Jedinica koju možemo koristiti za mjerenje potencijalne razlike u bilo kojoj točki zove se a Volt . Volt je potencijalna razlika primijenjena na otpor od 1 ohma, a rezultirat će protokom električne struje od višeg terminala do nižeg terminala.
Potencijalne razlike uvijek teku od veće vrijednosti potencijala prema nižoj vrijednosti potencijala. Također možemo definirati 1V kao potencijal kada se 1 amper struje pomnoži s 1 ohmom otpora. Za opis razlike potencijala koristi se formula ohmskog zakona, koja je jednaka V=IxR .
Prema Ohmovom zakonu, struja u linearnim krugovima raste s povećanjem razlike potencijala. Krug koji ima veliku razliku potencijala između bilo koje dvije točke rezultirat će većim protokom struje kroz te dvije točke u krugu.
Na primjer, uzmite u obzir otpornik od 10 Ω, a napon primijenjen na njegovom jednom kraju je 8 V. Slično, napon na drugom kraju je 5V. Tako ćemo dobiti razliku potencijala od 3V (8V-5V) na terminalu otpornika. Da bismo pronašli struju kroz otpornik, možemo koristiti Ohmov zakon. Struja ovog kruga bila bi 0,3 A.
Povećamo li napon s 8V na 40V, potencijalna razlika otpornika postat će 40V – 5V = 35V. To će rezultirati s 3,5 A protoka struje. Kada se razlika potencijala preko otpornika poveća, to će također rezultirati povećanjem struje.
Da bismo izmjerili napon bilo koje točke unutar kruga, moramo ga usporediti sa zajedničkom referentnom točkom. Obično koristimo 0V ili kontakt za uzemljenje kao referentnu točku u krugu za mjerenje razlike potencijala.
Brzi pregled
- Što je potencijalna razlika
- Primjer potencijalne razlike
- Mreža razdjelnika napona
- Formula djelitelja napona
- Primjer razdjelnika napona
- Zaključak
Što je potencijalna razlika
Razlika potencijala, također poznata kao napon, ključni je koncept u elektricitetu. U osnovi opisuje razliku u električnoj potencijalnoj energiji između dvije točke unutar električnog kruga. Razlika u potencijalu između dviju točaka uzrokuje pomicanje naboja od točke višeg do točke nižeg potencijala. To će rezultirati protokom električne struje. Mjerimo razliku potencijala u voltima (V) i to je kritičan faktor u određivanju ponašanja električne energije u krugu i rada električnih uređaja.
Primjer potencijalne razlike
Na slici, potencijal primijenjen na jednom kraju otpornika je 10 V. Potencijal na drugom kraju otpornika je 5 V.
Da biste izračunali razliku potencijala na kraju otpornika, oduzmite veći potencijal od nižeg:
Razlika potencijala izračunata preko otpornika je 5V.
Struja u otporniku proporcionalna je primijenjenom potencijalu. Ako je potencijalna razlika između bilo koje dvije točke veća, vidjet ćete veliki protok struje.
Koristite Ohmov zakon da pronađete struju.
Sada povećajte potencijal s 10 V na 20 V na jednom kraju otpornika i 5 V na 10 V na drugom kraju. Razlika potencijala postat će 10 V. Pomoću Ohmovog zakona možete pronaći struju kroz otpornik koja iznosi 8 ampera.
Električni naboj uzrokuje protok električne struje. Ali potencijal se fizički ne kreće niti teče. Potencijal se primjenjuje na bilo koje dvije specifične točke u krugu.
Da bismo pronašli ukupni napon kruga, moramo zbrojiti sve priključene napone u serijskom krugu. To znači da kada imate otpornike (U 1 , IN 2 , i U 3 ) spojeni u seriju, jednostavno zbrojite njihove napone da biste pronašli ukupni napon:
S druge strane, kada spojite otpornike paralelno, napon na svakom otporniku ili elementu ostaje isti. Paralelno, napon na svakom otporniku je jednak i može se izraziti kao:
Mreža razdjelnika napona
Znamo da ako spojimo više otpornika u seriju preko potencijalne razlike, novi krug razdjelnika napona formirat će se. Ovaj krug dijeli napon napajanja između otpornika u određenom omjeru. Svaki otpornik dobiva dio napona u odnosu na svoj otpor.
Ovaj princip kruga razdjelnika napona primjenjuje se samo na otpornike koji su spojeni u seriju. Spojimo li otpornike paralelno, to će rezultirati potpuno drugačijim postavom, koji se naziva a strujna razdjelna mreža.
Podjela napona
Navedeni sklop objašnjava temeljni koncept kruga razdjelnika napona. U ovom krugu različiti otpornici su u nizu. Postoje 4 otpornika u seriji pod nazivom R 1 , R 2 , R 3 , i R 4 . Svi ovi otpornici dijele zajedničku referentnu točku koja je jednaka nula volti ili masi.
Kada spojite otpornike u seriju, napon napajanja (U S ) se raspoređuje po svakom otporniku. Vidjet ćete da će svaki otpornik pasti nešto napona. To znači da svaki otpornik dobiva dio ukupnog napona.
Zatim upotrijebite Ohmov zakon da izrazite ovaj krug. Prema definiciji Ohmovog zakona, struja (I) koja teče kroz niz otpornika jednaka je naponu napajanja (U S ) podijeljeno s ukupnim otporom (R T ).
Matematički izraz Ohmovog zakona dan je kao
Sada upotrijebite Ohmov zakon i jednostavno pomnožite struju (ja) s otporom (R) vrijednost svakog otpornika.
Gdje U predstavlja pad napona.
Nakon pomicanja s jedne točke na drugu duž niza otpornika, napon u svakoj točki raste kako zbrajate padove napona. Svi pojedinačni iznosi pada napona jednaki su ulaznom naponu kruga (U S ) .
Nije potrebno pronaći ukupnu struju kruga da biste pronašli napon u određenoj točki. Možete koristiti jednostavnu formulu za izračunavanje pada napona u bilo kojoj točki uzimajući u obzir otpor otpornika i struju koja teče kroz njega. Ovo pojednostavljuje analizu kruga i pomaže u razumijevanju kako se napon distribuira unutar kruga.
Formula djelitelja napona
U gornjoj formuli, V(x) predstavlja napon, i R(x) jednak je otporu koji stvara taj napon. Simbol RT označava ukupni serijski otpor otpornika, a VS je napon napajanja.
Formula djelitelja napona
Razmotrite donji krug kako biste pronašli izlazni napon kruga preko R2 pomoću pravila djelitelja napona.
U ovom krugu, V u označava napon napajanja. To je struja koja teče kroz krug. Ova struja teče u oba smjera.
Razmotrimo U R1 i U R2 biti pad napona od R 1 i R 2 . Kako su dati otpornici spojeni u seriju, ulazni napon V U kruga bit će jednak zbroju svih pojedinačnih napona koji padaju na svaki otpornik.
Za izračun pojedinačnog pada napona na svakom otporniku upotrijebite jednadžbu Ohmovog zakona:
Slično, za otpornik R 2
Sa slike možemo vidjeti da je napon na R 2 je V VAN . Ovaj izlazni napon može se dati kao:
Iz gornje jednadžbe možemo izračunati ulazni napon V U .
Za izračunavanje ukupne struje u smislu V van napon, koristite gornji V van jednadžba.
Dakle, V van jednadžba će postati:
Sada razmotrite višestruki krug razdjelnika napona koji sadrži višestruke izlaze preko otpornika.
Izlazna jednadžba će postati:
Ovdje, u gornjoj jednadžbi, U x je izlazni napon.
R x je zbroj svih otpornika spojenih u krug.
Moguće vrijednosti R x su:
Ako U označava napon napajanja. Tada su mogući izlazni naponi dati kao:
Iz gornjih jednadžbi možemo zaključiti da je napon pao na otpornicima koji su spojeni u seriju proporcionalan vrijednosti ili veličini otpornika. Prema Kirchhoffovom naponskom zakonu, napon koji pada na svim danim otpornicima mora biti jednak ulaznom naponu izvora.
Pad napona otpornika možete pronaći pomoću formule djelitelja napona.
Primjer razdjelnika napona
Razmotrite krug razdjelnika napona s tri otpornika u nizu, koji proizvode dva izlazna napona iz a 240 V Opskrba. Vrijednosti otpora su sljedeće:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Ekvivalentni otpor kruga izračunava se kao:
Sada se dva izlazna napona određuju na sljedeći način:
Struja u krugu dana je sa:
Stoga su padovi napona na svakom otporniku sljedeći:
Zaključak
Razdjelnik napona osnovni je pasivni krug koji se koristi u elektronici. Ovaj sklop može smanjiti izlazni napon u odnosu na ulazni napon. Ovo smanjenje napona možete postići serijskim spajanjem više otpornika. Vrijednost otpora ovisi o vrijednosti pada napona koju želite postići. Ovi će otpornici stvoriti fiksni udio napona određen omjerima otpornika.
Otpornici su važni elementi kruga jer mogu ograničiti napon kruga prema Ohmovom zakonu. Otpornici u seriji imaju konstantnu struju kroz svaki otpornik. Možete izračunati i održavati konstantan napon dok projektirate elektroničke sklopove uz pomoć formule djelitelja napona.