Mõõtühikut, mida saame kasutada mis tahes punkti potentsiaalse erinevuse mõõtmiseks, nimetatakse a Volt . Volt on potentsiaalide erinevus, mida rakendatakse 1 oomi takistusele ja selle tulemuseks on elektrivoolu voog kõrgemast klemmist alumisse klemmi.
Potentsiaalsed erinevused voolavad alati kõrgemast potentsiaalsest väärtusest madalamale potentsiaalsele väärtusele. Samuti võime määratleda 1 V kui potentsiaali, kui 1 Ampere voolu korrutatakse 1 oomi takistusega. Potentsiaalide erinevuse kirjeldamiseks kasutatakse oomi seaduse valemit, mis on võrdne V = IxR .
Ohmi seaduse kohaselt suureneb lineaarahelate vool potentsiaalide erinevuse suurenedes. Ahel, millel on suur potentsiaalide erinevus mis tahes kahe punkti vahel, põhjustab rohkem voolu läbi nende kahe ahela punkti.
Näiteks võtke arvesse 10 Ω takistit ja selle ühes otsas rakendatav pinge on 8 V. Samamoodi on selle teise otsa pinge 5 V. Seega saame takisti klemmile 3V (8V-5V) potentsiaalivahe. Takisti voolu leidmiseks saame kasutada Ohmi seadust. Selle vooluahela vool oleks 0,3A.
Kui tõstame pinge 8V pealt 40V peale, siis takisti potentsiaalide vahe muutub 40V – 5V = 35V. Selle tulemuseks on 3,5A voolust. Kui takisti potentsiaalide erinevus suureneb, suurendab see ka voolu.
Ahela mis tahes punkti pinge mõõtmiseks peame seda võrdlema ühise võrdluspunktiga. Tavaliselt kasutame potentsiaali erinevuse mõõtmiseks ahelas võrdluspunktina 0 V või maandustihvti.
Kiire ülevaade
- Mis on potentsiaalne erinevus
- Võimalike erinevuste näide
- Pingejaoturi võrk
- Pingejaguri valem
- Pingejaguri näide
- Järeldus
Mis on potentsiaalne erinevus
Potentsiaalne erinevus, tuntud ka kui pinge, on elektrienergia põhikontseptsioon. Põhimõtteliselt kirjeldab see elektrilise potentsiaalse energia erinevust elektriahela kahe punkti vahel. Kahe punkti potentsiaali erinevus põhjustab laengu liikumise kõrgemast potentsiaalpunktist madalamasse. Selle tulemuseks on elektrivoolu vool. Mõõdame potentsiaalide erinevust voltides (V) ja see on kriitiline tegur, mis määrab, kuidas elekter ahelas käitub ja kuidas elektriseadmed töötavad.
Võimalike erinevuste näide
Pildil on takisti ühes otsas rakendatav potentsiaal 10 V. Takisti teise otsa potentsiaal on 5 V.
Takisti otsa potentsiaali erinevuse arvutamiseks lahutage kõrgem potentsiaal madalamast:
Takisti arvutatud potentsiaalide erinevus on 5 V.
Takisti vool on võrdeline rakendatud potentsiaaliga. Kui kahe punkti potentsiaalide erinevus on suurem, näete suurt voolu.
Voolu leidmiseks kasutage Ohmi seadust.
Nüüd suurendage potentsiaali 10 V-lt 20 V-le takisti ühes otsas ja 5 V-lt 10 V-le teises otsas. Potentsiaalide vahe muutub 10 V. Ohmi seaduse järgi leiad takistit läbiva voolu, mis on 8 amprit.
Elektrilaeng põhjustab elektrivoolu voolamist. Kuid potentsiaal ei liigu füüsiliselt ega voola. Potentsiaali rakendatakse ahela mis tahes kahes konkreetses punktis.
Ahela kogupinge leidmiseks peame liitma kõik jadaahela ühendatud pinged. See tähendab, et kui teil on takistid (IN 1 , IN 2 ja IN 3 ) jadamisi ühendatud, peate lihtsalt nende pinged kokku liitma, et leida kogupinge:
Teisest küljest, kui ühendate takistid paralleelselt, jääb iga takisti või elemendi pinge samaks. Paralleelselt on iga takisti pinge võrdne ja seda saab väljendada järgmiselt:
Pingejaoturi võrk
Me teame, et kui ühendame potentsiaalse erinevusega järjest mitu takistit, tekib uus pingejaguri ahel tekib. See ahel jagab toitepinge takistite vahel kindlas vahekorras. Iga takisti saab oma takistuse suhtes osa pingest.
See pingejaguri vooluahela põhimõte kehtib ainult järjestikku ühendatud takistite puhul. Kui ühendame takistid paralleelselt, on tulemuseks täiesti erinev seadistus, mida nimetatakse a praegune jaotusvõrk.
Pingejaotus
Antud ahel selgitab pingejaguri ahela põhikontseptsiooni. Selles vooluringis on erinevad takistid järjestikku. Nimetatud seerias on 4 takistit R 1 , R 2 , R 3 , ja R 4 . Kõigil neil takistitel on ühine võrdluspunkt, mis on võrdne nullvoldiga või maandusega.
Kui ühendate takistid järjestikku, toitepinge (IN S ) on jaotatud iga takisti vahel. Näete, et iga takisti langetab teatud pingeid. See tähendab, et iga takisti saab osa kogupingest.
Järgmisena kasutage selle vooluringi väljendamiseks Ohmi seadust. Ohmi seaduse definitsiooni kohaselt on takistite seeriat läbiv vool (I) võrdne toitepingega (IN S ) jagatud kogutakistusega (R T ).
Ohmi seaduse matemaatiline avaldis on antud kujul
Nüüd kasutage Ohmi seadust ja lihtsalt korrutage vool (mina) vastupanuga (R) iga takisti väärtus.
Kus IN tähistab pingelangust.
Pärast takistite seeriat ühest punktist teise liikumist suureneb pinge igas punktis pingelanguste summeerimisel. Kõik üksikud pingelangu summad on võrdsed ahela sisendpingega (IN S ) .
Konkreetse punkti pinge leidmiseks ei ole vaja leida vooluahela koguvoolu. Pingelanguse arvutamiseks mis tahes punktis saate kasutada lihtsat valemit, võttes arvesse takisti takistust ja seda läbivat voolu. See lihtsustab ahela analüüsi ja aitab mõista, kuidas pinge ahelas jaotub.
Pingejaguri valem
Ülaltoodud valemis V(x) tähistab pinget ja R(x) on võrdne selle pinge tekitatud takistusega. Sümbol RT tähistab takistite kogutakistust ja VS on toitepinge.
Pingejaguri valem
Mõelge allolevale vooluringile, et leida pingejaguri reegli abil vooluringi väljundpinge üle R2.
Selles vooluringis on V sisse tähistab toitepinget. See on vooluahelat läbiv vool. See vool liigub mõlemas suunas.
Arvestame IN R1 ja IN R2 olema pingelang R 1 ja R 2 . Kuna antud takistid on ühendatud järjestikku, siis sisendpinge V IN vooluahela pinge summa on võrdne iga üksiku pinge summaga, mis langeb igale takistile.
Iga takisti individuaalse pingelanguse arvutamiseks kasutage Ohmi seaduse võrrandit:
Samamoodi takisti jaoks R 2
Pildilt näeme, et pinge üle R 2 on V VÄLJAS . Selle väljundpinge võib esitada järgmiselt:
Ülaltoodud võrrandist saame arvutada sisendpinge V IN .
Koguvoolu arvutamiseks V-des välja pinge, kasutage ülaltoodud V välja võrrand.
Nii et V välja võrrand muutub:
Nüüd kaaluge mitme pingejaguri ahelat, mis sisaldab mitut väljundit takistite vahel.
Väljundvõrrand muutub:
Siin, ülaltoodud võrrandis, IN X on väljundpinge.
R X on kõigi ahelasse ühendatud takistite summa.
Võimalikud väärtused R X on:
Kui IN tähistab toitepinget. Seejärel antakse võimalikud väljundpinged järgmiselt:
Ülaltoodud võrranditest võime järeldada, et pingelangus järjestikku ühendatud takistitel on võrdeline takisti väärtuse või suurusega. Vastavalt Kirchhoffi pingeseadusele peab kõigi antud takistite langev pinge olema võrdne allika sisendpingega.
Nii saate takistite pingelanguse leida pingejaguri valemi abil.
Pingejaguri näide
Vaatleme pingejaoturi ahelat kolme järjestikku ühendatud takistiga, mis toodavad kaks väljundpinget alates a 240 V pakkumine. Takistuse väärtused on järgmised:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
Ahela ekvivalenttakistus arvutatakse järgmiselt:
Nüüd määratakse kaks väljundpinget järgmiselt:
Voolu vooluahelas annab:
Seetõttu on iga takisti pingelangused järgmised:
Järeldus
Pingejagur on elektroonikas kasutatav põhiline passiivne vooluahel. See ahel võib vähendada väljundpinget võrreldes sisendpingega. Selle pinge vähenemise saate saavutada pärast mitme takistuse järjestikku ühendamist. Takistuse väärtus sõltub pingelanguse väärtusest, mida soovite saavutada. Need takistid loovad fikseeritud pingefraktsiooni, mille määravad takistite suhted.
Takistid on olulised vooluahela elemendid, kuna need võivad Ohmi seaduse kohaselt piirata vooluahela pinget. Järjestikku ühendatud takistitel on iga takisti kaudu konstantne vool. Pingejaguri valemi abil saate arvutada ja hoida püsivat pinget elektroonikaahelate projekteerimisel.