Делители напряжения

Зная сопротивления каждого из резисторов, мы можем вычислить общее сопротивление цепи (которое для последовательной цепи будет равно сумме отдельных сопротивлений):

Теперь, используя закон Ома (I = U/R), определяем общую силу тока, которая будет одинакова на всех компонентах нашей последовательной цепи:

И наконец, зная общую силу тока (2 миллиампера), давайте рассчитаем напряжение на каждом из резисторов:

Из этой таблицы видно, что напряжения на резисторах пропорциональны их сопротивлениям (учитывая, что сила тока через все резисторы одинакова). Заметьте, напряжение на резисторе R₂ в два раза больше напряжения на резисторе R₁, так же как и сопротивление R₂ в два раза больше сопротивления R₁.

Если мы изменим общее напряжение цепи, то увидим, что эта пропорциональность сохранится:

Несмотря на увеличение напряжение источника питания, напряжение на резисторе R2 по прежнему в два раза больше напряжения на резисторе R1.

Произведя несколько подобных наблюдений становится очевидным, что напряжение на каждом из резисторов составляет фиксированную пропорцию от общего напряжения. Например, при напряжении батареи 45 вольт, напряжение на резисторе R₁ составляло 10 вольт. Когда напряжение батареи было увеличено до 180 вольт (в 4 раза), напряжение на резисторе R1 так же увеличилось в 4 раза (с 10 до 40 вольт). Как видите, соотношение между напряжением на резисторе R₁ и общим напряжением не изменилось:

Соотношения других напряжений с увеличением напряжения питания так же не изменятся:

Из за способности последовательной цепи пропорционально распределять общее напряжение по резистивным компонентам, ее часто называют делителем напряжения. Немного поколдовав с математикой, можно получить формулу для определения напряжения на любом резисторе, имея только значения сопротивлений отдельных резисторов, общего напряжения и общего сопротивления:

Полученная нами формула известна как формула делителя напряжения, с ее помощью легче рассчитывать напряжения последовательной цепи, чем производить аналогичные расчеты с использованием закона Ома.

Используя эту формулу можно повторно проанализировать приведенную выше схему, и определить ее напряжения произведя меньшее количество действий:

Делители напряжения нашли широкое применение в схемах измерительных приборов, где определенные комбинации соединенных последовательно резисторов используются для "деления" напряжения на нужные пропорции, необходимые для измерения разных величин того же напряжения.

Одним из устройств, часто используемых в качестве делителя напряжения, является потенциометр. Потенциометр представляет собой проводник с большим омическим сопротивлением (резистор), снабженный скользящим контактом:

Условное обозначение потенциометра представляет собой вертикальный символ резистора с примыкающей к нему стрелкой - скользящим контактом. Если скользящий контакт переместить ближе к контакту 1, то сопротивление между ними будет меньше, чем сопротивление между скользящим контактом и контактом 2. Если скользящий контакт переместить ближе к контакту 2, то эффект будет противоположным. Сопротивление между контактами 1 и 2 будет постоянным, независимо от положения скользящего контакта:

На рисунке ниже показана конструкция двух типов потенциометров, роторного и линейного:

Некоторые линейные потенциометры приводятся в действие посредством прямолинейного движения рычага или слайд-кнопки. Другие, как тот, который изображен на рисунке - посредством отвертки, для более точной настройки. Такие потенциометры называют еще "подстроечными". Следует отметить, что не у всех линейных потенциометров назначение выводов соответствует показанным на рисунке. У некоторых, вывод скользящего контакта находится посередине, между выводами конечных контактов.

На следующей фотографии изображен реальный ротационный потенциометр с открытыми для просмотра скользящим контактом и резистивным элементом. Рукоятка этого потенциометра повернута таким образом, что его скользящий контакт почти касается левого вывода резистивного элемента:

А здесь показан тот же самый потенциометр, но его скользящий контакт повернут против часовой стрелки в другую сторону:

Если постоянное напряжение приложить к контактам резистивного элемента потенциометра, то скользящий контакт выступит в роли своеобразного "крана", с помощью которого можно регулировать величину этого напряжения на выходе прибора:

По аналогии с фиксированным делителем напряжения, пропорциональность деленного потенциометром напряжения является исключительно функцией сопротивления, а не приложенного напряжения. Иными словами, если ручкой потенциометра установить его скользящий контакт строго посередине резистивного элемента, то на выходе мы получим ровно половину от приложенного напряжения, независимо от его величины. Можно сказать, что потенциометр функционирует как регулируемый делитель напряжения, в котором пропорциональность деленного напряжения устанавливается положением скользящего контакта.

Такая функция потенциометра очень полезна для получения регулируемого напряжения от фиксированного источника, например батареи. Если собранная вами схема требует напряжение, которое меньше напряжения имеющейся батареи, то вы можете подключить к этой батарее выводы резистивного элемента потенциометра, и  ручкой "выставить" нужное напряжение между скользящим контактом и одним из конечных контактов:

Такое применение потенциометра при проектировании электрических схем пользуется большой популярностью.

На следующей фотографии показаны небольшие потенциометры, которые обычно применяются в бытовых электроприборах и различных радиолюбительских схемах:

Самый левый и самый правый потенциометры могут устанавливаться непосредственно на макетную или печатную плату. Средние устройства предназначены для установки на плоскую панель, со схемой они соединяются при помощи проводов.

Ниже показаны специализированные потенциометры: