Warto przeczytać

Jednym z najczęściej używanych obwodów elektrycznych jest dzielnik napięcia. Jest to układ zasilany pewnym źródłem napięcia o wartości UIndeks dolny we_we („we” od „wejściowe”), który na wyjściu daje inne napięcie UIndeks dolny wy_wy („wy” od „wyjściowe”). Napięcie wyjściowe zależy od wartości oporników RIndeks dolny 1₁ i RIndeks dolny 2₂, z których jest zbudowany dzielnik. Jego schemat znajduje się na Rys. 1.

R1GLhrGHXfR8R

Rys.1. Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczny jest schemat dzielnika napięcia. Schemat narysowany jest czarnymi liniami w formie pionowego prostokąta. Na lewej krawędzi prostokąta widoczny jest symbol źródła napięcia. Symbol źródła napięcia widoczny jest w postaci dwóch czarnych, równoległych do siebie odcinków, jeden na drugim. Górny odcinek jest dłuższy a dolny krótszy. Dłuższy i górny odcinek oznacza, że znajduje się tam wyższy potencjał elektryczny. Krótszy i dolny odcinek oznacza, że znajduje się tam niższy potencjał elektryczny. Źródło napięcia podpisano wielką literą U z indeksem dolnym małymi literami we. Można to rozumieć również jako napięcie wejściowe. W zaprezentowanym układzie kierunek przepływu prądu jest zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Na prawej krawędzi schematu widoczne są dwa połączone szeregowo rezystory widoczne w postaci pionowych prostokątów o czarnych krawędziach i szarych wypełnieniach. Obok symboli rezystorów, po lewej stronie widoczne są ich opory. Opór górnego rezystora opisano wielką literą R z indeksem dolnym jeden a dolnego wielką literą R z indeksem dolnym dwa. Z prawej krawędzi schematu wychodzą dwa poziome i czarne odcinki w prawą stronę. Jeden z nich wychodzi z punktu w połowie odległości pomiędzy rezystorami a drugi z prawego i dolnego rogu schematu układu. Pomiędzy tymi odcinkami mierzone jest napięcie wyjściowe wielka litera U z indeksem dolnym małymi literami wy.

Po bokach opornika RIndeks dolny 2₂ narysowane są odcinki zakończone małymi kółeczkami. Oznaczają one wyprowadzenia, do których można podłączyć inny element lub układ. To właśnie jest wyjście dzielnika napięcia.

Przeanalizujmy, co dzieje się w tym obwodzie, gdy nic nie jest podłączone do wyjściowych wyprowadzeń. Opór wypadkowy podłączony do źródła napięcia to $R_1+R_2$, bo oporniki są połączone szeregowo. Stąd w obwodzie płynie prąd o natężeniu:

Napięcie na wyjściu to napięcie na oporniku RIndeks dolny 2₂ . Obliczymy je zatem z prawa Ohma:

Łącząc te dwa wzory otrzymujemy:

Zatem napięcie na wyjściu jest takim ułamkiem napięcia na wejściu, jaką część wartości RIndeks dolny 1₁ + RIndeks dolny 2₂ stanowi wartość RIndeks dolny 2₂. Przykładowo możemy mieć UIndeks dolny wy_wy = 10 V, a RIndeks dolny 1₁ = 100 Ωomega i RIndeks dolny 2₂ = 900 Ωomega . W tej sytuacji RIndeks dolny 2₂ stanowić będzie 90% oporu wypadkowego. Stąd napięcie na wyjściu będzie stanowić 90% napięcia na wejściu, czyli otrzymamy tam 9 V. Napięcie wejściowe dzieli się na oba oporniki i odkłada proporcjonalnie do ich oporów.

Dzielnik napięcia stosuje się np. w układzie do pomiaru temperatury. Jako czujnik temperatury zastosujemy termistortermistortermistor. Jest to opornik, którego opór silnie zależy od temperatury. Jeśli będziemy w stanie zmierzyć opór termistoratermistortermistora, będziemy mogli stwierdzić, w jakiej znajduje się on temperaturze, korzystając z odpowiedniego wykresu lub tabeli dostępnej w dokumentacji technicznej tego termistoratermistortermistora. Tylko jak zmierzyć opór? Użycie omomierzaomomierzomomierza nie jest takie proste. Zamiast tego zastosujemy obwód, którego schemat znajduje się na Rys. 2.

RmAAF6uuZaEZe

Rys. 2. narysowany jest czarnymi liniami w formie pionowego prostokąta. Na lewej krawędzi prostokąta widoczny jest symbol źródła napięcia. Symbol źródła napięcia widoczny jest w postaci dwóch czarnych, równoległych do siebie odcinków, jeden na drugim. Górny odcinek jest dłuższy a dolny krótszy. Dłuższy i górny odcinek oznacza, że znajduje się tam wyższy potencjał elektryczny. Krótszy i dolny odcinek oznacza, że znajduje się tam niższy potencjał elektryczny. Źródło napięcia podpisano wielką literą U z indeksem dolnym małymi literami we. Można to rozumieć również jako napięcie wejściowe. W zaprezentowanym układzie kierunek przepływu prądu jest zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Na prawej krawędzi schematu widoczne są dwa połączone szeregowo rezystory widoczne w postaci pionowych prostokątów o czarnych krawędziach i szarych wypełnieniach. Obok symboli rezystorów, po lewej stronie widoczne są ich opory. Opór górnego rezystora opisano wielką literą R z indeksem dolnym jeden a dolnego wielką literą R z indeksem dolnym wielka litera T. Symbol dolnego rezystora wielka litera R z indeksem dolnym wielka litera T jest przekreślony czarną linią biegnącą z kierunku lewego i górnego do prawego i dolnego. Z prawego końca odcinka przekreślającego symbol rezystora wielka litera R z indeksem dolnym wielka litera T wychodzi krótki czarny odcinek skierowany pionowo w dół. Rezystor wielka litera R z indeksem dolnym wielka litera T nazywany jest termistorem czyli opornikiem, którego wartość oporu zależy od temperatury. Do termistora podłączony jest równolegle z prawej strony woltomierz widoczny w postaci okręgu o czarnej krawędzi i ciemnoniebieskim wypełnieniu. W środku okręgu widoczna jest wielka litera V. Woltomierz mierzy napięcie wyjściowe wielka litera U z indeksem dolnym małymi literami wy.

Opornik z „poprzeczką”, oznaczony RIndeks dolny T_T to właśnie termistortermistortermistor. Wraz z drugim opornikiem o znanym oporze RIndeks dolny 1₁ , wchodzi on w skład dzielnika napięcia. Układ zasilany jest znanym napięciem UIndeks dolny we_we. Napięcie wyjściowe UIndeks dolny wy_wy mierzy zaś woltomierz. Jeśli pod wpływem zmiany temperatury opór termistoratermistortermistora spadnie, zmniejszy się też napięcie mierzone przez woltomierz. Podobnie, jeśli opór termistoratermistortermistora wzrośnie, napięcie na wyjściu wzrośnie. Korzystając ze wskazania woltomierza, można obliczyć opór termistoratermistortermistora. Zastosujmy wzór dzielnika napięcia do naszego obwodu:

Możesz teraz wnieść sprzeciw, ponieważ powyższy wzór ma zastosowanie, gdy nic nie jest podłączone do wyjścia. Jednak teraz jest tam woltomierz. Wzór można jednak bezpiecznie zastosować, ponieważ woltomierz ma o wiele większy opór niż oporniki dzielnika. W związku z tym, opór termistoratermistortermistora z równolegle dołączonym woltomierzem będzie w przybliżeniu równy oporowi samego termistoratermistortermistora.

Jako ćwiczenie, możesz sprawdzić, że po przekształceniu otrzymamy następujący wzór na RIndeks dolny T_T :

Posiadamy wszystkie dane po prawej stronie, więc możemy obliczyć opór termistoratermistortermistora i odczytać odpowiadającą mu temperaturę. Możemy też zbudować specjalny układ z mikroprocesorem, który będzie mierzył napięcie, automatycznie konwertował je na temperaturę i wyświetlał wynik na wyświetlaczu. Fantastycznie!

Spójrzmy teraz na inny obwód. Jeśli podłączymy głośnik do źródła sygnału audio, ten zacznie grać. Taki obwód jest przedstawiony na Rys. 3.

R19bjdwVSNsfs

Rys. 3. Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczny jest schemat podłączenia głośnika do źródła sygnału audio. Schemat narysowany jest czarnymi liniami. Schemat widoczny jest w postaci pionowego prostokąta bez lewej krawędzi. Na prawej krawędzi schematu widoczny jest symbol głośnika skierowanego w prawą stronę. Do lewych końców dolnej i górnej krawędzi schematu podłączone jest źródła sygnału audio.

Wygodnie byłoby mieć jednak pod ręką pokrętło głośności, a także wyłącznik. Spójrzmy zatem na układ na Rys. 4.

R1U4OR0LPkpNE

Rys. 4. Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczny jest schemat podłączenia głośnika do źródła sygnału audio przez potencjometr. Schemat narysowany jest czarnymi liniami. Schemat widoczny jest w postaci pionowego prostokąta bez lewej krawędzi. Na lewej prawej krawędzi schematu widoczny jest symbol potencjometru w postaci pionowego i szarego prostokąta o czarnych krawędziach. Symbol głośnika skierowanego w prawą stronę widoczny jest na prawej krawędzi mniejszego pionowego prostokąta. Obwód na którym znajduje się symbol głośnika jest podłączony do układu głównego w prawym i dolnym roku oraz do potencjometru z prawej strony. Górne krawędź obwodu na którym widoczny jest symbol głośnika zakończona jest grotem strzałki wskazującym na potencjometr. Do lewych końców dolnej i górnej krawędzi schematu podłączone jest źródła sygnału audio.

Po lewej stronie znajduje się wyłącznik. Jest to zamknięty w obudowie, zwyczajny fragment przewodnika, który jest rozłączany lub złączany, gdy użytkownik naciska przycisk. Jeśli więc wciśniemy nasz wyłącznik, obwód zostanie przerwany, a napięcie na głośniku spadnie do zera i przestanie on grać.

Głośnik jest podłączony do źródła przez potencjometrpotencjometrpotencjometr. PotencjometrpotencjometrPotencjometr to opornik o regulowanym oporze. Posiada on trzy wyprowadzenia (Rys. 5.), które oznaczono jako A, B i C. Wewnątrz potencjometrupotencjometrpotencjometru wyprowadzenia A i B podłączone są do końców przewodnika o znanym, stałym oporze, np. 100 Ωomega. Wyprowadzenie C połączone jest ze ślizgaczem, który może przesuwać się wzdłuż tego przewodnika, gdy np. poruszamy pokrętłem. Jeśli ustawimy ślizgacz na jednym końcu przewodnika, będzie on bezpośrednio w kontakcie z wyprowadzeniem A, zatem opór między A i C będzie wynosić zero, a między B i C – 100 Ωomega. Gdy ustawimy ślizgacz na drugim końcu przewodnika, będzie on bezpośrednio w kontakcie z wyprowadzeniem B, zatem opór między A i C będzie wynosić 100 Ωomega, a między B i C – zero. Gdy z kolei ustawimy ślizgacz w połowie przewodnika, opór między A i C oraz opór między B i C będą wynosić po 50 Ωomega.

R1cUSr5cB65vO

Rys. 5. Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczny jest symbol potencjometru. Potencjometr jest to rezystor o regulowanym oporze. Widoczny jest on w postaci pionowego prostokąta o czarnych krawędziach i szarym wypełnieniu. Do górnej i dolnej krawędzi potencjometru podłączone są dwa przewody widoczne w postaci pionowych i czarnych odcinków. Górne wyjście potencjometru podpisane jest wielką literą A. Dolne wyjście potencjometru podpisane jest wielką literą B. Z prawej strony potencjometru widoczna jest czarna i pozioma strzałka skierowana w lewo i wskazująca na potencjometr. Jest to trzecie wyjście tego elementu elektronicznego podpisane wielką literą C.

Można spojrzeć na to więc w ten sposób, że nasz głośnik jest podłączony do wyjścia dzielnika napięcia. W tym dzielniku opornikami są części przewodnika potencjometrupotencjometrpotencjometru między wyprowadzeniami A i C oraz B i C . Poruszając pokrętłem, regulujemy stosunek oporu między B i C do całkowitego oporu potencjometrupotencjometrpotencjometru. To powoduje, że zwiększamy lub zmniejszamy napięcie na wyjściu i stąd zwiększa się lub zmniejsza głośność dźwięku. Układ więc działa i teraz mamy już wszystko pod ręką!

Słowniczek

RgJKSfiW8PpUm

Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczny jest symbol potencjometru. Potencjometr jest to rezystor o regulowanym oporze. Widoczny jest on w postaci pionowego prostokąta o czarnych krawędziach i szarym wypełnieniu. Do górnej i dolnej krawędzi potencjometru podłączone są dwa przewody widoczne w postaci pionowych i czarnych odcinków. Górne wyjście potencjometru podpisane jest wielką literą A. Dolne wyjście potencjometru podpisane jest wielką literą B. Z prawej strony potencjometru widoczna jest czarna i pozioma strzałka skierowana w lewo i wskazująca na potencjometr. Jest to trzecie wyjście tego elementu elektronicznego podpisane wielką literą C.