مقسّم الجهد بالبوتنشيومتر

المناهج: GCSE, A-level, IB B.5

فتح المختبر الكامل ↗

الهدف

الحصول على جهد قابل للضبط من بوتنشيومتر، ومشاهدة كيف يغيّر الحمل خرج المقسّم.

التجهيز

مصدر 10 V موصول بالطرفين الخارجيين لبوتنشيومتر 1 kΩ؛ والمقبض في الوضع الأوسط. الفولتميتر بين المنزلق والطرف السالب. وحمل 1 kΩ موصول بالخرج عبر مفتاح مفتوح.

خطوات العمل

1. سجّل قراءة الفولتميتر.
2. أدر مقبض البوتنشيومتر إلى أقصاه في اتجاه، ثم في الاتجاه الآخر.
3. أعد المقبض إلى الوضع الأوسط وأغلق مفتاح الحمل.
4. سجّل قراءة الفولتميتر تحت الحمل.

النتيجة المتوقعة

في الوضع الأوسط يكون الخرج نحو 5.00 V. يغيّره تدوير المقبض من 0 إلى 10 V: باتجاه عقارب الساعة يتحرك المنزلق نحو الطرف الموصول بالطرف الموجب للمصدر، فيرتفع الجهد. تحت حمل 1 kΩ ينخفض الخرج إلى نحو 4.0 V: فالحمل موصول على التوازي مع النصف السفلي للبوتنشيومتر.

الأسئلة

1. لماذا ينخفض جهد المقسّم تحت الحمل؟
2. كم يجب أن يكون الحمل كي يقل الانخفاض عن 1%؟

الإجابات

1. الحمل موصول على التوازي مع النصف السفلي للبوتنشيومتر، و500 Ω على التوازي مع 1 kΩ تعطي نحو 333 Ω. صارت مقاومة الجزء السفلي من المقسّم أقل من مقاومة الجزء العلوي 500 Ω، فيحصل على حصة أصغر من 10 V: 10 V × 333 / 833 ≈ 4.0 V.
2. من جهة الخرج، يعمل المقسّم في الوضع الأوسط كمصدر 5 V بمقاومة خرج \(R_{out}\) = 250 Ω، وهي النصفان 500 Ω على التوازي. ينخفض الخرج بالنسبة \(R_{out} / (R_{out} + R_L)\)، فلكي يقل الانخفاض عن 1% يجب أن يكون الحمل \(R_L\) أكبر من 99 × 250 Ω ≈ 25 kΩ، أي 25 ضعف مقاومة البوتنشيومتر.