Dzielnik napięcia z potencjometrem

Podstawy programowe: GCSE, A-level, IB B.5

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Uzyskać regulowane napięcie z potencjometru i zobaczyć, jak obciążenie zmienia napięcie wyjściowe dzielnika.

Układ

Źródło 10 V jest podłączone do skrajnych zacisków potencjometru 1 kΩ; pokrętło jest w położeniu środkowym. Woltomierz jest włączony między ślizgacz a biegun ujemny. Do wyjścia jest podłączone przez wyłącznik obciążenie 1 kΩ; wyłącznik jest rozwarty.

Przebieg doświadczenia

1. Zanotować wskazanie woltomierza.
2. Obrócić pokrętło potencjometru do końca w jedną stronę, a potem w drugą.
3. Ustawić pokrętło z powrotem w położeniu środkowym i zamknąć wyłącznik obciążenia.
4. Zanotować wskazanie woltomierza pod obciążeniem.

Oczekiwany wynik

W położeniu środkowym napięcie wyjściowe wynosi około 5,00 V. Obracanie pokrętła zmienia je od 0 do 10 V: przy obrocie zgodnie z ruchem wskazówek zegara ślizgacz przesuwa się w stronę zacisku połączonego z biegunem dodatnim źródła i napięcie rośnie. Przy obciążeniu 1 kΩ napięcie wyjściowe spada do około 4,0 V: obciążenie bocznikuje dolną połowę potencjometru.

Pytania

1. Dlaczego napięcie dzielnika maleje pod obciążeniem?
2. Jakie musi być obciążenie, aby spadek napięcia był mniejszy niż 1%?

Odpowiedzi

1. Obciążenie jest połączone równolegle z dolną połową potencjometru, a 500 Ω równolegle z 1 kΩ daje około 333 Ω. Dolna część dzielnika ma teraz mniejszy opór niż górne 500 Ω i dostaje mniejszą część z 10 V: 10 V × 333 / 833 ≈ 4,0 V.
2. Widziany od strony wyjścia dzielnik w położeniu środkowym działa jak źródło 5 V o oporze wyjściowym \(R_{out}\) = 250 Ω, czyli oporze dwóch połówek po 500 Ω połączonych równolegle. Napięcie wyjściowe spada o ułamek \(R_{out} / (R_{out} + R_L)\), więc aby spadek był mniejszy niż 1%, obciążenie \(R_L\) musi mieć więcej niż 99 × 250 Ω ≈ 25 kΩ, czyli 25 razy więcej niż opór potencjometru.