Делитель напряжения на потенциометре

Программы: GCSE, A-level, IB B.5

Открыть полную версию ↗

Цель

Получить регулируемое напряжение с потенциометра и увидеть, как нагрузка меняет напряжение на выходе делителя.

Установка

Источник 10 В подключён к крайним выводам потенциометра 1 кОм; ручка в среднем положении. Вольтметр подключён между движком и минусом. Нагрузка 1 кОм подключена к выходу через выключатель, который разомкнут.

Ход работы

1. Запишите показание вольтметра.
2. Поверните ручку потенциометра до упора в одну сторону, а затем в другую.
3. Верните ручку в среднее положение и замкните выключатель нагрузки.
4. Запишите показание вольтметра под нагрузкой.

Ожидаемый результат

В среднем положении на выходе около 5,00 В. Поворот ручки меняет напряжение от 0 до 10 В: при повороте по часовой стрелке движок перемещается к выводу, соединённому с плюсом источника, и напряжение растёт. Под нагрузкой 1 кОм напряжение на выходе падает примерно до 4,0 В: нагрузка шунтирует нижнюю половину потенциометра.

Вопросы

1. Почему под нагрузкой напряжение делителя уменьшается?
2. Какой должна быть нагрузка, чтобы напряжение уменьшилось меньше чем на 1%?

Ответы

1. Нагрузка подключена параллельно нижней половине потенциометра, а 500 Ом параллельно с 1 кОм дают около 333 Ом. Теперь сопротивление нижней части делителя меньше, чем верхних 500 Ом, и на неё приходится меньшая доля от 10 В: 10 В × 333 / 833 ≈ 4,0 В.
2. Со стороны выхода делитель в среднем положении ведёт себя как источник 5 В с выходным сопротивлением \(R_{out}\) = 250 Ом — это две половины по 500 Ом, соединённые параллельно. Напряжение на выходе уменьшается на долю \(R_{out} / (R_{out} + R_L)\), поэтому, чтобы оно уменьшилось меньше чем на 1%, сопротивление нагрузки \(R_L\) должно быть больше 99 × 250 Ом ≈ 25 кОм — в 25 раз больше сопротивления потенциометра.