电位器分压

课程标准： GCSE, A-level, IB B.5

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实验目的

用电位器获得可调电压，并观察负载怎样改变分压器的输出。

实验装置

一个 10 V 电压源接在 1 kΩ 电位器两端的接线柱上；旋钮位于中间位置。电压表接在滑动触点与负极之间。一个 1 kΩ 负载通过一个开关接到输出端，开关是断开的。

实验步骤

1. 记下电压表的示数。
2. 把电位器的旋钮先朝一个方向转到底，再朝另一个方向转到底。
3. 把旋钮转回中间位置，闭合负载开关。
4. 记下有负载时电压表的示数。

预期结果

在中间位置，输出电压约为 5.00 V。转动旋钮可使它在 0 到 10 V 之间变化：顺时针转动时，滑动触点向与电压源正极相连的接线柱移动，电压升高。接上 1 kΩ 负载后，输出电压降到约 4.0 V：负载对电位器的下半部分起了分流作用。

问题

1. 为什么接上负载后分压器的电压会降低？
2. 负载要多大，电压的下降才会小于 1%？

答案

1. 负载与电位器的下半部分并联，500 Ω 与 1 kΩ 并联约为 333 Ω。分压器的下半部分现在的电阻比上面的 500 Ω 小，在 10 V 中分得的份额也更小：10 V × 333 / 833 ≈ 4.0 V。
2. 从输出端看，处于中间位置的分压器相当于一个 5 V 的电压源，其输出电阻 \(R_{out}\) = 250 Ω，即两个 500 Ω 的半部分并联。输出电压下降的比例为 \(R_{out} / (R_{out} + R_L)\)，所以要使下降小于 1%，负载 \(R_L\) 必须大于 99 × 250 Ω ≈ 25 kΩ，是电位器电阻的 25 倍。