Делитель напряжения

Потенциометр и делитель напряжения

В одном из предыдущих уроков, для ограничения тока через светодиод, мы использовали резисторы. Как было тогда отмечено, существует множество резисторов разного номинала и рассчитанных на разную мощность. Но оказывается, кроме обычных резисторов есть и элементы с изменяемым сопротивлением, называемые переменными резисторами.

Обычно, переменные резисторы делают в виде делителя напряжения, и такие элементы называются потенциометрами. Кстати, потенциометры часто называют реостатами, хотя это и не совсем так. Вот так выглядит типичный регулировочный потенциометр.

Потенциометр

Для чего может быть полезен прибор с переменным сопротивлением? Если говорить о чисто переменном резисторе, то он бывает нужен в ситуациях, когда нам требуется регулировать ток в цепи. Возьмем всё тот же светодиод. Если в цепи светодиода мы поставим переменный резистор — потенциометр, скажем, на 20 кОм, то с помощью него мы сможем регулировать яркость свечения.

Потенциометр, светодиод и Ардуино

Соберем эту схему на плате и проверим в действии. В этом макете мы используем потенциометр на плате от RobotClass. К нему удобно подключать провода и втыкать его в макетную плату.

Крутим ручку потенциометра — светодиод светится ярче или тусклее. Кроме самого потенциометра в схеме также можно заметить обычный резистор. Зачем он нужен? Дело в том, что поворачивая ручку потенциометра мы можем менять его сопротивление в диапазоне от 20 кОм до нуля. Получается, что в крайнем положении без дополнительного защитного резистора через светодиод потечет слишком большой ток и он сгорит!

Конечно, мы можем не крутить ручку потенциометра до упора, но разве можно удержаться?:) Лучше поставим дополнительный резистор, который в крайнем положении ручки не даст светодиоду сгореть. Для случая с кроной, подойдет резистор на 1 кОм. Если будем питать схему от Arduino (то есть от 5 Вольт), то можно поставить 200 Ом.

Перед тем, как познакомиться с устройством потенциометра, рассмотрим один из базовых элементов электротехники — резистивный делитель напряжения. Делитель состоит из двух последовательно подключенных резисторов, которые называются верхним и нижним плечом.

резистивный делитель напряжения

Эта несложная схема делит (отсюда и название — делитель ) напряжение, приложенное к контактам на его входе на части пропорционально отношению сопротивлений R1 и R2. Вот так эту зависимость можно выразить формулой:

U1/U2 = R1/R2

В примере, ко входу цепи приложено напряжение 5 Вольт, а сопротивления резисторов делителя равны R1=10кОм и R2=15кОм. При таких условиях, делитель разбил напряжение на две части: V2=2В и V2=3В, соответственно.

А что, если мы захотим поделить напряжение на две равные части? Правильно! Подставим в схему резисторы с равным сопротивлением, например, R1=10кОм и R2=10кОм.

Важно знать, что сопротивление нагрузки на выходе делителя должно быть много больше сопротивлений R1 и R2. Соответственно, и ток, текущий через эту нагрузку должен быть много меньше тока на самом делителе. Именно по этой причине нерационально использовать делитель для питания устройств.

Представим, что нам нужно питать ту же плату Ардуино Уно с несколькими светодиодами от аккумулятора с напряжением 12 Вольт. Для работы подобной схемы потребуется ток около 150 мА. Сопротивление такой нагрузки можно грубо посчитать как Rн = U/I = 5В/0,15А = 33,3Ом. Следовательно, сопротивление плечей делителя должно составлять десятые доли Ома и иметь мощность десятки Ватт. При таких параметрах делитель превращается в нагреватель, преобразующий в тепло огромное количество ценной энергии аккумулятора.

Рассмотрим простой пример. Часто при разработке мобильных устройств на основе микроконтроллера возникает задача измерения напряжения на питающем аккумуляторе. Предположим, что аккумулятор этот имеет напряжение 12 Вольт.

Соберем делитель напряжения, ко входу которого приложим напряжение аккумулятора, а выход подключим к аналоговому входу (АЦП) микроконтроллера. Максимальное напряжение, которое можно подать на АЦП той же Ардуино — 5 Вольт. Как правило входное сопротивление АЦП можно принять бесконечно большим — десятки МОм. .

Таким образом, имеет смысл использовать для делителя резисторы с сопротивлением десятки или сотни кОм. Теперь поделим 12В на две части: 7В и 5В. Подберем что-нибудь из стандартных номиналов, например: 68 кОм и 47 кОм. Такой делитель даст на выходе 4,9 Вольт — вполне подойдет для наших целей.

Наконец, если сложить вместе понятие переменного резистора и делителя напряжения — получим потенциометр! По сути, потенциометр — это делитель напряжения в плечах которого находятся переменные резисторы.

Потенциометр изнутри

Внутри потенциометра находится дугообразная полоска резистивного материала (голубым цветом). К обоим краям этой пластины присоединены контакты А и Б. Номинальное сопротивление потенциометра (которое указано на маркировке) — это как раз сопротивление этой пластины, между контактами А и Б. Ручка потенциометра соединяется с третьим контактом — В, который с одной стороны скользит по поверхности пластины, разделяя её на две части А-В и В-Б.

устройство потенциометра

Получается, что потенциометр — это самый настоящий делитель напряжения, в котором мы можем менять сопротивления плечей R1 и R2, просто поворачивая ручку.

Кстати, в задаче про измерение напряжения аккумулятора, мы могли использовать потенциометр с номиналом от 10 кОм до 100 кОм, предварительно настроив на нем правильное соотношение R1 и R2.

Итог

Потенциометр — это резистивный делитель напряжения с переменными резисторами. Обычно потенциометр применяют для настройки каких-либо параметров устройств, например, подключая его через АЦП к микроконтроллеру. Потенциометр не применяют для понижения питающего напряжения устройств.

0

Изменено:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.