Dzielnik napięcia

Ten artykuł od 2013-02 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł. Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do wiarygodnych źródeł. (Dodanie listy źródeł bibliograficznych lub linków zewnętrznych nie jest wystarczające). Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

Przykład prostego dzielnika napięcia (rezystancyjnego)

Dzielnik napięcia – czwórnik, który zapewnia uzyskanie określonego stosunku pomiędzy napięciem wejściowym a wyjściowym. Dzielniki napięć buduje się z elementów pasywnych (np. rezystory, kondensatory lub cewki)^[1].

Stosunek napięcia wyjściowego ${\displaystyle U_{\text{wy}}}$ do wejściowego ${\displaystyle U_{\text{we}}}$ dzielnika napięcia oznaczamy ${\displaystyle K_{u}}$

${\displaystyle K_{u}={\frac {U_{\text{wy}}}{U_{\text{we}}}}.}$

Dzielnik napięcia rezystancyjny

Napięcie wyjściowe nieobciążonego dzielnika zasilanego jest zawsze mniejsze od napięcia zasilania i zależy tylko od stosunku wartości użytych oporników oraz wartości napięcia wejściowego

${\displaystyle U_{\text{wy}}={\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}}\cdot {R_{1}}.}$

Wynika to z faktu, że natężenie prądu elektrycznego płynącego przez nieobciążony dzielnik napięcia ma wartość taką samą dla obu elementów

${\displaystyle I={\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}},}$

natomiast spadek napięcia na oporniku ${\displaystyle R_{1}}$ wynosi

${\displaystyle U_{\text{wy}}=I\cdot R_{1}.}$

Wyprowadzenie głównego wzoru ${\displaystyle U_{\text{wy}}}$ przy użyciu powyższych informacji można przeprowadzić następująco:

1. ${\displaystyle U=I\cdot R}$

2. ${\displaystyle U_{\text{we}}=I\cdot (R+R_{1})}$

3. ${\displaystyle U_{\text{wy}}=I\cdot R_{1}}$

4. ${\displaystyle I={\frac {U}{R}}}$

5. ${\displaystyle I_{1}={\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}}}$

6. ${\displaystyle I_{2}={\frac {U_{\text{wy}}}{R_{1}}}}$

7. Natężenie jest takie samo, przy założeniu, że dzielnik napięcia nie jest obciążony: ${\displaystyle I_{1}=I_{2}}$

8. ${\displaystyle {\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}}={\frac {U_{\text{wy}}}{R_{1}}}}$

9. ${\displaystyle U_{\text{wy}}=U_{\text{we}}\cdot {\frac {R_{1}}{R+R_{1}}}.}$

Zastosowania dzielnika napięcia

Najczęściej używanym typem dzielnika napięcia jest potencjometr, będący dzielnikiem rezystancyjnym. Jest to specyficzna odmiana dzielnika, w której wartości ${\displaystyle R}$ i ${\displaystyle R_{1}}$ mogą być płynnie regulowane, co można wykorzystać do regulacji napięcia wyjściowego w zależności od prądu obciążenia.

Dzielniki napięcia w postaci potencjometrów są używane w każdym układzie audiofonicznym do regulacji głośności – bowiem opisana powyżej zasada dzielnika napięcia jest wykorzystywana zarówno w potencjometrach analogowych (regulacja płynna), jak i cyfrowych (regulacja skokowa).

Wartości użytych rezystancji mogą być dokładnie zmierzone, czyli napięcie wyjściowe może być również obliczone z dużą dokładnością. Tę właściwość dzielnika napięcia wykorzystuje się do poszerzania zakresu pomiarowego woltomierzy. Woltomierz mierzy napięcie dołączone do jego zacisków. Jeśli mierzone napięcie zostanie podłączone przez dzielnik napięcia wówczas

${\displaystyle U_{\text{woltomierza}}=U_{\text{dzielnika}}=U_{\text{mierzone}}\cdot {\frac {R_{1}}{R+R_{1}}},}$

dlatego też:

${\displaystyle U_{\text{mierzone}}=U_{\text{woltomierza}}\cdot {\frac {R+R_{1}}{R_{1}}}=U_{\text{woltomierza}}\cdot k,}$

gdzie stała ${\displaystyle k}$ jest zawsze większa od jedności (następuje więc poszerzenie zakresu pomiarowego), a jej wartość wynika tylko ze stosunku użytych rezystancji.

Dzielnik napięcia może się składać z więcej niż dwóch elementów połączonych szeregowo. Takie rozwiązanie jest stosowane np. w woltomierzach o zmiennych zakresach pomiarowych. Każde pośrednie napięcie wyjściowe reprezentuje odpowiedni zakres pomiarowy, którego wartość wynika z odpowiednich wartości rezystancji użytych w dzielniku.

Dzielnik napięcia przemiennego

Dzielniki napięcia mogą być także używane w układach prądu i napięcia przemiennego. Niemniej jednak, przy zasilaniu prądem przemiennym należy wziąć pod uwagę przesunięcia fazowe wynikające z występowania możliwych reaktancji pojemnościowych i indukcyjnych w samym dzielniku, jak również i w zasilającym obwodzie.

Najbardziej korzystnym jest używanie dzielnika napięciowego zbudowanego z bezindukcyjnych, bezpojemnościowych rezystorów, niemniej jednak nie zawsze jest to możliwe. Czasami więc stosuje się dzielniki pojemnościowe – zbudowane z dwóch kondensatorów.

Zobacz też

• dzielnik prądu

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Wikibooks – Dzielnik napięcia