전압 분배기

부품 및 재료

<울>

계산기(또는 계산을 위한 연필과 종이)

6볼트 배터리

1KΩ ~ 100kΩ 값의 다양한 저항기

미터로 정확한 전압 및 전류 판독값을 얻기 위해 의도적으로 1kΩ에서 100kΩ 사이의 저항 값을 제한하고 있습니다.

저항 값이 매우 낮으면 전류계의 내부 저항이 측정 정확도에 큰 영향을 미칩니다.

매우 높은 저항 값은 전압 측정에 문제를 일으킬 수 있으며, 높은 값의 저항과 병렬로 연결된 경우 전압계의 내부 저항이 회로 저항을 크게 변경합니다.

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 1권, 6장:"분배 회로와 키르히호프의 법칙"

학습 목표

<울>

전압계 사용

전류계 사용

저항계 사용

옴의 법칙 사용

Kirchhoff의 전압 법칙("KVL") 사용

전압 분배기 설계

개략도

그림

지침

여기에는 브레드보드, 터미널 스트립 및 "자유 형식"의 세 가지 회로 구성 방법이 나와 있습니다.

서로 다른 구성 기술과 각각의 장점을 익히기 위해 동일한 회로를 각 방법으로 구성해 보십시오.

모든 구성 요소가 "악어" 스타일의 점퍼 와이어로 함께 연결되는 "자유 형식" 방법은 가장 전문적이지 않지만 이와 같은 간단한 실험에 적합합니다.

브레드보드 구조는 다목적이며 높은 구성 요소 밀도(작은 공간에 많은 부품)를 허용하지만 매우 일시적입니다.

단자 스트립은 구성 요소 밀도가 낮지만 훨씬 더 영구적인 형태의 구성을 제공합니다.

저항기 분류에서 3개의 저항기를 선택하고 저항계로 각각의 저항을 측정합니다.

회로 계산에 참고할 수 있도록 이 저항 값을 펜과 종이로 기록해 두십시오.

그림과 같이 3개의 저항을 직렬로 연결하고 6볼트 배터리에 연결합니다.

저항을 연결한 후 전압계로 배터리 전압을 측정하고 이 전압 수치도 종이에 기록합니다.

이 전압은 무부하 상태와 약간 다를 수 있으므로 저항 회로에 전원을 공급하는 동안 배터리 전압을 측정하는 것이 좋습니다.

고와트 램프에 전원을 공급하는 동안의 "병렬 배터리" 실험에서 이 효과가 과장된 것을 보았습니다. 배터리 전압은 부하 상태에서 "저하(sag)" 또는 "떨어지는(droop)" 경향이 있습니다.

이 3개 저항 회로는 상당한 전압 "저하"를 유발할 만큼 부하가 충분하지 않아야 하지만(전류가 충분하지 않음) 부하 상태에서 배터리 전압을 측정하는 것은 더 현실적인 데이터를 제공하기 때문에 좋은 과학적 방법입니다.

옴의 법칙(I=E/R)을 사용하여 회로 전류를 계산한 다음 다음과 같은 전류계로 전류를 측정하여 이 계산된 값을 확인합니다(구성 방법에서 임의의 선택으로 표시된 회로의 "터미널 스트립" 버전).

저항 값이 실제로 1kΩ에서 100kΩ 사이이고 배터리 전압이 약 6V인 경우 전류는 밀리암페어(mA) 또는 마이크로암페어(µA) 범위에서 매우 작은 값이어야 합니다.

디지털 미터로 전류를 측정할 때 미터는 디스플레이의 일부 모서리에 적절한 미터법 접두사 기호(m 또는 µ)를 표시할 수 있습니다.

디지털 미터의 디스플레이를 읽을 때 이러한 미터법 접두어가 간과하기 쉽기 때문에 세심한 주의를 기울여야 합니다!

측정된 전류 값은 옴의 법칙 계산과 밀접하게 일치해야 합니다.

이제 전류에 대해 계산된 값을 취하고 각 저항의 각 저항을 곱하여 전압 강하(E=IR)를 예측합니다.

멀티미터를 "전압" 모드로 전환하고 각 저항에서 떨어지는 전압을 측정하여 예측의 정확성을 확인합니다.

다시 말하지만, 계산된 전압 수치와 측정된 전압 수치 사이에 긴밀한 일치가 있어야 합니다.

각 저항기 전압 강하는 총 전압의 일부 또는 백분율이므로 전압 분배기라는 이름이 붙습니다. 이 회로에 주어집니다.

이 분수 값은 특정 저항의 저항과 전체 저항에 의해 결정됩니다.

저항이 전압 분배기 회로에서 총 배터리 전압의 50%를 떨어뜨리면 저항 값이 변경되지 않는 한 50%의 비율은 동일하게 유지됩니다.

따라서 총 전압이 6볼트이면 해당 저항 양단의 전압은 6의 50% 또는 3볼트가 됩니다. 총 전압이 20볼트이면 해당 저항은 10볼트 또는 20볼트의 50%가 떨어집니다.

이 실험의 다음 부분은 Kirchhoff의 전압 법칙의 검증입니다.

이를 위해서는 회로의 각 고유 지점을 숫자로 식별해야 합니다.

전기적으로 공통적인(미미한 저항으로 서로 직접 연결된) 점은 동일한 번호를 가져야 합니다.

0에서 3까지의 숫자를 사용하는 예가 여기에 설명 및 도식 형식으로 표시됩니다.

그림에서 나는 테이프에 숫자가 쓰여진 작은 테이프 조각으로 회로의 점에 레이블을 지정하는 방법을 보여줍니다.

디지털 사용 전압계(이것이 중요합니다!), 0-1-2-3-0 지점으로 형성된 루프 주변의 전압 강하를 측정합니다.

미터에 표시된 해당 기호와 함께 이러한 각 전압을 종이에 기록합니다.

즉, 전압계가 -1.325볼트와 같은 음의 전압을 등록하면 그 수치를 음수로 써야 합니다.

하지 마세요. 숫자가 "정확하게" 읽히도록 회로와 미터 프로브 연결을 반대로 합니다.

수학 기호는 실험의 이 단계에서 매우 중요합니다! 다음은 점 0에서 시작하고 끝나는 회로 루프를 "돌아다니는" 방법을 보여주는 일련의 그림입니다.

전압계를 사용하여 이러한 방식으로 회로를 "단계화"하면 3개의 양수 전압 수치와 1개의 음수가 산출됩니다.

대수적으로 추가된 이 수치("대수학적으로" =숫자의 부호에 따름)는 0과 같아야 합니다.

이것이 Kirchhoff의 전압 법칙의 기본 원리입니다. "루프"에서 모든 전압 강하의 대수적 합은 0이 됩니다.

우회된 "루프"가 전류가 회로에서 취하는 것과 동일한 경로일 필요는 없으며 심지어 합법적인 전류 경로일 필요도 없음을 인식하는 것이 중요합니다.

전압 강하를 계산하는 루프는 모든 포인트 모음이 될 수 있습니다. , 같은 지점으로 시작하고 끝나는 한

예를 들어 루프 1-2-3-1의 전압을 측정하고 추가하면 0의 합도 형성됩니다.

회로에서 임의의 순서로 점 집합 사이를 이동하고 대수 합이 항상 0인지 직접 확인하십시오.

이 법칙은 직렬, 병렬, 직렬 병렬 또는 환원 불가능한 네트워크와 같은 회로 구성에 관계없이 적용됩니다.

Kirchhoff의 전압 법칙은 강력한 개념으로, 루프의 모든 전압을 합하면 0이 된다는 사실을 기반으로 분석을 위한 수학 방정식을 개발하여 회로에서 전압의 크기와 극성을 예측할 수 있습니다.

이 실험은 일반 원리로서의 Kirchhoff의 전압 법칙에 대한 경험적 증거와 깊은 이해를 제공하기 위한 것입니다.

컴퓨터 시뮬레이션

Netlist(다음 텍스트를 포함하는 텍스트 파일 만들기, 그대로):

<사전>전압 분배기 v1 3 0 r1 3 2 5k r2 2 1 3k r3 1 0 2k .dc v1 6 6 1 * 0-1-2-3-0 루프 주변의 전압은 대수적으로 0에 추가됩니다. .print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3) * 1-2-3-1 루프 주변의 전압은 대수적으로 0이 됩니다. .print dc v(2,1) v(3,2) v(1,3) .끝

이 컴퓨터 시뮬레이션은 Kirchhoff의 전압 법칙을 설명하기 위해 이전 다이어그램에 표시된 포인트 번호를 기반으로 합니다(포인트 0~3).

저항 값은 R₁에 걸쳐 총 전압의 50%, 30% 및 20% 비율을 제공하도록 선택되었습니다. , R₂ , 및 R₃ , 각각. 전압 소스 값을 자유롭게 수정하십시오(".dc " 라인, 여기에 6볼트로 표시됨) 및/또는 저항 값.

실행될 때 SPICE는 4개의 전압 수치가 포함된 텍스트 줄을 인쇄한 다음 3개의 전압 수치를 포함하는 다른 텍스트 줄과 분석 프로세스를 설명하는 다른 많은 텍스트 줄을 인쇄합니다. 합계가 0인지 확인하기 위해 각 라인에 전압 수치를 추가하십시오.

관련 워크시트:

전압 분배기 회로 워크시트