Potentialdifferenz und Widerstandsspannungsteilung

Potentialdifferenz Und Widerstandsspannungsteilung



Elektrischer Strom fließt in einem geschlossenen Kreislauf und ändert sich weiterhin, aber die Potentialdifferenz in einem Stromkreis ist statisch und bewegt sich oder fließt nicht im Stromkreis.

Die Einheit, mit der wir die Potentialdifferenz an jedem Punkt messen können, heißt a Volt . Ein Volt ist eine Potentialdifferenz, die an den Widerstand von 1 Ohm angelegt wird und dazu führt, dass elektrischer Strom vom höheren zum unteren Anschluss fließt.

Potenzialunterschiede fließen immer von einem höheren Potenzialwert zu einem niedrigeren Potenzialwert. Wir können 1 V auch als das Potenzial definieren, wenn 1 Ampere Strom mit 1 Ohm Widerstand multipliziert wird. Zur Beschreibung der Potentialdifferenz wird die Ohm-Gesetz-Formel verwendet, die gleich ist V=IxR .







Nach dem Ohmschen Gesetz steigt der Strom in linearen Stromkreisen mit zunehmender Potentialdifferenz. Ein Stromkreis mit einer großen Potentialdifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten führt zu einem stärkeren Stromfluss über diese beiden Punkte in einem Stromkreis.



Stellen Sie sich beispielsweise einen 10-Ω-Widerstand vor, an dessen einem Ende eine Spannung von 8 V anliegt. Ebenso beträgt die Spannung am anderen Ende 5 V. Wir erhalten also eine Potenzialdifferenz von 3 V (8 V-5 V) am Widerstandsanschluss. Um den Strom am Widerstand zu ermitteln, können wir das Ohmsche Gesetz verwenden. Der Strom dieser Schaltung würde 0,3 A betragen.



Wenn wir die Spannung von 8 V auf 40 V erhöhen, beträgt die Widerstandspotentialdifferenz 40 V – 5 V = 35 V. Dies führt zu einem Stromfluss von 3,5 A. Wenn die Potentialdifferenz am Widerstand zunimmt, führt dies auch zu einem Anstieg des Stroms.





Um die Spannung an einem beliebigen Punkt innerhalb eines Stromkreises zu messen, müssen wir sie mit dem gemeinsamen Referenzpunkt vergleichen. Normalerweise verwenden wir den 0-V- oder Erdungsanschluss als Referenzpunkt im Stromkreis zur Messung der Potenzialdifferenz.

Kurzer Überblick

Was ist der mögliche Unterschied?

Die Potentialdifferenz, auch Spannung genannt, ist ein Kernkonzept der Elektrizität. Es beschreibt im Wesentlichen die Differenz der elektrischen potentiellen Energie zwischen zwei Punkten innerhalb eines Stromkreises. Der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten führt dazu, dass sich die Ladung von einem Punkt mit höherem zu einem Punkt mit niedrigerem Potential bewegt. Dadurch fließt elektrischer Strom. Wir messen die Potenzialdifferenz in Volt (V) und sie ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung, wie sich Elektrizität in einem Stromkreis verhält und wie elektrische Geräte funktionieren.



Beispiel für einen möglichen Unterschied

Im Bild beträgt das an einem Ende des Widerstands angelegte Potenzial 10 V. Das Potenzial am zweiten Ende des Widerstands beträgt 5 V.

Um die Potenzialdifferenz am Ende des Widerstands zu berechnen, subtrahieren Sie das höhere Potenzial vom niedrigeren:

Die am Widerstand berechnete Potentialdifferenz beträgt 5V.

Der Strom im Widerstand ist proportional zum angelegten Potential. Wenn die Potentialdifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten größer ist, fließt ein großer Strom.

Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz, um den Strom zu ermitteln.

Erhöhen Sie nun das Potenzial von 10 V auf 20 V an einem Ende des Widerstands und von 5 V auf 10 V am anderen Ende. Die Potentialdifferenz beträgt 10 V. Mithilfe des Ohm-Gesetzes können Sie den Strom durch den Widerstand ermitteln, der 8 Ampere beträgt.

Durch elektrische Ladung fließt der elektrische Strom. Aber das Potenzial bewegt sich nicht physisch und fließt nicht. Das Potenzial wird an zwei beliebige Punkte im Stromkreis angelegt.

Um die Gesamtspannung des Stromkreises zu ermitteln, müssen wir alle angeschlossenen Spannungen in der Reihenschaltung addieren. Dies bedeutet, dass Sie Widerstände haben (IN 1 , IN 2 , Und IN 3 ) In Reihe geschaltet, addieren Sie einfach ihre Spannungen, um die Gesamtspannung zu ermitteln:

Wenn Sie dagegen Widerstände parallel schalten, bleibt die Spannung an jedem Widerstand oder Element gleich. Parallel dazu ist die Spannung an jedem Widerstand gleich und kann wie folgt ausgedrückt werden:

Spannungsteilernetzwerk

Wir wissen, dass, wenn wir mehrere Widerstände über eine Potenzialdifferenz hinweg in Reihe schalten, ein neuer Widerstand entsteht Spannungsteilerschaltung wird sich bilden. Diese Schaltung teilt die Versorgungsspannung in einem bestimmten Verhältnis auf die Widerstände auf. Jeder Widerstand erhält einen Teil der Spannung im Verhältnis zu seinem Widerstandswert.

Dieses Prinzip der Spannungsteilerschaltung gilt nur für in Reihe geschaltete Widerstände. Wenn wir die Widerstände parallel schalten, ergibt sich ein völlig anderer Aufbau, der als a bezeichnet wird Stromteilernetzwerk.

Spannungsabteilung

Die gegebene Schaltung erklärt das grundlegende Konzept einer Spannungsteilerschaltung. In dieser Schaltung sind verschiedene Widerstände in Reihe geschaltet. Es sind 4 Widerstände in Reihe benannt R 1 , R 2 , R 3 , Und R 4 . Alle diese Widerstände haben einen gemeinsamen Bezugspunkt, der Null Volt oder Masse entspricht.

Wenn Sie Widerstände in Reihe schalten, entsteht die Versorgungsspannung (IN S ) wird auf jeden Widerstand verteilt. Sie werden sehen, dass an jedem Widerstand einige Spannungen abfallen. Dies bedeutet, dass jeder Widerstand einen Anteil an der Gesamtspannung erhält.

Als nächstes verwenden Sie das Ohmsche Gesetz, um diese Schaltung auszudrücken. Gemäß der Definition des Ohmschen Gesetzes ist der durch eine Reihe von Widerständen fließende Strom (I) gleich der Versorgungsspannung (IN S ) dividiert durch den Gesamtwiderstand (R T ).

Der mathematische Ausdruck des Ohm-Gesetzes lautet wie folgt:

Wenden Sie nun das Ohmsche Gesetz an und multiplizieren Sie einfach den Strom (ICH) mit dem Widerstand (R) Wert jedes Widerstands.

Wo IN stellt den Spannungsabfall dar.

Nachdem Sie sich entlang der Widerstandsreihe von einem Punkt zum anderen bewegt haben, erhöht sich die Spannung an jedem Punkt, während Sie die Spannungsabfälle addieren. Alle einzelnen Spannungsabfallsummen sind gleich der Eingangsspannung des Schaltkreises (IN S ) .

Es ist nicht notwendig, den Gesamtstrom des Stromkreises zu ermitteln, um die Spannung an einem bestimmten Punkt zu ermitteln. Mit einer einfachen Formel können Sie den Spannungsabfall an jedem Punkt berechnen, indem Sie den Widerstandswert des Widerstands und den durch ihn fließenden Strom berücksichtigen. Dies vereinfacht die Analyse des Stromkreises und hilft beim Verständnis, wie die Spannung innerhalb des Stromkreises verteilt ist.

Spannungsteilerformel

In der obigen Formel gilt: V(x) stellt die Spannung dar und R(x) ist gleich dem durch diese Spannung erzeugten Widerstand. Das Symbol RT bezeichnet den gesamten Serienwiderstand der Widerstände und VS ist die Versorgungsspannung.

Spannungsteilerformel

Betrachten Sie die folgende Schaltung, um die Ausgangsspannung der Schaltung an R2 mithilfe der Spannungsteilerregel zu ermitteln.

In dieser Schaltung ist der V In bezeichnet die Versorgungsspannung. Es ist der Strom, der durch den Stromkreis fließt. Dieser Strom fließt in beide Richtungen.

Lassen Sie uns überlegen IN R1 Und IN R2 der Spannungsabfall sein R 1 Und R 2 . Da die angegebenen Widerstände in Reihe geschaltet sind, beträgt die Eingangsspannung V IN des Stromkreises ist gleich der Summe aller einzelnen Spannungen, die an jedem Widerstand abfallen.

Um den individuellen Spannungsabfall an jedem Widerstand zu berechnen, verwenden Sie die Ohm-Gesetz-Gleichung:

Ebenso für den Widerstand R 2

Auf dem Bild können wir sehen, dass die Spannung an R 2 ist V AUS . Diese Ausgangsspannung kann angegeben werden als:

Aus der obigen Gleichung können wir die Eingangsspannung V berechnen IN .

Um den Gesamtstrom in V zu berechnen aus Spannung verwenden Sie die oben genannte V aus Gleichung.

Also das V aus Gleichung wird zu:

Betrachten Sie nun eine Mehrfachspannungsteilerschaltung, die mehrere Ausgänge über die Widerstände enthält.

Die Ausgabegleichung lautet:

Hier, in der obigen Gleichung, ist die IN X ist die Ausgangsspannung.

R X ist die Summe aller im Stromkreis angeschlossenen Widerstände.

Die möglichen Werte von R X Sind:

  • R 1 ist der Widerstand zwischen dem Punkt P und P 1
  • R 1 + R 2 ist der Widerstand zwischen dem Punkt P und P 2
  • R 1 + R 2 + R 3 ist der Widerstand zwischen dem Punkt P und P3
  • R 1 + R 2 + R 3 + R 4 ist der Widerstand zwischen dem Punkt P und P4
  • R EQ = Äquivalenter Widerstand aller in Reihe geschalteten Widerstände.
  • Wenn IN steht für die Versorgungsspannung. Dann ergeben sich die möglichen Ausgangsspannungen als:

    Aus den obigen Gleichungen können wir schließen, dass die an den in Reihe geschalteten Widerständen abfallende Spannung proportional zum Wert oder der Größe des Widerstands ist. Nach dem Spannungsgesetz von Kirchhoff muss die an allen gegebenen Widerständen abfallende Spannung gleich der Eingangsspannung der Quelle sein.
    So können Sie den Spannungsabfall von Widerständen mithilfe der Spannungsteilerformel ermitteln.

    Beispiel für einen Spannungsteiler

    Stellen Sie sich eine Spannungsteilerschaltung mit drei in Reihe geschalteten Widerständen vor, die aus a zwei Ausgangsspannungen erzeugt 240 V liefern. Die Widerstandswerte sind wie folgt:

    • R1 = 10 Ω
    • R2 = 20 Ω
    • R3 = 30 Ω

    Der Ersatzwiderstand des Stromkreises wird wie folgt berechnet:

    Nun werden die beiden Ausgangsspannungen wie folgt ermittelt:

    Der Strom im Stromkreis ist gegeben durch:

    Daher sind die Spannungsabfälle an jedem Widerstand wie folgt:

    Abschluss

    Ein Spannungsteiler ist eine grundlegende passive Schaltung, die in der Elektronik verwendet wird. Diese Schaltung kann die Ausgangsspannung relativ zur Eingangsspannung reduzieren. Diese Spannungsreduzierung erreichen Sie, indem Sie mehrere Widerstände in Reihe schalten. Der Widerstandswert hängt von dem Spannungsabfall ab, den Sie erreichen möchten. Diese Widerstände erzeugen einen festen Spannungsanteil, der durch die Widerstandsverhältnisse bestimmt wird.

    Widerstände sind wichtige Schaltkreiselemente, da sie die Spannung des Schaltkreises gemäß dem Ohmschen Gesetz begrenzen können. Bei in Reihe geschalteten Widerständen fließt durch jeden Widerstand ein konstanter Strom. Mithilfe einer Spannungsteilerformel können Sie beim Entwurf elektronischer Schaltungen eine konstante Spannung berechnen und aufrechterhalten.