간단한 직렬 회로를 분석 하고 개별 저항기에서의 전압 강하를 확인해 보겠습니다.
주어진 개별 저항 값에서 저항이 직렬로 추가된다는 것을 알면 전체 회로 저항을 결정할 수 있습니다.
전체 회로 저항을 결정하십시오
여기에서 우리는 옴의 법칙 (I=E/R)을 사용하여 총 전류를 결정할 수 있습니다. 이는 직렬 회로의 모든 부분에서 전류가 동일하므로 각 저항 전류와 동일하다는 것을 알고 있습니다.
옴의 법칙을 사용하여 전류 계산
이제 회로 전류가 2mA라는 것을 알고 있으므로 옴의 법칙(E=IR)을 사용하여 각 저항기 의 전압을 계산할 수 있습니다 .
모든 저항을 통과하는 전류가 동일하다는 점을 감안하면 각 저항의 전압 강하는 저항에 비례한다는 것이 분명해야 합니다. R 2 의 전압이 R 1 의 전압의 두 배인 것과 마찬가지로 R 2 의 저항이 R 1 의 두 배인 것을 주목하세요 .
전체 전압을 변경하면 전압 강하의 비례성이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있습니다.
전압 강하 비율에 대한 해결
소스 전압이 변했다는 사실에도 불구하고 R 2 의 전압은 여전히 R 1 의 강하 의 정확히 두 배입니다 . 전압 강하의 비례성(하나에 대한 다른 하나의 비율)은 저항 값의 함수입니다.
조금 더 관찰하면 각 저항기의 전압 강하도 공급 전압의 고정된 비율이라는 것이 분명해집니다. 예를 들어, 배터리 공급이 45볼트일 때 R 1 의 전압은 10볼트였습니다. 배터리 전압이 180볼트(4배)로 증가했을 때, R 1 의 전압 강하 도 4배(10볼트에서 40볼트로) 증가했습니다. 그러나 R 1 의 전압 강하와 총 전압의 비율은 변하지 않았습니다.
마찬가지로, 다른 전압 강하 비율 중 어느 것도 공급 전압이 증가해도 변하지 않았습니다.
전압 분배기 공식
이런 이유로, 직렬 회로는 종종 전압 분배기 라고 불리며 , 이는 전체 전압을 일정한 비율의 분수로 비례시키거나 나눌 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 약간의 대수학을 통해, 총 전압, 개별 저항, 총 저항 외에는 아무것도 주어지지 않은 상태에서 직렬 저항 전압 강하를 결정하는 공식을 도출할 수 있습니다.
개별 저항 대 전체 저항의 비율은 전압 분배기 회로에서 개별 전압 강하 대 전체 공급 전압의 비율과 같습니다. 이를 전압 분배기 공식 이라고 하며 , 옴의 법칙의 현재 계산을 거치지 않고 직렬 회로에서 전압 강하를 결정하는 단축 방법입니다.
전압 분배기 공식 사용 예
이 공식을 사용하면 더 적은 단계로 예제 회로의 전압 강하를 다시 분석할 수 있습니다.
전압 분배 구성 요소
전압 분배기는 전기 계량기 회로에서 폭넓게 적용되며, 여기서는 특정 직렬 저항의 조합을 사용하여 전압 측정 장치의 일부로 전압을 정확한 비율로 "분할"합니다.
전압 분배 부품으로서의 전위계
전압 분배 구성 요소로 자주 사용되는 한 가지 장치는 전위차계 로 , 수동 손잡이 또는 레버로 배치된 가동 요소가 있는 저항기입니다. 일반적으로 와이퍼라고 하는 가동 요소는 수동 제어로 선택한 모든 지점에서 저항성 재료 스트립(일반적으로 저항성 금속 와이어로 만들어진 경우 슬라이드 와이어 라고 함)과 접촉합니다.
와이퍼 접점은 수직 저항기 소자의 중앙에 그려진 왼쪽을 향한 화살표 기호입니다. 위로 이동하면 단자 1에 더 가깝고 단자 2에서 더 멀리 떨어진 저항 스트립과 접촉하여 단자 1에 대한 저항을 낮추고 단자 2에 대한 저항을 높입니다. 아래로 이동하면 반대 효과가 발생합니다. 단자 1과 2 사이에서 측정된 저항은 와이퍼 위치에 관계없이 일정합니다.
회전식 vs. 선형 포텐셔미터
여기에는 회전형과 선형형의 두 가지 전위차계 유형의 내부 그림이 나와 있습니다.
선형 전위계
일부 선형 전위계는 레버 또는 슬라이드 버튼의 직선 운동으로 작동됩니다. 이전 그림에 나와 있는 것과 같은 다른 전위계는 미세 조정 기능을 위해 회전 나사로 작동됩니다. 후자의 장치는 가변 저항을 정확한 값으로 "트리밍"해야 하는 애플리케이션에 적합하기 때문에 트림팟 이라고도 합니다.
모든 선형 전위계가 이 그림에 표시된 것과 같은 단자 할당을 가지고 있는 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 일부의 경우 와이퍼 단자는 두 개의 끝 단자 사이의 중간에 있습니다.
회전식 전위계
아래 이미지는 회전식 전위차계의 본체 구조를 보여줍니다.
다음 사진은 와이퍼와 슬라이드와이어가 노출된 실제 회전식 전위차계를 보여 주며, 쉽게 볼 수 있습니다. 와이퍼를 움직이는 샤프트는 거의 시계 방향으로 완전히 돌려서 와이퍼가 슬라이드와이어의 왼쪽 단자 끝에 거의 닿았습니다.
다음은 와이퍼 샤프트가 거의 완전히 반시계 방향으로 이동하여 와이퍼가 이동의 다른 극단에 가까워진 동일한 전위차계입니다.
회로의 전위계 조정 효과
외부 단자(슬라이드 와이어 길이에 걸쳐) 사이에 일정한 전압이 인가되면 와이퍼 위치는 와이퍼 접점과 다른 두 단자 사이에서 측정 가능한 인가 전압의 일부를 탭 오프합니다. 분수 값은 전적으로 와이퍼의 물리적 위치에 따라 달라집니다.
전위계 응용 프로그램의 중요성
고정 전압 분배기와 마찬가지로, 전위계 전압 분배율은 엄격히 저항의 함수이며 인가된 전압의 크기의 함수가 아닙니다. 다시 말해, 전위계 손잡이나 레버를 50퍼센트(정확히 중앙) 위치로 옮기면 와이퍼와 외부 단자 사이에 떨어지는 전압은 인가된 전압의 정확히 1/2가 되며, 그 전압이 무엇이든 전위계 끝에서 끝까지의 저항이 무엇이든 상관없습니다. 다시 말해, 전위계는 전압 분배율이 와이퍼 위치에 따라 설정되는 가변 전압 분배기로 기능합니다.
전위계에 대한 이러한 응용은 배터리와 같은 고정 전압 소스에서 가변 전압을 얻는 매우 유용한 수단입니다. 구축 중인 회로에 사용 가능한 배터리 전압 값보다 낮은 특정 양의 전압이 필요한 경우 전위계 외부 단자를 해당 배터리에 연결하고 전위계 와이퍼와 회로에서 사용할 외부 단자 중 하나 사이에 필요한 전압을 "다이얼업"할 수 있습니다.
이런 방식으로 사용하면 전위계 라는 이름이 완벽하게 이해됩니다. 전위계는 가변 전압 분배기 비율을 생성하여 전위 (전압)를 측정 (제어) 합니다. 3단자 전위계를 가변 전압 분배기로 사용하는 것은 회로 설계에서 매우 인기가 있습니다.
소형 전위계 샘플
여기에는 소비자 전자 장비와 취미인 및 학생들이 회로를 구성하는 데 일반적으로 사용하는 종류의 여러 개의 작은 전위차계가 나와 있습니다.
가장 왼쪽과 가장 오른쪽에 있는 작은 유닛은 납땜이 필요 없는 브레드보드에 꽂거나 인쇄 회로 기판에 납땜하도록 설계되었습니다. 가운데 유닛은 세 개의 단자에 각각 납땜된 전선이 있는 평면 패널에 장착되도록 설계되었습니다. 여기에 방금 표시된 세트보다 더 특수화된 세 개의 전위차계가 더 있습니다.
대형 "헬리팟" 장치는 회로에 빠르고 쉽게 연결하도록 설계된 실험실 전위계입니다. 사진의 왼쪽 아래 모서리에 있는 장치는 케이스나 10회전 카운팅 다이얼이 없는 동일한 유형의 전위계입니다. 이 두 전위계는 모두 정밀 장치로, 멀티턴 나선형 트랙 저항 스트립과 와이퍼 메커니즘을 사용하여 미세 조정을 합니다. 오른쪽 아래 장치에 있는 장치는 패널 장착 전위계로, 산업용 애플리케이션에서 거친 서비스를 위해 설계되었습니다.
검토:
- 직렬 회로는 총 공급 전압을 개별 전압 강하로 비례시키거나 나누며 , 그 비율은 저항에 따라 엄격하게 결정됩니다. ERn = ETotal (Rn / RTotal)
- 전위차계는 세 개의 연결 지점이 있는 가변 저항 부품으로, 조정 가능한 전압 분배기로 자주 사용됩니다.