Раздел 3. Исследование резистивного делителя

Напряжения. Общие сведения.

 

Делителем напряжения называют электрическую цепь, в которой элементы (резисторы, конденсаторы и индуктивности), соединенными последовательно. На рис. 5 а изображен делитель из двух сопротивлений. Напряжение источника сигнала U делится на два напряжения U_R1 и U_R2, которые по Закону Ома пропорциональны току I, протекающему через эти сопротивления.

Пользуясь вторым законом Кирхгофа и законом Ома, можно записать следующие уравнения:

 

Меняя значения сопротивления R₁ и R₂, можно изменять напряжения на этих элементах (U_R1 и U_R2).

В электронных устройствах делитель напряжения изображают в виде Г-образного четырехполюсника (рис. 5 б). Напряжение источника U₁ называют входным напряжением U_вх = U₁. Напряжение U₂ на сопротивлении R₂ называют выходным напряжением U_вых = U₂ четырехполюсника (делителя), т.к. оно используется для дальнейшего преобразования.

О свойствах делителя напряжения принято судить по параметру, называемому коэффициентом передачи по напряжению.

Коэффициентом передачи по напряжению K_U цепи называют отношение выходного напряжения к входному

Таким образом, коэффициент передачи Г-образного делителя напряжения в режиме холостого хода на выходе (сопротивление нагрузки R_Н = ¥) равен:

(5)

Коэффициент передачи по напряжению пропорционален сопротивлению, на котором измеряется напряжение, и обратно пропорционален сумме двух сопротивлений делителя.

Коэффициент передачи K_U (для краткости слова «по напряжению » в дальнейшем тексте будем опускать) является важнейшей характеристикой цепи, так как дает возможность рассчитать напряжение на выходе делителя по известному напряжению на входе:

Uвых = K_u∙Uвх.

Как видно из (5), коэффициент передачи не зависит от входного напряжения и определяется только параметрами элементов (сопротивлениями), из которых собрана цепь, а также от способа их соединения.

Частные случаи:

а) R1 = 0, K_U = 1 или R2 = ¥, K_U = 1.– выходное напряжение равно входному;

б) R1 = ¥, K_U = 0 или R2 = 0, K_U = 0 – выходное напряжение равно нулю.

 

Рис.6.

Задание 3. Исследовать влияние величины R1 на коэффициент передачи по напряжениюпри R2 = const.

3.1.Собрать цепь по схеме рис.6.

3.2. Установить R2 = 2 кОм, U = 1 В и параметры вольтметра: DC, R_U = 10 МОм.

3.3. Измерить вольтметрами величину напряжения U_R1 и выходного напряжения U₂ при разных значениях R1, указанных в таблице 4. Результат измерений записать в таблицу 4.

Таблица 4

R1, кОм	0.1	0.2	0.5
UR1, В
UR2, В
KU

3.4. Подсчитать значение коэффициента передачи K_U при заданных значениях R1 и записать в таблицу 4.

3.5. Построить зависимости: U_R1 = f(R1), U_R2 = f(R1), K_U = f(R1) при R2 = const.

Оценить влияние величины R1 на коэффициент передачи по напряжению.

 

Задание 4. Исследовать влияние величины R2 на коэффициент передачи по напряжениюпри R1 = const.в схеме по рис. 6.

4.1. Установить R1 = 1 кОм.

4.2. Измерить вольтметрами величину напряжения U_R1 и выходного напряжения U₂ при разных значениях R2, указанных в таблице 5. Результат измерений записать в таблицу 5.

Таблица 5

R2, кОм	0.1	0.2	0.5
UR1, В
U2, В
KU

4.3. Подсчитать значение коэффициента передачи K_U при заданных значениях R2 и записать в таблицу 5.

4.4. Построить зависимости: U_R1 = f(R2), U_R2 = f(R2), K_U = f(R2) при R1 = const.

Оценить влияние величины R2 на коэффициент передачи по напряжению.

4.5. Сравнить построенные зависимости по пп. 3.5 и 4.4 и определить, при каких значениях R1 и R2 K_U = 0,5.