Схемотехника · урок 2 из 18

Делитель напряжения и источники

Самая частая схема в электронике: как получить нужное напряжение и почему нагрузка его «сажает».

Два резистора последовательно делят напряжение в отношении своих сопротивлений. Это делитель напряжения — он встречается почти в каждой схеме: задаёт режим транзистора, опускает 5 В до 3,3 В, превращает поворот ручки потенциометра в напряжение.

UвхR110 кОмR210 кОмUвых
Делитель напряжения (по рис. 1.5 книги): Uвых = Uвх · R2 / (R1 + R2)

U_вых = U_вх · R2 / (R1 + R2)

Одинаковые резисторы — половина входа. R2 вдвое меньше R1 — треть. Потенциометр — это тот же делитель, у которого середину можно двигать ручкой.

Почему делитель «проседает»

Подключите к выходу нагрузку — она встанет параллельно R2, нижнее плечо уменьшится, и выход упадёт. Главная мысль главы 1 книги: любой источник можно заменить идеальным источником напряжения и резистором последовательно (эквивалент Тевенина). Для делителя это U_вх·R2/(R1+R2) и сопротивление R1‖R2.

UэквRэквR1‖R2Rннагрузка
Как нагрузку «видит» любой источник: идеальный источник и внутреннее сопротивление

Правило «×10»: сопротивление нагрузки должно быть хотя бы в 10 раз больше выходного сопротивления источника — тогда просадка меньше 10 %. Поэтому делителем нельзя питать мотор или лампу: для питания нужен стабилизатор (урок 9).

Попробуйте сами

Источник напряжения и источник тока

Идеальный источник напряжения держит напряжение при любом токе (батарейка — почти такой, пока её не нагрузили сильно). Идеальный источник тока держит ток при любом напряжении: так питают светодиоды и заряжают аккумуляторы. Реальные источники — где-то между, и это видно по их внутреннему сопротивлению.

Опыт на макетной плате

Нужно: 9 В, два резистора 10 кОм, потенциометр 10 кОм, резистор 1 кОм, мультиметр.

  1. Соберите делитель 10 кОм + 10 кОм — на середине ≈4,5 В.
  2. Подключите к выходу 1 кОм — напряжение упадёт примерно до 0,75 В: нагрузка слишком мала по сравнению с R1‖R2 = 5 кОм.
  3. Включите потенциометр крайними выводами на 9 В и землю: на среднем выводе напряжение меняется от 0 до 9 В поворотом ручки.

Проверьте себя

1. R1 = 20 кОм, R2 = 10 кОм, вход 9 В. Выход без нагрузки?

2. Каково выходное сопротивление делителя 10 кОм / 10 кОм?

3. Какую наименьшую нагрузку можно подключить к делителю с выходным сопротивлением 5 кОм, чтобы просадка была небольшой?

4. Можно ли питать от делителя мотор?

По книге: П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники» (М.: БИНОМ, 2014), гл. 1, с. 13–22. Текст урока — пересказ, схемы перерисованы.