Dzielnik napięcia

Dzielnik napięcia – czwórnik, który zapewnia uzyskanie określonego stosunku pomiędzy napięciem wejściowym a wyjściowym. Dzielniki napięć buduje się z elementów pasywnych (np. rezystory, kondensatory lub cewki).

Przykład prostego dzielnika napięcia (rezystancyjnego)

Stosunek napięcia wyjściowego $U_{\text{wy}}$ do wejściowego $U_{\text{we}}$ dzielnika napięcia oznaczamy $K_{u}$

$K_{u}={\frac {U_{\text{wy}}}{U_{\text{we}}}}.$

Dzielnik napięcia rezystancyjny

Napięcie wyjściowe nieobciążonego dzielnika zasilanego jest zawsze mniejsze od napięcia zasilania i zależy tylko od stosunku wartości użytych oporników oraz wartości napięcia wejściowego

$U_{\text{wy}}={\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}}\cdot {R_{1}}.$

Wynika to z faktu, że natężenie prądu elektrycznego płynącego przez nieobciążony dzielnik napięcia ma wartość taką samą dla obu elementów

$I={\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}},$

natomiast spadek napięcia na oporniku $R_{1}$ wynosi

$U_{\text{wy}}=I\cdot R_{1}.$

Wyprowadzenie głównego wzoru $U_{\text{wy}}$ przy użyciu powyższych informacji można przeprowadzić następująco:

1. $U=I\cdot R$

2. $U_{\text{we}}=I\cdot (R+R_{1})$

3. $U_{\text{wy}}=I\cdot R_{1}$

4. $I={\frac {U}{R}}$

5. $I_{1}={\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}}$

6. $I_{2}={\frac {U_{\text{wy}}}{R_{1}}}$

7. Natężenie jest takie samo, przy założeniu, że dzielnik napięcia nie jest obciążony: $I_{1}=I_{2}$

8. ${\frac {U_{\text{we}}}{R+R_{1}}}={\frac {U_{\text{wy}}}{R_{1}}}$

9. $U_{\text{wy}}=U_{\text{we}}\cdot {\frac {R_{1}}{R+R_{1}}}.$

Zastosowania dzielnika napięcia

Najczęściej używanym typem dzielnika napięcia jest potencjometr, będący dzielnikiem rezystancyjnym. Jest to specyficzna odmiana dzielnika, w której wartości $R$ i $R_{1}$ mogą być płynnie regulowane, co można wykorzystać do regulacji napięcia wyjściowego w zależności od prądu obciążenia.

Dzielniki napięcia w postaci potencjometrów są używane w każdym układzie audiofonicznym do regulacji głośności – bowiem opisana powyżej zasada dzielnika napięcia jest wykorzystywana zarówno w potencjometrach analogowych (regulacja płynna), jak i cyfrowych (regulacja skokowa).

Wartości użytych rezystancji mogą być dokładnie zmierzone, czyli napięcie wyjściowe może być również obliczone z dużą dokładnością. Tę właściwość dzielnika napięcia wykorzystuje się do poszerzania zakresu pomiarowego woltomierzy. Woltomierz mierzy napięcie dołączone do jego zacisków. Jeśli mierzone napięcie zostanie podłączone przez dzielnik napięcia wówczas

$U_{\text{woltomierza}}=U_{\text{dzielnika}}=U_{\text{mierzone}}\cdot {\frac {R_{1}}{R+R_{1}}},$

dlatego też:

$U_{\text{mierzone}}=U_{\text{woltomierza}}\cdot {\frac {R+R_{1}}{R_{1}}}=U_{\text{woltomierza}}\cdot k,$

gdzie stała $k$ jest zawsze większa od jedności (następuje więc poszerzenie zakresu pomiarowego), a jej wartość wynika tylko ze stosunku użytych rezystancji.

Dzielnik napięcia może się składać z więcej niż dwóch elementów połączonych szeregowo. Takie rozwiązanie jest stosowane np. w woltomierzach o zmiennych zakresach pomiarowych. Każde pośrednie napięcie wyjściowe reprezentuje odpowiedni zakres pomiarowy, którego wartość wynika z odpowiednich wartości rezystancji użytych w dzielniku.

Dzielnik napięcia przemiennego

Dzielniki napięcia mogą być także używane w układach prądu i napięcia przemiennego. Niemniej jednak, przy zasilaniu prądem przemiennym należy wziąć pod uwagę przesunięcia fazowe wynikające z występowania możliwych reaktancji pojemnościowych i indukcyjnych w samym dzielniku, jak również i w zasilającym obwodzie.

Najbardziej korzystnym jest używanie dzielnika napięciowego zbudowanego z bezindukcyjnych, bezpojemnościowych rezystorów, niemniej jednak nie zawsze jest to możliwe. Czasami więc stosuje się dzielniki pojemnościowe – zbudowane z dwóch kondensatorów.

Zobacz też

• dzielnik prądu

Linki zewnętrzne

• Wikibooks – Dzielnik napięcia