Divisor de tensão

PEÇAS E MATERIAIS

• Calculadora (ou lápis e papel para fazer aritmética)
• bateria de 6 volts
• Variedade de resistores entre 1 KΩ e 100 kΩ de valor

Estou restringindo propositalmente os valores de resistência entre 1 kΩ e 100 kΩ para obter leituras precisas de tensão e corrente com seu medidor.

Com valores de resistência muito baixos, a resistência interna do amperímetro tem um impacto significativo na precisão da medição.

Valores de resistência muito altos podem causar problemas para medição de tensão, a resistência interna do voltímetro alterando substancialmente a resistência do circuito quando ele é conectado em paralelo com um resistor de alto valor.



REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 6:"Circuitos Divisores e Leis de Kirchhoff"



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Uso de voltímetro
• Uso do amperímetro
• Uso do ohmímetro
• Uso da Lei de Ohm
• Uso da Lei de Voltagem de Kirchhoff (“KVL”)
• Projeto do divisor de tensão

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO









ILUSTRAÇÃO











INSTRUÇÕES

Aqui são mostrados três métodos diferentes de construção de circuito:em uma placa de ensaio, em uma faixa de terminais e "formato livre".

Experimente construir o mesmo circuito em todas as formas para se familiarizar com as diferentes técnicas de construção e seus respectivos méritos.

O método de “forma livre” - onde todos os componentes são conectados juntos com fios de jumper do tipo “jacaré” - é o menos profissional, mas apropriado para um experimento simples como este.

A construção da placa de ensaio é versátil e permite alta densidade de componentes (muitas peças em um espaço pequeno), mas é bastante temporária.

As réguas de terminais oferecem uma forma de construção muito mais permanente ao custo da baixa densidade dos componentes.

Selecione três resistores de sua variedade de resistores e meça a resistência de cada um com um ohmímetro.

Observe esses valores de resistência com caneta e papel, para referência em seus cálculos de circuito.

Conecte os três resistores em série e à bateria de 6 volts, conforme mostrado nas ilustrações.

Meça a tensão da bateria com um voltímetro depois que os resistores forem conectados a ela, anotando essa figura de tensão também no papel.

É aconselhável medir a tensão da bateria enquanto ela alimenta o circuito do resistor porque essa tensão pode ser ligeiramente diferente de uma condição sem carga.

Vimos esse efeito exagerado no experimento de “bateria paralela” ao alimentar uma lâmpada de alta potência:a tensão da bateria tende a “cair” ou “cair” sob carga.

Embora este circuito de três resistores não deva apresentar uma carga forte o suficiente (corrente insuficiente) para causar uma “queda” significativa de tensão, medir a tensão da bateria sob carga é uma boa prática científica porque fornece dados mais realistas.

Use a Lei de Ohm (I =E / R) para calcular a corrente do circuito, em seguida, verifique este valor calculado medindo a corrente com um amperímetro como este (versão de "tira terminal" do circuito mostrado como uma escolha arbitrária no método de construção):







Se os valores do seu resistor estiverem realmente entre 1 kΩ e 100 kΩ, e a tensão da bateria for de aproximadamente 6 volts, a corrente deve ser um valor muito pequeno, na faixa de miliamperes (mA) ou microamp (µA).

Quando você mede a corrente com um medidor digital, o medidor pode mostrar o símbolo de prefixo métrico apropriado (m ou µ) em algum canto do visor.

Esses indicadores de prefixo métrico são fáceis de ignorar ao ler o visor de um medidor digital, então preste muita atenção!

O valor medido da corrente deve estar de acordo com o cálculo da Lei de Ohm.

Agora, pegue esse valor calculado para a corrente e multiplique-o pelas respectivas resistências de cada resistor para prever suas quedas de tensão (E =IR).

Mude seu multímetro para o modo de “tensão” e meça a queda de tensão em cada resistor, verificando a precisão de suas previsões.

Novamente, deve haver um acordo próximo entre os valores de tensão calculados e medidos.

Cada queda de tensão do resistor será uma fração ou porcentagem da tensão total, daí o nome divisor de tensão dado a este circuito.

Este valor fracionário é determinado pela resistência do resistor particular e a resistência total.

Se um resistor cair 50% da tensão total da bateria em um circuito divisor de tensão, essa proporção de 50% permanecerá a mesma, desde que os valores do resistor não sejam alterados.

Portanto, se a tensão total for 6 volts, a tensão nesse resistor será 50% de 6 ou 3 volts. Se a tensão total for de 20 volts, o resistor cairá 10 volts, ou 50% de 20 volts.

A próxima parte deste experimento é uma validação da Lei de Voltagem de Kirchhoff.

Para isso, você precisa identificar cada ponto único no circuito com um número.

Os pontos que são eletricamente comuns (diretamente conectados uns aos outros com resistência insignificante entre eles) devem ter o mesmo número.

Um exemplo usando os números de 0 a 3 é mostrado aqui em forma ilustrativa e esquemática.

Na ilustração, mostro como os pontos no circuito podem ser rotulados com pequenos pedaços de fita, números escritos na fita:









Usando um digital voltímetro (isso é importante!), meça as quedas de tensão em torno do loop formado pelos pontos 0-1-2-3-0.

Escreva no papel cada uma dessas tensões, junto com seu respectivo sinal conforme indicado pelo medidor.

Em outras palavras, se o voltímetro registrar uma tensão negativa, como -1,325 volts, você deve escrever esse número como um número negativo.

não inverta as conexões da sonda do medidor com o circuito para fazer com que o número seja lido "corretamente".

O sinal matemático é muito significativo nesta fase do experimento! Aqui está uma sequência de ilustrações que mostram como "dar uma volta" no loop do circuito, começando e terminando no ponto 0:













Usar o voltímetro para "dar um passo" ao redor do circuito desta maneira resulta em três valores de tensão positivos e um negativo:







Essas figuras, somadas algebricamente (“algebricamente” =respeitando os sinais dos números), devem ser iguais a zero.

Este é o princípio fundamental da Lei da Tensão de Kirchhoff:que a soma algébrica de todas as quedas de tensão em um "loop" somam zero.

É importante perceber que o “loop” contornado não precisa ser o mesmo caminho que a corrente percorre no circuito, ou mesmo um caminho legítimo de corrente.

O loop em que calculamos as quedas de tensão pode ser qualquer coleção de pontos , desde que comece e termine com o mesmo ponto.

Por exemplo, podemos medir e adicionar as tensões no circuito 1-2-3-1, e elas formarão uma soma de zero também:













Tente pisar entre qualquer conjunto de pontos, em qualquer ordem, em torno de seu circuito e veja por si mesmo que a soma algébrica sempre é igual a zero.

Esta lei é válida independentemente da configuração do circuito:série, paralelo, série-paralelo ou mesmo uma rede irredutível.

A Lei de Tensão de Kirchhoff é um conceito poderoso, que nos permite prever a magnitude e a polaridade das tensões em um circuito, desenvolvendo equações matemáticas para análise com base na verdade de todas as tensões em um loop somando zero.

Este experimento tem como objetivo fornecer evidências empíricas e uma compreensão profunda da Lei da Tensão de Kirchhoff como um princípio geral.



SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Netlist (faça um arquivo de texto contendo o seguinte texto, literalmente):

 Divisor de tensão v1 3 0 r1 3 2 5k r2 2 1 3k r3 1 0 2k .dc v1 6 6 1 * Voltagens em torno de 0-1-2-3-0 loop somam algebricamente a zero:.print dc v (1,0) v (2,1) v (3,2) v (0,3) * As tensões em torno do loop 1-2-3-1 somam algebricamente a zero:.print DC v (2,1) v (3,2) v (1,3) .fim 

Esta simulação de computador é baseada nos números dos pontos mostrados nos diagramas anteriores para ilustrar a Lei da Tensão de Kirchhoff (pontos 0 a 3).

Os valores do resistor foram escolhidos para fornecer proporções de 50%, 30% e 20% da tensão total em R ₁ , R ₂ e R ₃ , respectivamente. Sinta-se à vontade para modificar o valor da fonte de tensão (em “ .dc ”Linha, mostrada aqui como 6 volts), e / ou os valores do resistor.

Quando executado, o SPICE imprimirá uma linha de texto contendo quatro valores de voltagem e, em seguida, outra linha de texto contendo três valores de voltagem, junto com muitas outras linhas de texto que descrevem o processo de análise. Some os valores de tensão em cada linha para ver que a soma é zero.



PLANILHAS RELACIONADAS:

Planilha de Circuitos Divisores de Tensão