«Отобрать и поделить!» или вспоминаем что такое делитель напряжения в электрической цепи
В рамках учебных курсов по основам электробезопасности необходимо прочитать слушателям элементарнейшие основы электротехники. Учитывая то, что курсы я читал взрослым людям рабочих профессий, как правило в момент рассказа про всякие там законы Ома или Кирхгофа, о которых они уже лет 20 как забыли, я видел в глазах аудитории вселенскую печаль. Также в процессе проверки знаний у электротехнического персонала мне и моим коллегам приходилось на ходу придумывать простейшие задачки. Преподавать я, к сожалению, перестал. И теперь мне не с кем делиться новыми примерами о пользе знания основ электротехники, поэтому я решил убить двух зайцев с одной стороны освежить память для тех кто забыл, что такое делители напряжения, а с другой стороны поделится примером простой задачки, которую человек в принципе может решить в уме после того, как прослушает лекцию по этой теме.
Сегодня мы решим простейшую задачку по подключению двух источников света, рассчитанных на разное рабочее напряжение к одному источнику напряжения 12 Вольт.
Сразу скажу, что статья рассчитана на людей далеких от электроники. Я в принципе и сам не являюсь гуру в данной области, поэтому мы рассмотрим очень простые вопросы.
В нашей задаче в качестве потребителя для делителя напряжения используется светодиод, но на самом деле пример надо рассматривать в общем случае, для любого другого условного потребителя, без привязки к светодиоду.
Итак, перейдем к самой задаче:
Дано:
Uпит = 12 В;
U1= от 2.7 до 4.2 В - допустимое напряжение для светодиода D1;
ULamp = 12 В;
Набор сопротивлений из нескольких штук (Nmax = 10 шт)
каждое одинаковым номиналом 1000 Ом.
Найти:
Количество сопротивлений необходимое для делителя напряжения в цепи питающей D1 (N - ?), чтобы получить разницу потенциалов находящуюся в поле допуска U1.
Задача решается очень просто. Нам достаточно вспомнить, что при последовательном соединение сопротивлений в цепях постоянного тока, полное напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных участках.
Напряжение на участке цепи согласно закону Ома ищем по формуле U=I*R.
Ток в ветви протекает одинаковый, а значит падение напряжения на каждом из сопротивлений пропорционально его «вкладу» в общее сопротивление.
Сопротивлением светодиода и проводов пренебрежем.
Итак, давайте зададимся каким-нибудь удобным значением из диапазона доступных напряжений для D1. Пусть будет 4 Вольта, тогда мы сможем найти соотношение между U1 и напряжением источника питания:
U1/Uпит=4/12=0.333 или 1/3.
Уже догадались сколько понадобится одинаковых сопротивлений для нашего делителя напряжения? Правильно, как минимум 3.
Кстати, ничего страшного не произошло если бы мы взяли в качестве удобного значения из допустимого диапазона – 3В. Тогда 3/12=0.25 или одна четвертая. Соответственно, в таком случае мы бы взяли 4 сопротивления. Кстати светодиод D1 тогда светился бы более тускло.
А вот вариант с двумя или с пятью сопротивлениями в данном конкретном случае по условию задачи не подошел бы (хотя на практике мог бы и подойти).
Ответ на вопрос "почему?", будет вам в качестве домашнего задания.
Само собой задача выглядит надуманной, например на практике, для светодиода важнее ограничить ток чем, напряжение. И в принципе мы могли бы обойтись одним токоограничивающим резистором. Лампочка на 12В в этой задаче, не является необходимым элементом, её можно использовать ля дополнительных вопросов при проверке знаний.
Просто я часто сталкиваюсь с людьми, в том числе из сферы энергетики, которые совсем не помнят про закон Ома, про правила последовательного соединения сопротивлений, про то как сделать делитель напряжения, поэтому решил, что статья на таком популярном портале лишней не будет, может кто-нибудь да прочтет.
P.S. на практике делитель напряжения, может пригодиться для того, чтобы согласовать уровни напряжения при подключения микроконтроллера Arduino к Raspberry PI с помощью UART (https://habr.com/ru/post/497324/#III)
