电位差定义
考虑在均匀电场中将电荷从A移动到B的任务。让这种运动与电场相对立。一些功将由外力对该电荷完成,并且该功会将势能更改为更高的值。完成的功量等于势能的变化。势能的这种变化将导致两点A和B之间的电位差。这种电位差称为电位差,以伏特 (V) 为单位进行测量。
电位差用∆V表示,定义为两点之间的电位或电压差。
如果 VA 是 A 处的电位,VB 是 B 处的电位,那么从电位差的定义来看,
∆VBA = VB – VA
例如,考虑以下电阻R1。
施加在电阻一端(A点)的电位为8 V,电阻另一端(B点)的电位为5 V。
两点 A 和 B 之间的电位差为
VAB = 8 – 5 = 3 V。
这也称为电阻两端的电位。
电流以电荷的形式在电路中流动,而电位不会流动或移动。两点之间应用电位差。
两点之间的电位差单位是伏特。伏特定义为 1 欧姆 (Ω) 电阻器上的电位降,其中 1 安培电流流过它。
因此
1 伏 = 1 安培×1 欧姆
V = I × R
根据欧姆定律,线性电路中流动的电流与电路上的电位差成正比。因此,如果施加在电路上的电位差更大,则电路中流动的电流更大。
例如,如果1 Ω电阻的一侧处于8 V电位,另一侧处于2 V,则电阻两端的电位差为5 V。流入电阻器的电流为
I = V/R= 5V/1 Ω = 5 安培。
现在,对于相同的1 Ω电阻,如果一端施加的电位从8 V提高到12 V,另一端的电位从2 V提高到4 V。然后,电阻两端的电位差现在为8 V。在这种情况入电阻器的电流为 8 安培。
I = V/R= 8V/1 Ω = 8 安培。
通常在电路中,较低的电位是大地或接地。该值通常被认为是0 V,因此电位差等于施加的电压。接地被认为是电路中的公共点。这种将接地或接地作为电路中公共点的参考有助于轻松理解电路。电位差也称为电压。
串联的电压相加,给出电路中的总电压。这可以在串联连接的电阻器中观察到。如果 V1、V2 和 V3 串联,则总电压 VT 由下式给出
VT= V1 + V2 +V3。
如果元件并联,则它们两端的电压相等。这可以在并联教程中的电阻器中观察到。
VT= V1 = V2 = V3。
电位差示例
- 如果转移 1500 焦耳的势能以在电池的端子之间移动 125 库仑的电荷,则电位差为
∆E = 1500 J
Q = 125 C
电位差 V = ∆E / C
V = 1500 / 125 = 12 焦耳 / 库仑 = 12 V
- 考虑电阻为 10 Ω的电阻。让电阻的一端连接到15 V的电位。让电阻的另一端连接到5 V电位。流过电阻的电流可以计算如下。
电阻器的两个端子分别处于两个不同的电位,即 15 V 和 5 V。设两个端子为 A 和 B。因此,A 处的电压为 VA = 15 V,B 处的电压为 VB = 5 V。然后,A和B之间的电位差是电阻两端的电压。
VAB = VA – VB = 15 – 5 = 10 V。
然后可以使用欧姆定律计算流过电阻器的电流
I = VAB / R = 10 / 10 = 1 安培。
分压器电路
串联电阻用于产生分压器电路。分压器是一种线性电路,其输出电压是输入电压的一小部分。
下面显示了带有2个电阻的简单分压器电路。
串联连接中每个电阻两端的电位取决于电阻值。分压器的原理是产生一个是输入电压的一小部分的电压。
以下电路用于显示多个输出电压的分压器原理。
此处电阻R1、R2、R3和R4串联。每个电阻两端的输出电压以公共点P为基准。设串联电阻的等效电阻为RT。然后 RT= R1 + R2 + R3 + R4。
让每个电阻两端的电位差为 VR1, VR2, VR3和 VR4分别用于 R1、R2、R3 和 R4。然后,上述电路可以产生4种不同的电压,这些电压是电源电压V的分数。
分压器公式
典型分压器电路中的输出电压值计算如下。
此处的 Vin 是电源电压。I是电路中流过两个电阻的电流。
设VR1是电阻R1两端的压降,VR2是电阻R2两端的压降。然后,这些单个压降的总和等于电路两端的总电压,即电源电压Vin。
Vin = VR1 + VR2 – – – 1
每个电阻上各个压降的公式可以根据欧姆定律计算得出。
VR1 = I × R1 – – – 2
VR2 = I × R2 – – – 3
但电阻R2两端的电压为VOUT。
因此 VOUT = I × R2 – – – 4
因此,从等式 1、2 和 3
Vin = I × R1 + I × R2 = I × (R1 + R2) – – – 5
但是电流I在输出电压方面的值可以使用公式4写如下。
I = VOUT / R2 – – – 6
使用等式 5 和 6
VOUT = 电压× (R¬2 / R1 + R2)
因此,VOUT = VIN × R2/(R1+R2)
对于具有多个输出的分压器电路,可以使用以下公式计算输出电压。
VX = V × (RX / REQ)
其中 VX 是要找到的电压。
RX是输出电压上的总电阻。
RX 的可能值为
R1 介于 P 和 P1 之间
R 1 + R2 介于 P 和 P2 之间
R1 + R2 + R3 在 P 和 P3 之间
R1 + R2 + R3 + R4 在 P 和 P4 之间。
R情 商是串联连接中电阻的等效电阻。
R情 商= R1 + R2 + R3 + R4
V是电源电压。
因此,可能的输出电压为
V1 = V × R1 / R情 商
V2 = V ×(R1 + R2) / R情 商
V3 = V × (R1 + R2 + R3) / R情 商
V4 = V × (R1 + R2 + R3 + R4) / R情 商= V
分压器示例
考虑以下分压器电路。
它由三个串联的电阻组成,以产生两个输出电压。电源电压为 240 V。
电阻值为 R1 = 10 Ω、R2 = 20 Ω和 R3 = 30 Ω。
因此电路的等效电阻为
R情 商= R1 + R2 + R3 = 10 + 20 + 30 = 60 Ω。
现在,两种可能的输出电压可以计算如下:
V输出1= V × (R2 + R3) / REQ
V输出1= 240 × (20 + 30) / 60
V输出1= 200 V。
V输出2= V× R3 / REQ
V输出2= 240 × 30 / 60
V输出2= 120 V.
电路中的电流为
I = V / R情 商= 240 / 60 = 4 安培。
因此,每个电阻器上的各个压降可以计算如下:
VR1= I × R1 = 4 × 10 = 40 V。
VR2= I × R2 = 4 × 20 = 80 V。
VR3= I × R3 = 4 ×30 = 120 V。
分压器电路的应用
串联的电阻器将形成分压器电路。分压器原理是电位计结构的基础,电位计充当简单的电压调节器。
分压器电路用于传感电路。分压器电路形式最常用的传感器是热敏电阻和光相关电阻器。
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