Circuits diviseurs de tension

Analysons un circuit en série simple et déterminons les chutes de tension sur les résistances individuelles :

A partir des valeurs données des résistances individuelles, nous pouvons déterminer une résistance totale du circuit, sachant que les résistances s'additionnent en série :

Déterminer la résistance totale du circuit

À partir de là, nous pouvons utiliser la loi d'Ohm (I=E/R) pour déterminer le courant total, dont nous savons qu'il sera le même que le courant de chaque résistance, les courants étant égaux dans toutes les parties d'un circuit en série :

Utilisez la loi d'Ohm pour calculer le courant

Maintenant, sachant que le courant du circuit est de 2 mA, nous pouvons utiliser la loi d'Ohm (E=IR) pour calculer la tension aux bornes de chaque résistance :

Il devrait être évident que la chute de tension à travers chaque résistance est proportionnelle à sa résistance, étant donné que le courant est le même à travers toutes les résistances. Remarquez comment la tension aux bornes de R₂ est le double de la tension aux bornes de R₁ , tout comme la résistance de R₂ est le double de R₁ .

Si nous devions changer la tension totale, nous trouverions que cette proportionnalité des chutes de tension reste constante :

Résolution des taux de chute de tension

La tension aux bornes de R₂ est toujours exactement le double de R₁ chute, malgré le fait que la tension de la source a changé. La proportionnalité des chutes de tension (rapport de l'une à l'autre) est strictement fonction des valeurs de résistance.

Avec un peu plus d'observation, il devient évident que la chute de tension à travers chaque résistance est également une proportion fixe de la tension d'alimentation. La tension aux bornes de R₁ , par exemple, était de 10 volts lorsque l'alimentation de la batterie était de 45 volts. Lorsque la tension de la batterie a été augmentée à 180 volts (4 fois plus), la tension chute aux bornes de R₁ également multiplié par 4 (de 10 à 40 volts). Le rapport entre R₁ Cependant, la chute de tension et la tension totale n'ont pas changé :

De même, aucun des autres rapports de chute de tension n'a changé avec l'augmentation de la tension d'alimentation :

Formule du diviseur de tension

Pour cette raison, un circuit en série est souvent appelé diviseur de tension pour sa capacité à proportionner ou diviser la tension totale en portions fractionnaires de rapport constant. Avec un peu d'algèbre, nous pouvons dériver une formule pour déterminer la chute de tension de la résistance en série en ne tenant compte que de la tension totale, de la résistance individuelle et de la résistance totale :

Le rapport de la résistance individuelle à la résistance totale est le même que le rapport de la chute de tension individuelle à la tension d'alimentation totale dans un circuit diviseur de tension. C'est ce qu'on appelle la formule du diviseur de tension , et c'est une méthode de raccourci pour déterminer la chute de tension dans un circuit en série sans passer par les calculs de courant de la loi d'Ohm.

Exemple d'utilisation de la formule du diviseur de tension

En utilisant cette formule, nous pouvons réanalyser les chutes de tension de l'exemple de circuit en moins d'étapes :

Tension - Composants de division

Les diviseurs de tension trouvent une large application dans les circuits de compteurs électriques, où des combinaisons spécifiques de résistances en série sont utilisées pour « diviser » une tension dans des proportions précises dans le cadre d'un appareil de mesure de tension.

Potentiomètres en tant que composants de division de tension

Un appareil fréquemment utilisé comme composant de division de tension est le potentiomètre , qui est une résistance avec un élément mobile positionné par un bouton ou un levier manuel. L'élément mobile, généralement appelé essuie-glace , entre en contact avec une bande résistive de matériau (communément appelée slidewire s'il est en fil métallique résistif) en tout point sélectionné par la commande manuelle :

Le contact d'essuie-glace est le symbole de flèche orienté vers la gauche dessiné au milieu de l'élément de résistance vertical. Lorsqu'il est déplacé vers le haut, il entre en contact avec la bande résistive plus près de la borne 1 et plus loin de la borne 2, abaissant la résistance à la borne 1 et augmentant la résistance à la borne 2. Lorsqu'elle est déplacée vers le bas, l'effet inverse se produit. La résistance mesurée entre les bornes 1 et 2 est constante quelle que soit la position des essuie-glaces.

Potentiomètres rotatifs ou linéaires

Montré ici sont des illustrations internes de deux types de potentiomètre, rotatif et linéaire.

Potentiomètres linéaires

Certains potentiomètres linéaires sont actionnés par le mouvement rectiligne d'un levier ou d'un bouton coulissant. D'autres, comme celui représenté dans l'illustration précédente, sont actionnés par une vis tournante pour une capacité de réglage fin. Ces dernières unités sont parfois appelées trimpots parce qu'ils fonctionnent bien pour les applications nécessitant une résistance variable à « couper » à une valeur précise.

Il convient de noter que tous les potentiomètres linéaires n'ont pas les mêmes affectations de bornes que celles illustrées dans cette illustration. Avec certains, la borne d'essuie-glace est au milieu, entre les deux bornes d'extrémité.

Potentiomètre rotatif

L'image ci-dessous montre la construction du corps d'un potentiomètre rotatif.

La photographie suivante montre un vrai potentiomètre rotatif avec essuie-glace et fil coulissant exposés pour une visualisation facile. L'axe qui déplace l'essuie-glace a été tourné presque complètement dans le sens des aiguilles d'une montre de sorte que l'essuie-glace touche presque l'extrémité gauche du câble coulissant :

Voici le même potentiomètre avec l'axe d'essuie-glace déplacé presque à fond dans le sens inverse des aiguilles d'une montre afin que l'essuie-glace soit près de l'autre extrémité de la course :

Effets des ajustements dans un potentiomètre dans un circuit

Si une tension constante est appliquée entre les bornes extérieures (sur toute la longueur du fil coulissant), la position de l'essuie-glace prélèvera une fraction de la tension appliquée, mesurable entre le contact de l'essuie-glace et l'une des deux autres bornes. La valeur fractionnaire dépend entièrement de la position physique de l'essuie-glace :

L'importance de l'application du potentiomètre

Tout comme le diviseur de tension fixe, le rapport de division de tension du potentiomètre est strictement fonction de la résistance et non de l'amplitude de la tension appliquée. En d'autres termes, si le bouton ou le levier du potentiomètre est déplacé à la position de 50 pour cent (centre exact), la chute de tension entre l'essuie-glace et l'une des bornes extérieures serait exactement la moitié de la tension appliquée, quelle que soit la tension à laquelle cette tension se produit. être, ou quelle est la résistance de bout en bout du potentiomètre. En d'autres termes, un potentiomètre fonctionne comme un diviseur de tension variable où le rapport de division de tension est défini par la position de l'essuie-glace.

Cette application du potentiomètre est un moyen très utile pour obtenir une tension variable à partir d'une source de tension fixe telle qu'une batterie. Si un circuit que vous construisez nécessite une certaine quantité de tension qui est inférieure à la valeur de la tension d'une batterie disponible, vous pouvez connecter les bornes extérieures d'un potentiomètre à travers cette batterie et « commuter » la tension dont vous avez besoin entre le potentiomètre essuie-glace et l'une des bornes extérieures à utiliser dans votre circuit :

Lorsqu'il est utilisé de cette manière, le nom potentiomètre est parfaitement logique :ils comptent (contrôler) le potentiel (tension) appliquée à travers eux en créant un rapport tension-diviseur variable. Cette utilisation du potentiomètre à trois bornes comme diviseur de tension variable est très populaire dans la conception de circuits.

Échantillons de petits potentiomètres

Voici plusieurs petits potentiomètres du type couramment utilisé dans les équipements électroniques grand public et par les amateurs et les étudiants dans la construction de circuits :

Les plus petites unités à l'extrême gauche et à l'extrême droite sont conçues pour se brancher sur une carte d'essai sans soudure ou être soudées sur une carte de circuit imprimé. Les unités centrales sont conçues pour être montées sur un panneau plat avec des fils soudés à chacune des trois bornes. Voici trois autres potentiomètres, plus spécialisés que l'ensemble qui vient d'être présenté :

La grande unité « Hélipot » est un potentiomètre de laboratoire conçu pour une connexion rapide et facile à un circuit. L'unité dans le coin inférieur gauche de la photographie est le même type de potentiomètre, juste sans boîtier ni cadran de comptage à 10 tours. Ces deux potentiomètres sont des unités de précision, utilisant des bandes de résistance à piste hélicoïdale multitours et des mécanismes d'essuie-glace pour effectuer de petits ajustements. L'unité en bas à droite est un potentiomètre à montage sur panneau, conçu pour un service rude dans les applications industrielles.

AVIS :

• Proportion des circuits en série, ou diviser , la tension d'alimentation totale parmi les chutes de tension individuelles, les proportions étant strictement dépendantes des résistances :ERn =ETotal (Rn / RTotal)
• Un potentiomètre est un composant à résistance variable avec trois points de connexion, fréquemment utilisé comme diviseur de tension réglable.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail des circuits diviseurs de tension