Diviseur de courant

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Calculatrice (ou crayon et papier pour faire de l'arithmétique)
• Batterie 6 volts
• Assortiment de résistances entre 1 KΩ et 100 kΩ en valeur

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 6 : « Circuits diviseurs et lois de Kirchhoff »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour illustrer comment utiliser Voltmètre
• Pour illustrer comment utiliser l'ampèremètre
• Pour illustrer comment utiliser l'ohmmètre
• Pour illustrer comment utiliser la loi d'Ohm
• Pour illustrer comment utiliser la loi actuelle de Kirchhoff (KCL)
• Pour illustrer comment utiliser la conception du diviseur actuel

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

Normalement, il est considéré comme inapproprié de fixer plus de deux fils sous une seule vis de bornier.

Dans cette illustration, je montre trois fils se joignant à la vis supérieure de la cosse la plus à droite utilisée sur cette bande.

Ceci est fait pour la facilité de prouver un concept (de sommation actuelle à un nœud de circuit) et ne représente pas une technique d'assemblage professionnelle.

Le caractère non professionnel de la méthode de construction « à forme libre » ne mérite aucun commentaire supplémentaire.

INSTRUCTIONS

Encore une fois, je montre différentes méthodes pour construire le même circuit :maquette, bornier et « forme libre ».

Expérimentez tous ces formats de construction et familiarisez-vous avec leurs avantages et inconvénients respectifs.

Sélectionnez trois résistances dans votre assortiment de résistances et mesurez la résistance de chacune avec un ohmmètre.

Notez ces valeurs de résistance avec un stylo et du papier, pour référence dans vos calculs de circuit.

Connectez les trois résistances en parallèle les unes aux autres et avec la batterie 6 volts, comme indiqué sur les illustrations.

Mesurez la tension de la batterie avec un voltmètre après y avoir connecté les résistances, en notant également ce chiffre de tension sur papier.

Il est conseillé de mesurer la tension de la batterie pendant qu'elle alimente le circuit de résistance car cette tension peut différer légèrement d'une condition à vide.

Mesurez la tension aux bornes de chacune des trois résistances. Que remarquez-vous ? Dans un circuit en série, courant est égal pour tous les composants à un moment donné.

Dans un circuit parallèle, tension est la variable commune à tous les composants.

Utilisez la loi d'Ohm (I=E/R) pour calculer le courant à travers chaque résistance, puis vérifiez cette valeur calculée en mesurant le courant avec un ampèremètre numérique.

Placez la sonde rouge de l'ampèremètre au point où les extrémités positives (+) des résistances se connectent et soulevez un fil de résistance à la fois, en connectant la sonde noire de l'appareil au fil levé.

De cette manière, mesurez chaque courant de résistance, en notant à la fois l'amplitude du courant et la polarité. Dans ces illustrations, je montre un ampèremètre utilisé pour mesurer le courant à travers R₁ :

Mesurez le courant pour chacune des trois résistances, en comparant avec les chiffres de courant calculés précédemment.

Avec l'ampèremètre numérique connecté comme indiqué, les trois indications doivent être positives et non négatives.

Maintenant, mesurez le courant total du circuit, en gardant la sonde rouge de l'ampèremètre sur le même point du circuit, mais en déconnectant le fil menant au côté positif (+) de la batterie et en y touchant la sonde noire :

Notez à la fois l'amplitude et le signe du courant comme indiqué par l'ampèremètre. Ajoutez ce chiffre (algébriquement) aux trois courants de résistance.

Que remarquez-vous sur le résultat qui est similaire à l'expérience de la loi de tension de Kirchhoff ? La loi du courant de Kirchhoff s'applique aux courants « s'additionnant » en un point (nœud) d'un circuit, tout comme la loi de la tension de Kirchhoff s'applique aux tensions s'additionnant dans une boucle en série :dans les deux cas, la somme algébrique est égale à zéro.

Cette loi est également très utile dans l'analyse mathématique des circuits. Avec la loi de tension de Kirchhoff, il nous permet de générer des équations décrivant plusieurs variables dans un circuit, qui peuvent ensuite être résolues à l'aide de diverses techniques mathématiques.

Considérez maintenant les quatre mesures de courant comme tous des nombres positifs :les trois premiers représentant le courant à travers chaque résistance et le quatrième représentant le courant total du circuit en tant que somme positive des trois courants de « branche ». Chaque courant de résistance (branche) est une fraction, ou un pourcentage, du courant total. C'est pourquoi un circuit de résistance parallèle est souvent appelé diviseur de courant .

Déconnectez la batterie du reste du circuit et mesurez la résistance entre les résistances parallèles.

Vous pouvez lire la résistance totale sur n'importe quel des bornes des résistances individuelles et obtenir la même indication :ce sera une valeur inférieure à l'une des valeurs de résistance individuelle.

Ceci est souvent surprenant pour les nouveaux étudiants en électricité, que vous lisiez exactement le même chiffre de résistance (total) lorsque vous connectez un ohmmètre à n'importe lequel d'un ensemble de résistances connectées en parallèle.

Cela a du sens, cependant, si vous considérez les points d'un circuit parallèle en termes de communauté électrique.

Tous les composants parallèles sont connectés entre deux ensembles de points électriquement communs.

Étant donné que le compteur ne peut pas distinguer les points communs les uns aux autres par le biais d'une connexion directe, lire la résistance sur une résistance revient à lire la résistance de toutes.

Il en va de même pour la tension, c'est pourquoi la tension de la batterie peut être lue sur n'importe laquelle des résistances aussi facilement qu'elle pourrait être lue directement sur les bornes de la batterie.

Si vous divisez la tension de la batterie (précédemment mesurée) par ce chiffre de résistance totale, vous devriez obtenir un chiffre pour le courant total (I=E/R) correspondant étroitement au chiffre mesuré.

Le rapport du courant de résistance au courant total est le même que le rapport de la résistance totale à la résistance individuelle.

Par exemple, si une résistance de 10 kΩ fait partie d'un circuit diviseur de courant avec une résistance totale de 1 kΩ, cette résistance conduira 1/10 du courant total, quelle que soit la valeur de ce courant total.

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Les ampèremètres dans les simulations SPICE sont en fait des sources de tension nulle insérées dans les chemins du flux d'électrons.

Vous remarquerez les sources de tension V_ir1 , V_ir2 , et V_ir3 sont mis à 0 volts dans la netlist. Lorsque des électrons entrent du côté négatif de l'une de ces batteries « factices » et sortent du positif, l'indication de courant de la batterie sera un nombre positif.

En d'autres termes, ces sources 0 volts doivent être considérées comme des ampèremètres avec la sonde rouge sur le côté long du symbole de la batterie et la sonde noire sur le côté court.

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

Diviseur de courant v1 1 0 r1 3 0 2k r2 4 0 3k r3 5 0 5k vitalité 2 1 dc 0 vir1 2 3 dc 0 vir2 2 4 dc 0 vir3 2 5 dc 0 .dc v1 6 6 1 .print dc i(vitotal) i(vir1) i(vir2) i(vir3) .finir 

Une fois exécuté, SPICE imprimera une ligne de texte contenant quatre chiffres actuels, le premier courant représentant le total en tant que quantité négative et les trois autres représentant les courants pour les résistances R₁ , R₂ , et R₃ .

Lorsqu'ils sont additionnés algébriquement, le chiffre négatif et les trois chiffres positifs forment une somme de zéro, comme décrit par la loi actuelle de Kirchhoff.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les circuits du diviseur de courant