Przy projektowaniu obwodów elektrycznych możliwe są sytuacje, gdy w obwodzie płynie prąd o określonej wielkości, a obciążenie jest zaprojektowane na znacznie mniejsze zużycie. Specjalnie dla tego przypadku wymyślono oryginalne rozwiązania obwodów, zwane dzielnikami prądu. Ich praca opiera się na prawie Kirchhoffa znanym z kursu fizyki.
Definicja i zasada działania
Dzielnik prądu to specjalny obwód elektryczny ich 2 rezystorów, przez który można podzielić całkowity prąd I na dwie składowe (zdjęcie poniżej).
Każda ze składowych I1 i I2 przyjmuje wartości zależne od stosunku dwóch rezystorów (są do niej odwrotnie proporcjonalne). Przy równych rezystorach przez każdy z nich przepłynie połowa prądu.
Uwaga: Podstawą teoretyczną zasady działania dzielnika rezystancyjnego jest podstawowe prawo Kirchhoffa (suma prądów na wyjściu i wejściu jest równa).
Czasami, dla przedstawienia graficznego, przepływ elektronów porównuje się z szybką rzeką, w której prędkość ruchu wody odpowiada natężeniu prądu w przewodniku. Jeśli podzielimy jego kanał na dwie równe i równoległe płynące części, wówczas ciśnienie wody w każdej z nich (natężenie prądu) zmniejszy się dokładnie o połowę.
Analiza obecnego obwodu współdzielenia
Najpierw przedstawmy to w poniższym formularzu.
Różnica potencjałów (napięcie) między punktem wejściowym „A” a wyjściem „B” jest taka sama dla obu rezystorów. Każdy z nich ma swój własny opór, a ich sumę oblicza się według wzoru na połączenie równoległe, podanego poniżej:
Zgodnie z regułą Kirchhoffa (pierwszą) całkowity prąd definiuje się jako sumę dwóch składników rozgałęzionych wzdłuż łańcuchów. A prądy w każdym z tych obwodów są określone wzorami, które zawierają wartości zainstalowanych w nich rezystorów. Innymi słowy można to wyrazić następująco: aby zmienić prąd w wentylatorze włączonym np. Zamiast jednej z rezystancji wystarczy zmienić wartość drugiego (równoległego do niego) rezystora.
Po zainstalowaniu w jego miejscu potencjometru o zmiennej wartości można regulować prędkość obrotową łopatek wentylatora (zmieniać w nim prąd) w określonych granicach. Granice te zależą od rezystancji wewnętrznej uzwojenia silnika urządzenia oraz zakresu zmian wartości potencjometru.
Aktualny przykład obliczenia dzielnika
Jako przykład rozważmy przypadek znalezienia wartości I1 i I2 w sztucznie zorganizowanym dzielniku prądu o znanej całkowitej wartości I = 0,6 Ampera. Będzie to wymagało formuł pokazanych na poniższym zdjęciu:
Załóżmy na przykład, że R1 wynosi 100 omów, a R2 20 omów.
Dalsze działania są następujące:
- Zgodnie ze wzorem na prąd w jednej z gałęzi znajdujemy: I1 = 0,6x20 / (100 + 20) = 0,1 Ampera.
- Dla drugiego składnika określamy: I2 = 0,6x100 / (100 + 20) = 0,5 Ampera.
- Ponieważ następuje spadek mocy na R1 i R2, są one również wybierane zgodnie z tym wskaźnikiem zgodnie ze wzorem: P = IхIхR.
Dla rezystora R1 P = 0,1x0,1x100 = 1 W, a dla R2 wskaźnik ten wynosi P = 0,5x0,5x20 = 5 W. Biorąc pod uwagę margines, wybiera odpowiednio wartości 2 i 10 watów.