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電學與電子學 · 直流電路

分壓與負載效應

串聯電阻中間節點的電壓由電阻之比決定,但在輸出端接入負載後,這一比例會發生變化。

相關實驗:分壓與可變電阻 →
分壓與可變電阻
分壓與可變電阻實驗場景 →

意義與機制

分壓器是從串聯電阻中取出部分電壓的電路。輸出為其中一個電阻兩端的電壓。空載時,兩個電阻中流過相同的電流。

輸出端接入負載後,下方電阻與負載構成並聯。等效電阻減小,輸出電壓可能低於原來的空載輸出電壓。

關係與條件

在沒有負載的情況下,Vout = Vin * R₂ / (R₁ + R₂)。當存在負載 RL 時,我們不使用 R₂,而是使用 R₂ ∥ RL 進行計算。電阻器的位置,被替換為兩個電阻的比例。

為了近似使用分壓器電路,需要一個足夠大的電阻。與電源保持輸出穩定,即使負載發生顯著變化的情況不同,分壓器並不能實現。

觀察實驗中需要注意的事物

沒有負載,Vout = αVin。新增負載會降低輸出電壓。

理想的電位器具有總電阻 10 kΩ。 調整範圍限制在 5–95%,以避免在端點處發生短路。 示波器具有無限電阻。 請使用此模擬,不要使用實際電源或電源插座進行復制。

關鍵關係與符號

R₂ = αR · Vout = Vin(R₂ ∥ RL)/(R₁ + R₂ ∥ RL)

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
R₁, R₂上行和下行電阻Ω
RL輸出端連線的負載電阻Ω
Vout輸出電壓V

透過範例確認

輸入 6 V,除波比位置 50%,和 10 kΩ 的負載,輸出是什麼?

2.4 V

常見誤解

  • 即使可變電阻的位置相同,輸出電壓也可能因所接負載不同而改變。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)