分压器的原理及应用-无载和有载的区别

电气设备和电子仪器常需要一个能从零到最高电压可调的电压。如对于白炽灯泡的亮度、放大器的工作点或直流电动机的转速，均可通过改变其电压进行调整。当对白炽灯泡进行亮度调节时，可以通过如利用迪梅尔电路中的晶闸管无损耗的进行调节。对于小功率的电路，如放大器的输入，可以通过图3-11所示串联的固定电阻或用可调电阻（电位计）来改变其电压。这些电路均基于分压原理。

分电器，如图3-12所示，是由串联的两个电阻R₁和R₂组成。串联电路的两个外端子上作用有电压U；在电阻R₂上有分电压或输出电压U₂，当不接用电器时为电压U₂₀（开路电压）。电阻R有抽头，如滑动触点，其功能是如图3-13所示能把输出电压连续地从0V变化到工作电压。或按电阻R₁和R₂的值来调节。电位计滑动触点的位置可以把电压U₂₀置于U₂₀=U（滑动触点处在最上端）或U₂₀=0V（滑动触点处在最下端）。

图3-12 固定式无载分压器

图3-13 连续可调式分压器

用一个可无级调节的电阻（电位计）可把输出电压从0V调到工作电压。

与带串联电阻的电路相反，分压器的电压可在空载时即不接用电器的情况下进行调节。

分压器分为无载的和有载的。

无载分压器。无载分压器（图3-14）没有电流输出。这种情况称为空载运行。总电压U被分成分电压U₁和U₂。开路电压U₂₀。断路电压U₂₀与总电压U的比同电阻R₂与总电阻R（R=R₁+R₂）的比相同。

式中 U——总电压；

U₂₀——空载运行时的分电压（断路电压）；

R₁、R₂——分压器的电阻。

计算例题：

图3-14 无载分压器分电压的确定（工作点）

一个无载分压器的分压电阻为R₁=82Ω、R₂=220Ω，所施加的总电压为U=40V

求分压电阻R₂上的电压。

解：

分电压也可以用图示来确定。在组合特性曲线图3-14中，对于电阻R₂有一条从原点开始上升的直线。对于R₁为一条下降的特性曲线。这条特性曲线的始点在纵坐标的短路电流I_k=U/R₁处，而终点是在横坐标的总电压U处。两条直线有一个交点A（工作点）。交点A在横坐标上的投影为分压；在纵坐标上的投影为电路的电流I。(www.xing528.com)

有载分压器。当分压器接上用电器并输出电流时，此分压器便有了负载（图3-15）。

实验3-11：用一个R=100Ω的调整电阻按图3-15所示构成一个分压器电路，并施一个24V的电压。把一个R_L=47Ω的负载电阻并联到R₂上。测量开关闭合和打开时的电压和总电流。

图3-15 有载分压器测量电路

当开关闭合时，电压U₂低于开关打开时，而总电流则大于开关打开时。

负载电流I_L流过负载电阻R_L，而贯穿电流I_q流过电阻R₂（图3-16）。流过电阻R₁的电流为两电流的和I=I_L+I_q。在有负载时，因为R₂和R_L的并联电路的等效电阻比R₂小，所以所承受的电流大。同样，其分压器的等效电阻也比无载状态时小。贯穿电流在R上产生损耗热。

有载分压器的分电压U₂与总电压之比等于并联电路等效电阻R_2L与总电阻R（R=R₁+R_2L）之比。

有载分压器：

式中 R_L——负载电阻；

R₁，R₂——分压器电阻；

R_2L——R₂和R_L的等效电阻；

U——总电压；

U₂——有载时的分电压；

I_L——负载电流；

I_q——贯穿电流；

q——贯穿电流比。

开路电压U₂₀是分压器无负载时形成的最大分压器输出电压。对于无载分压器，每调一次滑动触头便有一个相应的开路电压U₂₀。当分压器带负载时，电压U₂的变化不仅与滑动触头的变化相关，而且还与负载电阻R_L有关。调整电阻的阻值等于或小于负载电阻R_L。贯穿电流I_q大于负载电流I_L。

图3-16 所承受的电压分压

有载分压器的输出电压，当贯穿电流I_q与负载电流I_L之比（贯穿电流比q=I_q/I_L，例如q≥5）越大，则其越稳定。