BỘ PHÂN ÁP LÀ GÌ? (CÓ VÍ DỤ) - VẬT LÝ - 2026

Bộ chia điện áp hoặc bộ phân áp bao gồm một tổ hợp các điện trở hoặc trở kháng mắc nối tiếp với nguồn. Bằng cách này, điện áp V được cung cấp bởi nguồn - điện áp đầu vào - được phân phối theo tỷ lệ trong mỗi phần tử, theo định luật Ohm:

Trong đó V _i là điện áp trên phần tử mạch, I là cường độ dòng điện chạy qua nó và Z _i là trở kháng tương ứng.

Hình 1. Bộ phân áp bằng điện trở gồm các điện trở mắc nối tiếp. Nguồn: Wikimedia Commons.

Khi bố trí nguồn và các phần tử trong một mạch điện kín, định luật thứ hai của Kirchhoff phải được thực hiện, trong đó nói rằng tổng của tất cả các điện áp giảm và tăng lên bằng 0.

Ví dụ, nếu mạch điện được coi là điện trở thuần và có sẵn nguồn 12 vôn, chỉ cần mắc hai điện trở giống nhau mắc nối tiếp với nguồn nói trên, hiệu điện thế sẽ được chia: mỗi điện trở sẽ có 6 Vôn. Và với ba điện trở giống nhau, bạn nhận được 4 V trong mỗi điện trở.

Vì nguồn biểu thị sự tăng điện áp nên V = +12 V. Và trong mỗi điện trở có điện áp giảm được biểu thị bằng dấu âm: - 6 V và - 6 V. Dễ dàng nhận thấy rằng định luật thứ hai của Kirchoff đã được ứng nghiệm:

+12 V - 6 V - 6 V = 0 V

Đây là nơi bắt nguồn của tên bộ chia điện áp, bởi vì bằng cách sử dụng điện trở nối tiếp, có thể dễ dàng thu được điện áp thấp hơn bắt đầu từ nguồn có điện áp cao hơn.

Phương trình phân áp

Hãy tiếp tục xem xét một mạch điện trở thuần túy. Ta biết rằng cường độ dòng điện I qua đoạn mạch điện trở nối tiếp với nguồn như hình 1 là như nhau. Và theo định luật Ohm và định luật thứ hai Kirchoff:

V = IR ₁ + IR ₂ + IR ₃ +… IR _i

Trong đó R ₁ , R ₂ … R _i đại diện cho mỗi điện trở nối tiếp của đoạn mạch. Như vậy:

V = I ∑ R _i

Vì vậy, hiện tại hóa ra là:

I = V / ∑ R _i

Bây giờ, hãy tính toán điện áp trên một trong các điện trở, ví dụ: điện trở R _i :

V _i = (V / ∑ R _i ) R _i

Phương trình trước được viết lại theo cách sau và chúng ta đã có sẵn quy tắc phân chia điện áp cho pin và điện trở N mắc nối tiếp:

Bộ chia điện áp với 2 điện trở

Nếu ta mắc mạch phân áp có 2 điện trở thì phương trình trên trở thành:

Và trong trường hợp đặc biệt khi R ₁ = R ₂ , V _i = V / 2, không phụ thuộc vào dòng điện, như đã nói ở phần đầu. Đây là bộ chia điện áp đơn giản nhất.

Trong hình sau là sơ đồ của bộ chia này, trong đó V, điện áp đầu vào, được ký hiệu là V _in , và V _i là điện áp thu được bằng cách chia điện áp giữa các điện trở R ₁ và R ₂ .

Hình 2. Bộ chia điện áp 2 điện trở mắc nối tiếp. Nguồn: Wikimedia Commons. Xem trang dành cho tác giả / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/).

Ví dụ về công việc

Quy tắc phân áp sẽ được áp dụng trong hai đầu mạch điện trở để thu được hiệu điện thế thấp hơn.

- Ví dụ 1

Nguồn 12 V có sẵn, được chia thành 7 V và 5 V bởi hai điện trở R ₁ và R ₂ . Có một điện trở cố định 100 Ω và một điện trở thay đổi có phạm vi trong khoảng từ 0 đến 1kΩ. Có những phương án nào để cấu hình mạch và đặt giá trị của biến trở R ₂ ?

Giải pháp

Để giải bài tập này ta sẽ sử dụng quy tắc chia hiệu điện thế hai đầu điện trở:

Giả sử R ₁ là điện trở ở hiệu điện thế 7 V và người ta đặt điện trở cố định R ₁ = 100 Ω

Điện trở R ₂ chưa biết phải ở mức 5 V:

YR ₁ đến 7 V:

5 (R ₂ +100) = 12 R ₂

500 = 7 R ₂

R ₂ = 71,43 Ω

Bạn cũng có thể sử dụng phương trình khác để nhận cùng một giá trị hoặc thay thế kết quả nhận được để kiểm tra sự bằng nhau.

Nếu bây giờ đặt điện trở cố định là R ₂ thì R ₁ là 7 V:

5 (100 + R ₁ ) = 100 x 12

500 + 5R ₁ = 1200

R ₁ = 140 Ω

Theo cách tương tự, có thể xác minh rằng giá trị này thỏa mãn phương trình thứ hai. Cả hai giá trị đều nằm trong phạm vi của điện trở thay đổi, do đó có thể thực hiện mạch yêu cầu theo cả hai cách.

- Ví dụ 2

Vôn kế dòng điện một chiều DC để đo điện áp trong một phạm vi nhất định, dựa trên bộ chia điện áp. Để chế tạo một vôn kế như vậy, cần phải có điện kế, ví dụ như của D'Arsonval.

Nó là một đồng hồ đo dòng điện, được trang bị một thang chia độ và một kim chỉ thị. Có rất nhiều mẫu điện kế, mẫu trong hình là một mẫu rất đơn giản, có hai đầu kết nối ở phía sau.

Hình 3. Một điện kế loại D'Arsonval. Nguồn: F. Zapata.

Điện kế có điện trở nội R _G tối đa hiện tại, dung nạp chỉ là một hiện tại nhỏ, gọi tôi _G . Do đó, điện áp trên điện kế là V _m = I _G R _G .

Để đo bất kỳ hiệu điện thế nào, vôn kế được đặt song song với phần tử cần đo và điện trở trong của nó phải đủ lớn để không hút dòng điện ra khỏi mạch, nếu không nó sẽ làm biến đổi nó.

Nếu chúng ta muốn sử dụng điện kế như một đồng hồ đo thì hiệu điện thế cần đo không được vượt quá mức tối đa cho phép, là độ lệch lớn nhất của kim mà thiết bị có được. Nhưng chúng ta giả sử rằng V _m là nhỏ, vì I _G và R _G là.

Tuy nhiên, khi điện kế được mắc nối tiếp với một điện trở R _S , được gọi là điện trở hạn chế, chúng ta có thể mở rộng phạm vi đo của điện kế từ V nhỏ _m đối với một số ε điện áp lớn hơn. Khi đạt đến điện áp này, kim dụng cụ sẽ bị lệch tối đa.

Phương án thiết kế như sau:

Hình 4. Thiết kế của một vôn kế dùng điện kế. Nguồn: F. Zapata.

Trong hình 4 bên trái, G là điện kế và R là điện trở bất kỳ mà bạn muốn đo điện áp V _x .

Hình bên cho biết đoạn mạch có G, R _G và R _S tương đương với một vôn kế được đặt song song với điện trở R.

Vôn kế toàn quy mô 1V

Ví dụ, giả sử điện trở bên trong của điện kế là R _G = 50 Ω và dòng điện tối đa mà nó hỗ trợ là I _G = 1 mA, thì điện trở giới hạn RS của vôn kế được chế tạo với điện kế này để đo điện áp tối đa là 1 V được tính Vì thế:

I _G (R _S + R _G ) = 1 V

R _S = (1 V / 1 x 10 ^-3 A) - R _G

R _S = 1000 Ω - 50 Ω = 950 Ω

Người giới thiệu

1. Alexander, C. 2006. Các nguyên tắc cơ bản về mạch điện. lần thứ 3. Phiên bản. Đồi Mc Graw.
2. Boylestad, R. 2011. Giới thiệu về Phân tích mạch. lần 2. Phiên bản. Lề.
3. Dorf, R. 2006. Giới thiệu về Mạch điện. thứ 7. Phiên bản. John Wiley và các con trai.
4. Edminister, J. 1996. Mạch điện. Schaum loạt. lần thứ 3. Phiên bản. Mc Graw Hill
5. Figueroa, D. Loạt bài Vật lý dành cho Khoa học và Kỹ thuật. Quyển 5 Tĩnh điện. Chỉnh sửa bởi D. Figueroa. USB.
6. Tăng phản vệ. Thiết kế của một vôn kế. Được khôi phục từ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
7. Wikipedia. Chia điện áp. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.