Widerstandsbereiche mit Rheostaten und Reihen-Parallel-Widerstandsnetzwerken anpassen

TEILE UND MATERIALIEN

• Mehrere 10 kΩ Festwiderstände
• Ein 10 kΩ linearer Potentiometer (Radio Shack Katalog # 271‑1715)

QUERVERWEISE

Lessons in Electric Circuits, Volume 1 – Chapters 5, 7, 8

LERNZIELE

• Reihen-Parallel-Widerstandskombinationen bestimmen.
• Kalibrierungstheorie und -praxis anwenden, um einen Rheostat einzustellen.

SCHALTPLAN

ILLUSTRATION

ANWEISUNGEN

Dieses Labor zeigt, wie man den Widerstandsbereich eines Rheostats anpasst, indem man ein 10 kΩ-Potentiometer mit zusätzlichen Festwiderständen in Reihe und Parallel kombiniert. Das resultierende Netzwerk kann kalibriert werden, um jeden gewünschten Spannungsbereich und Nullpunkt-Offset zu liefern, was für präzise Messgerätekreise essenziell ist.

Beginnen Sie, indem Sie das 10 kΩ-Potentiometer als Rheostat ohne weitere Komponenten verdrahten. Während Sie den Schleifer über seinen vollen Weg drehen, sollte der gemessene Widerstand sanft von 0 Ω bis 10 kΩ streichen, wie im begleitenden Diagramm gezeigt.

Wenn Sie die untere Grenze des einstellbaren Bereichs anheben möchten – z. B. um einen 10 kΩ bis 20 kΩ Bereich zu erhalten, während Sie den vollen Potentiometerweg nutzen – fügen Sie einen 10 kΩ-Widerstand in Reihe hinzu. Messen Sie den Gesamtwiderstand während der Drehung des Potentiometers; der Nullpunkt wird um 10 kΩ nach oben verschoben, aber der Spannungsbereich bleibt 10 kΩ.

Das Verschieben des Nullpunkts wird in der Messtechnik als Nullkalibrierung bezeichnet. Der Spannungsbereich – der Unterschied zwischen oberer und unterer Grenze – bleibt unverändert, es sei denn, Sie verändern das Potentiometer selbst oder die Kreistopologie.

Um den Spannungsbereich zu verringern, platzieren Sie einen 10 kΩ-Widerstand parallel zum Potentiometer. Dies halbiert effektiv den maximal erreichbaren Widerstand und wandelt einen 0 kΩ–10 kΩ-Bereich in einen 5 kΩ–10 kΩ-Bereich um. Folglich wird der kalibrierte Bereich 10 kΩ bis 15 kΩ.

Die Erhöhung des Spannungsbereichs erfordert ein höherwertiges Potentiometer; das Hinzufügen von Reihen- oder Parallelwiderständen kann den Spannungsbereich nur gleich halten oder reduzieren. Dennoch kann der Nullpunkt durch Hinzufügen von Reihenwiderstand beliebig hoch verschoben werden.

Durch kreatives Kombinieren mehrerer 10 kΩ-Widerstände in Reihen-Parallel-Netzwerken können Sie eine Vielzahl von Widerstandsbereichen erzeugen. Beispielsweise liefert die folgende Konfiguration einen 7,5 kΩ bis 10 kΩ Bereich:

Solche individuellen Netzwerke sind unschätzbar beim Design von Instrumenten wie Multimetern, wo der Innenwiderstand den Messbereich bestimmt. Präzision im Netzwerk sichert genaue Messwerte, während das Potentiometer eine Feinjustage bietet, um Drift über die Zeit auszugleichen.

Experimentieren Sie mit verschiedenen Widerstandsanordnungen, um zu beobachten, wie sich der Gesamtwiderstandsbereich ändert, und stärken Sie die Prinzipien der Reihen-Parallel-Berechnung und Kalibrierung.

ZUGEHÖRIGE ARBEITSBLÄTTER

• Potentiometers Worksheet