يساعدك مقسم الجهد على تقسيم الجهد الواحد إلى أجزاء أصغر باستخدام المقاومات. يمكنك استخدام دوائر مقسم الجهد للحصول على جهود مختلفة من مصدر طاقة واحد. تخيل مقاومتين متصلتين بخط واحد. إذا قمت بقياس الجهد عبر مقاومة واحدة، فستحصل على جزء فقط من الجهد الإجمالي. يتيح لك هذا الإعداد السهل تزويد أجهزة الاستشعار أو الأجهزة الإلكترونية الأخرى بالطاقة التي تحتاج إلى جهد أقل.
دوائر مقسم الجهد
تعريف
تساعد دوائر مقسم الجهد على تقسيم الجهد إلى أجزاء أصغر. تستخدم هذه الدوائر مقاومات لتوليد جهود مختلفة من مصدر طاقة واحد. يتم توصيل المقاومات على التوالي لتكوين الدائرة، حيث ينخفض الجهد عند كل مقاومة. يمكن قياس الجهد في نقاط مختلفة من الدائرة، ومن ثم الحصول على الجهد المطلوب لأجهزة الاستشعار أو الأجهزة الإلكترونية الأخرى.
الوظيفة الأساسية
تقوم دوائر مقسم الجهد بتوزيع الجهد الكلي بين المقاومات. يتم توصيل المقاومات على التوالي، حيث يتوزع الجهد تبعًا لقيمة كل مقاومة. للحصول على جهد أقل، يتم قياس الجهد عبر مقاومة واحدة فقط. يمكن تغيير جهد الخرج باختيار قيم مختلفة للمقاومات. هذا ما يجعل دوائر مقسم الجهد مفيدة في العديد من المشاريع الإلكترونية.
نصيحة: يمكن لدوائر مقسم الجهد أن تزود الأشياء التي تحتاج إلى جهد أقل من الطاقة الرئيسية لديك بالطاقة.
مثال بسيط
إليك مثال بسيط: لديك بطارية تُعطي 9 فولت. تحتاج فقط إلى 3 فولت لمستشعر. يمكنك استخدام مقاومتين لإنشاء دائرة مقسم جهد. إذا كانت المقاومتان متساويتين، فسيتم تقسيم الجهد بالتساوي. كل مقاومة تحصل على 4.5 فولت. إذا كانت إحدى المقاومتين أكبر، فستحصل على جهد أعلى.
وهنا رسم تخطيطي بسيط:
[Battery]---[R1]---[R2]---[Ground]
| |
Vout 0V
R1 و R2 كلاهما مقاومات.
Vout هو الجهد الذي تتحقق منه عبر R2.
يتم تقسيم جهد البطارية بين R1 و R2.
يمكنك استخدام هذه الدائرة للحصول على الجهد المطلوب. جرّب استخدام قيم مختلفة للمقاومات لمراقبة تغير الجهد. تتيح لك دوائر مقسم الجهد التحكم في الجهد في مشاريعك.
انخفاض الجهد والحساب
قانون أوم
يمكنك استخدام قانون أوم لفهم كيفية حدوث انخفاض الجهد في دائرة مقسم الجهد. ينص قانون أوم على أن الجهد يساوي حاصل ضرب التيار في المقاومة. إذا كانت لديك مقاومة في دائرة، فإن انخفاض الجهد عبرها يعتمد على التيار وقيمة المقاومة. يمكنك كتابة المعادلة كالتالي:
V = I × R
إذا كنت تعرف جهد الدخل وقيم المقاومات ، يمكنك حساب التيار. يبقى التيار ثابتًا في جميع المقاومات في الدائرة المتصلة على التوالي. يمكنك استخدام قانون أوم لحساب نسبة انخفاض الجهد لكل مقاومة.
ملاحظة: يساعدك قانون أوم على التنبؤ بمقدار الجهد الذي سيحصل عليه كل مقاوم في مقسم الجهد الخاص بك.
قانون كيرشوف
يساعدك قانون كيرشوف للجهد على فهم كيفية انقسام الجهد في الدائرة. ينص هذا القانون على أن الجهد الكلي حول حلقة مغلقة يساوي صفرًا. إذا جمعت جميع انخفاضات الجهد في دائرة متصلة على التوالي، فإنها تساوي جهد الدخل. يمكنك استخدام قانون كيرشوف للجهد للتحقق من عملك عند بناء مقسم جهد.
على سبيل المثال، إذا كان لديك مقاومتان في دائرة وجهد دخل، فإن مجموع انخفاض الجهد عبر كل مقاومة يساوي جهد الدخل. هذا يساعدك على التأكد من صحة معادلات مقسم الجهد.
المعادلات الرئيسية
يجب استخدام المعادلة الصحيحة لإيجاد جهد الخرج في مقسم جهد. تبدو معادلة قلب مقسم الجهد البسيط ذي المقاومتين كالتالي:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))
فين هو جهد الدخل
Vout هو جهد الخرج.
R1 هو المقاوم الأول.
R2 هو المقاوم الثاني.
توضح هذه المعادلة كيف تعتمد نسب انخفاض الجهد على قيم المقاومات. يمكنك تغيير الخرج باختيار مقاومات مختلفة. إذا أردتَ إيجاد التيار في الدائرة، فاستخدم هذه المعادلة:
I = Vin / (R1 + R2)
يمكنك استخدام هذه المعادلات لتصميم دائرة مقسم الجهد الخاصة بك.
رمز | معنى |
|---|---|
فين | مساهمة الجهد |
صوت | انتاج التيار الكهربائي |
R1 | المقاوم الأول |
R2 | المقاومة الثانية |
I | حالياًّ |
نموذج الحساب
لنجرب مثالاً على مسألة. تريد الحصول على جهد خرج 3 فولت من جهد دخل 5 فولت. تستخدم مقاومتين في دائرتك. R1 تساوي 2 كيلو أوم، وR2 تساوي 3 كيلو أوم.
اكتب معادلة مقسم الجهد:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))قم بتوصيل القيم:
Vout = 5 × (3 / (2 + 3)) Vout = 5 × (3 / 5) Vout = 5 × 0.6 Vout = 3 volts
ستحصل على جهد خرج 3 فولت. نسبة انخفاض الجهد لـ R1 وR2 هي 2:3. انخفاض الجهد عبر R1 هو 2 فولت، وR2 هو 3 فولت. إجمالي انخفاض الجهد يساوي جهد الدخل.
يمكنك أيضًا العثور على التيار في الدائرة:
I = Vin / (R1 + R2)
I = 5 / (2 + 3)
I = 5 / 5
I = 1 mA
نصيحة: تأكد دائمًا من أن مجموع انخفاض الجهد عبر كل مقاومة يساوي جهد الدخل. هذا يحافظ على سلامة دائرتك وعملها.
يمكنك استخدام هذه المعادلات لتصميم دوائر مقسم جهد لأجهزة الاستشعار، أو مصابيح LED، أو غيرها من الأجهزة الإلكترونية. جرّب تغيير قيم المقاومات لمراقبة تغير جهد الخرج. ستلاحظ كيف تؤثر نسب انخفاض الجهد على الخرج.
الاستخدامات العملية لمقسمات الجهد
قاعدة 10٪
عند العمل مع دوائر مقسم الجهد، يجب مراعاة قاعدة الـ 10%. تضمن هذه القاعدة الحصول على الجهد المطلوب من تصميم الدائرة . تنص قاعدة الـ 10% على أن الحمل المتصل بمقسم الجهد يجب ألا يسحب أكثر من 10% من التيار المار عبره. باتباع هذه القاعدة، تحافظ على استقرار جهد الخرج، وتتجنب التغيرات الكبيرة في الجهد عند توصيل أي جهاز.
نصيحة: تحقق دائمًا من نسبة التيار بين الحمل والمقسم. هذا يحافظ على دقة الجهد.
تأثيرات التحميل
تحدث تأثيرات التحميل عند توصيل جهاز بمقسم الجهد. يعمل هذا الجهاز كمقاومة إضافية في الدائرة، مما يُغير المقاومة الكلية ونسبة الجهد. إذا سحب الحمل تيارًا زائدًا، ينخفض جهد الخرج. تُلاحظ هذه المشكلة في العديد من مشاريع تصميم الدوائر. لتجنب تأثيرات التحميل، يجب اختيار قيم المقاومات التي تُبقي الجهد قريبًا من القيمة المستهدفة.
فيما يلي جدول سريع يوضح كيفية تغيير تأثيرات التحميل للإخراج:
مقاومة الحمل | الناتج الجهد | نسبة التغيير |
|---|---|---|
مرتفع | يبقى ثابتا | صغير |
منخفض | قطرات | كبير |
مثال التصميم
لنلقِ نظرة على مثال تصميمي يستخدم قاعدة الـ ١٠٪. أنت ترغب في الحصول على ٥ فولت من مصدر ١٢ فولت لمستشعر. يحتاج المستشعر إلى ١ مللي أمبير. ابدأ تصميم دائرتك باختيار تيار للمقسم. إذا كنت ترغب في أن يكون تيار المقسم ١٠ مللي أمبير على الأقل، فإن نسبة تيار الحمل إلى تيار المقسم هي ١:١٠. استخدم معادلة مقسم الجهد لإيجاد قيم المقاومات. تحقق من الجهد مع توصيل المستشعر. إذا بقي الجهد قريبًا من ٥ فولت، فهذا يعني أن تصميمك يعمل. إذا لم يكن كذلك، فاضبط قيم المقاومات وكرر العملية.
تذكر: إن تصميم الدائرة الجيد يتحقق دائمًا من تأثيرات التحميل ويستخدم النسبة الصحيحة للجهد الثابت.
تُستخدم مُقسّمات الجهد عمليًا في دوائر الاستشعار، وأجهزة التحكم الصوتي، ومداخل المتحكمات الدقيقة. باتباع قاعدة الـ 10%، تُحسّن موثوقية دائرة مُقسّم الجهد. استخدم النسبة الصحيحة وخطوات التصميم المناسبة للحفاظ على استقرار الجهد في المشاريع العملية.
تعقيدات دوائر مقسم الجهد
سلم الجهد
يمكنك بناء سلم جهد بتوصيل عدة مقاومات على التوالي. يشبه هذا الهيكل درجات السلم، حيث تعمل كل مقاومة كدرجة. تُوصل أحد طرفي السلم بمصدر جهد، والطرف الآخر بالأرضي. ينخفض الجهد قليلاً عند كل درجة. يساعدك هذا النظام على الحصول على مستويات جهد مختلفة من مصدر واحد.
يوفر لك سلم الجهد أكثر من مجرد جهدين. يمكنك الوصول إلى الدائرة عند كل نقطة بين المقاومات، حيث يوفر كل منفذ جهدًا مختلفًا. هذا ما يجعل سلم الجهد مفيدًا في العديد من المشاريع، وغالبًا ما يُستخدم في محولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية أو دوائر الاستشعار . يعتمد استقرار كل خطوة جهد على قيم المقاومات المختارة.
نصيحة: استخدم المقاومات ذات القيمة المتساوية لخطوات الجهد المتساوية في سلمك.
حساب العقدة
يمكنك حساب الجهد عند كل عقدة في سلم الجهد باستخدام عملية حسابية بسيطة. ابدأ بعدّ العدد الإجمالي للمقاومات. إذا استخدمت مقاومات متساوية القيمة، ينخفض الجهد بالتساوي عند كل عقدة. على سبيل المثال، إذا كان لديك أربع مقاومات ومصدر جهد ١٢ فولت، ينخفض الجهد بمقدار ٣ فولت في كل خطوة.
فيما يلي طريقة سريعة لحساب جهد العقدة:
عد العدد الإجمالي للمقاومات (N).
قم بقسمة الجهد الكلي على N للحصول على انخفاض الجهد لكل مقاومة.
اضرب القطرة في عدد الخطوات من الأرض إلى العقدة الخاصة بك.
فيما يلي جدول لسلم مكون من أربع خطوات مع مصدر 12 فولت:
العقدة | الجهد (V) |
|---|---|
0 | 0 |
1 | 3 |
2 | 6 |
3 | 9 |
4 | 12 |
يمكنك استخدام هذه الطريقة مع أي سلم جهد. يساعدك هذا على تصميم دوائر ذات مستويات جهد مستقرة عند كل عقدة. تتضح تعقيدات دوائر مقسم الجهد عندما ترى كيف تؤثر كل خطوة على استقرار الدائرة ومخرجاتها.
لقد تعلمتَ كيف تُنتج دوائر مقسم الجهد جهدًا مختلفًا. كما تعلمتَ استخدام الرياضيات لحساب الجهد والتيار. يساعد اختيار قيم المقاومات الصحيحة في الحفاظ على ثبات الجهد، مما يُحسّن أداء دائرتك. جرّب صنع مقسم جهد أو سلم جهد خاص بك.
استخدم قيم مختلفة للمقاومات لترى ما يحدث.
تحقق من الجهد في كل نقطة في الدائرة الخاصة بك.
إذا كنت تريد معرفة المزيد، فحاول استخدام محاكيات الدوائر الإلكترونية عبر الإنترنت أو مجموعات التدريب العملي.
الأسئلة الشائعة
ما هو مقسم الجهد ولماذا تستخدمه؟
يقوم مقسم الجهد بتقسيم الجهد إلى أجزاء أصغر. يُستخدم لتشغيل الأجهزة التي تحتاج إلى جهد أقل . كما يُساعد في توليد جهود مختلفة لأجهزة الاستشعار أو المتحكمات الدقيقة.
كيف تختار قيم المقاومة لمقسم الجهد؟
اختر قيم المقاومات للحصول على الجهد المطلوب. استخدم معادلة مقسم الجهد لمساعدتك. جرّب أزواجًا مختلفة من المقاومات حتى تحصل على الجهد المناسب. بهذه الطريقة، يمكنك ضبط الجهد لمشروعك.
هل يمكن لمقسم الجهد أن يزود الأحمال الثقيلة بالطاقة؟
لا تستخدم مقسم جهد للأحمال الثقيلة. ينخفض جهد الخرج إذا استهلك الحمل تيارًا زائدًا. افحص الحمل دائمًا واتبع قاعدة الـ ١٠٪. هذا يضمن عمل مقسم الجهد بكفاءة.
لماذا يتغير الإخراج عند توصيل جهاز بمقسم الجهد؟
يؤدي توصيل جهاز إلى إضافة مقاومة أخرى إلى الدائرة. هذا يُغيّر المقاومة الكلية وجهد الخرج. تُساعدك نسب انخفاض الجهد على تخمين ما سيحدث مع أحمال مختلفة.
أين ترى دوائر مقسم الجهد في الحياة الحقيقية؟
تُستخدم دوائر تقسيم الجهد في دوائر الاستشعار وأجهزة التحكم الصوتية، كما تُستخدم في مداخل المتحكمات الدقيقة. تُساعد هذه الدوائر في الحصول على الجهد المناسب لكل جزء، وتُستخدم في العديد من المشاريع الإلكترونية.
