【自学嵌入式笔记：模电】29. 分压电路 30. 电位器仿真

29. 分压电路 30. 电位器仿真

一、基础概念

电位器本质是 可变电阻（Resistance），通过调节滑动端位置改变接入电路的电阻值。在分压电路中，电位器利用 串联电阻的电压分配特性，实现输出电压的连续调节。

二、分压电路原理（欧姆定律推导）

1. 电路结构

电位器（总电阻 \(R_{\text{总}}\)）与负载串联，输入电压 \(V_{\text{输入}}\) 施加于两端，滑动端输出电压 \(V_{\text{输出}}\)。

2. 核心公式（分压定律）

当电位器滑动端将总电阻分为 \(R_1\)（上半部分）和 \(R_2\)（下半部分）时，输出电压满足：

\[V_{\text{输出}} = V_{\text{输入}} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2} \]

推导逻辑：

• 串联电路电流处处相等：\(I = \frac{V_{\text{输入}}}{R_1 + R_2}\)
• 输出电压为 \(R_2\) 两端的电压：\(V_{\text{输出}} = I \cdot R_2 = V_{\text{输入}} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)

三、仿真现象分析（Circuit JS 演示）

1. 电阻分配与电压变化

• 初始状态：电位器总电阻 \(500\,\Omega + 500\,\Omega\)，输出电压 \(V_{\text{输出}} = 2.5\,\text{V}\)（因 \(R_1=R_2\)，分压均等）。
• 调节滑动端：
  • 左侧电阻减小（如 \(203\,\Omega\)），右侧电阻增大（如 \(797\,\Omega\)）→ 输出电压向右侧偏移（\(V_{\text{输出}} \approx \frac{797}{203+797} \cdot 5\,\text{V} \approx 4\,\text{V}\)）；
  • 左侧电阻增大，右侧电阻减小 → 输出电压向左侧偏移。

2. 电流特性

串联电路中电流 \(I = \frac{V_{\text{输入}}}{R_1 + R_2}\)，总电阻变化影响电流：

• 滑动端移动不改变总电阻（\(R_{\text{总}} = R_1 + R_2\) 恒定）→ 电流 \(I\) 保持不变；
• 电压分配仅由 \(R_1\) 与 \(R_2\) 的比例决定。

四、关键结论与应用

1. 分压本质：通过改变串联电阻的比例，调节输出电压（核心公式 \(V_{\text{输出}} = V_{\text{输入}} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}\)）。
2. 电流特性：串联电路总电流由总电阻决定，与滑动端位置无关。
3. 典型应用：
   • 模拟信号调节（如音响音量旋钮）；
   • 传感器电压采集（通过分压匹配ADC输入范围）；
   • 电路调试（微调电压参数）。

核心认知：电位器分压利用串联电阻的电压分配规律，通过调节电阻比例实现输出电压的连续控制。仿真工具可直观验证理论，为实际电路设计（如电源调压、信号调理）提供依据。