KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2021

PYTANIE NR 27.
Dołączenie obciążenia R do przedstawionego na rysunku dzielnika napięcia
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny dzielnika napięcia, który jest istotnym elementem w kontekście kwalifikacji
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dołączenie obciążenia R do wyjścia dzielnika powoduje zmniejszenie rezystancji "dolnej gałęzi" (R2 staje się równoległe z R), przez co maleje napięcie wyjściowe, czyli spadek napięcia na R2. Zjawisko to nazywa się obciążeniem dzielnika.

Pełne wyjaśnienie:

W dzielniku napięcia z rezystorów połączonych szeregowo napięcie na rezystorze R2 (zwykle dolnym) zależy od stosunku rezystancji w gałęziach. Reguła dzielnika napięcia w prostej postaci działa poprawnie, gdy wyjście dzielnika nie jest obciążone (albo gdy obciążenie ma bardzo dużą rezystancję w porównaniu do R2).

Jeżeli do wyjścia dzielnika dołączymy obciążenie R (typowo równolegle do R2 – tak zwykle przedstawia się to na rysunku), to z punktu widzenia dzielnika rezystor R2 przestaje być "sam". Pojawia się połączenie równoległe R2 || R, a więc rezystancja zastępcza dolnej części dzielnika maleje.

Skutek jest jakościowo zawsze ten sam: gdy dolna rezystancja efektywnie się zmniejsza, udział napięcia przypadający na tę część dzielnika także się zmniejsza. W rezultacie napięcie na R2 (napięcie wyjściowe dzielnika) spada.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • Stwierdzenie o wzroście napięcia na R2 jest sprzeczne z faktem, że dołączenie równoległe zmniejsza rezystancję dolnej gałęzi, a to obniża napięcie wyjściowe.
  • Stwierdzenie, że napięcie się nie zmieni, byłoby prawdziwe jedynie w przybliżeniu, gdy obciążenie ma bardzo dużą rezystancję (R » R2), ale nie jest to ogólna zasada po dołączeniu obciążenia.
  • Odpowiedź, że napięcie może wzrosnąć lub spaść zależnie od R, sugeruje nieokreślony kierunek zmiany. Przy typowym obciążeniu równoległym do R2 kierunek jest jednoznaczny: napięcie spada, a wartość R wpływa tylko na to, jak duży jest spadek.

W praktyce, aby uniknąć obciążenia dzielnika, dobiera się R2 możliwie małe względem rezystancji wejściowej następnego układu albo stosuje się bufor (np. wtórnik na wzmacniaczu operacyjnym).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Obciążenie dzielnika to dołączenie odbiornika (np. rezystora R lub wejścia układu) do jego wyjścia. Wtedy dzielnik nie pracuje "na pusto", zmienia się rezystancja widziana na wyjściu i napięcie wyjściowe zwykle spada w porównaniu do wartości bez obciążenia.
Najczęściej R jest dołączany równolegle do R2. Połączenie równoległe zmniejsza rezystancję zastępczą dolnej gałęzi (R2 || R), więc mniejsza część napięcia zasilania odkłada się na tej gałęzi. Efektem jest spadek napięcia wyjściowego.
Dzielnik jest obciążony, gdy do węzła wyjściowego (między R1 i R2) jest dołączony dodatkowy element pobierający prąd, np. rezystor do masy, wejście układu o skończonej rezystancji lub inny blok. To tworzy dodatkową gałąź prądową.
W idealnym sensie zmieni się zawsze, ale czasem zmiana jest pomijalnie mała. Dzieje się tak, gdy obciążenie ma bardzo dużą rezystancję w porównaniu do R2 (wejście "wysokoimpedancyjne"). Wtedy prąd obciążenia jest mały i dzielnik zachowuje się prawie jak bez obciążenia.
Najczęściej występuje zaniżenie mierzonego napięcia (błąd pomiaru), bo dzielnik daje mniejsze napięcie wyjściowe niż zakładano. Dodatkowo rośnie pobór prądu z badanego obwodu, co może wpływać na jego pracę. W skrajnych przypadkach zwiększa się też moc tracona w rezystorach.
Trzeba uwzględnić rezystancję/wejściową impedancję ADC oraz kondensator próbkowania. Praktycznie: nie stosować zbyt dużych rezystorów w dzielniku, a gdy muszą być duże, dodać bufor (np. wtórnik) lub kondensator filtrujący. Celem jest ograniczenie błędu od obciążenia i stabilne próbkowanie.
Zmniejszenie wartości R1 i R2 zmniejsza wrażliwość na obciążenie, ale zwiększa pobór prądu i straty mocy. Bufor (np. wzmacniacz operacyjny jako wtórnik) separuje dzielnik od obciążenia, zwykle zmniejszając błąd bez zwiększania prądu zasilającego dzielnik.
Częsty błąd to użycie wzoru na dzielnik napięcia bez uwzględnienia, że R2 jest równoległe z obciążeniem. Drugi błąd to mylenie, do którego rezystora odnosi się napięcie wyjściowe. Pomaga narysowanie rezystancji zastępczej (R2 || R) przed dalszą analizą.
Przy typowym obciążeniu równoległym do R2 kierunek zmiany jest jednoznaczny: napięcie wyjściowe maleje, a wartość R wpływa jedynie na skalę spadku. Odpowiedź sugerująca dwa kierunki bywa wybierana, gdy ktoś nie analizuje topologii połączeń, tylko zgaduje.
Spójrz, czy do wyjścia dołączono dodatkową gałąź do masy: wtedy dolna rezystancja efektywnie maleje (połączenie równoległe), więc napięcie wyjściowe spada. To szybka metoda jakościowa. Jeśli masz czas, zastąp R2 obciążeniem równoległym i dopiero potem stosuj regułę dzielnika.
info

Około 45% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. trudne

Specjaliści zwracają uwagę: "Dołączenie obciążenia R do wyjścia dzielnika powoduje zmniejszenie rezystancji "dolnej gałęzi" (R2 staje się równoległe z R), przez co maleje napięcie wyjściowe, czyli spadek napięcia na R2."

Źródła:

  • Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku, "Fundamentals of Electric Circuits", rozdział o dzielniku napięcia i obciążeniu wyjścia (voltage divider loading).
  • Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, "Electronic Devices and Circuit Theory", część dotycząca podstaw obwodów rezystancyjnych i analizy dzielników napięcia.

Materiały:

  • Podręcznik do podstaw elektrotechniki/elektroniki: dział o obwodach rezystancyjnych i dzielniku napięcia
  • Zadania rachunkowe i jakościowe z dzielników napięcia pod obciążeniem (arkusze ćwiczeń)
  • Notatki z laboratorium: pomiary dzielnika napięcia z różnymi obciążeniami

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego