Як вибрати значення резистора в дільниці напруги?

Я розумію, що вихідна напруга визначається співвідношенням між двома значеннями резистора, і що якщо обидва резистора однакові, то вихідна напруга буде абсолютно однаковою для всіх; але на чому основа вибору значень резистора? Є необхідність врахувати вихідний струм, щоб вибрати значення резистора.

Основний пункт - поточний.

Погляньте на цю схему. Наведіть курсор миші на символ землі, і ви побачите, що струм становить 25 мА. Тепер подивимося на цю схему , і ви побачите , що вихідний струм .$2.5 \mbox{ } \mu A$

Тепер давайте подивимося, як схеми поводяться під навантаженням. Ось перша схема з навантаженням. Як бачите, струм 2,38 мА, що проходить через резистор навантаження праворуч, і напруга на ньому вже не очікуване 2,5 В, а натомість 2,38 В (тому що два нижні резистори знаходяться паралельно). Якщо ми подивимось на другу схему тутми побачимо, що зараз верхній резистор падає навколо цілих 5 В, тоді як два нижніх резистора мають напругу 4,99 мВ. Це тому, що коефіцієнт резисторів тут змінили. Оскільки два нижні резистори зараз паралельні, і у нас є один резистор зі значно більшим опором, ніж інший, їх комбінований опір незначно порівняно з опором лише правого нижнього резистора (ви можете перевірити, використовуючи паралельні формули резистора). Отже, вихідна напруга суттєво відрізняється від 2,5 В, який ми отримуємо у випадку без навантаження.

Тепер давайте поглянемо на протилежній ситуації: два невеликих резисторів подільника напруги і один великий в якості навантаження тут . Знову ж, комбінований опір двох нижніх резисторів менший, ніж опір меншого резистора двох. Однак у цьому випадку це не робить великого впливу на напругу, яку бачить навантаження. У нього ще є напруга 2,5 В, і поки все добре.

Отже, справа полягає у визначенні опору резисторів, ми повинні враховувати вхідний опір навантаження, а два резистори дільника напруги повинні бути якомога меншими.

З іншого боку, порівняємо струм, що проходить через дільник в ланцюзі, з великими резисторами на дільнику і ланцюг з малими резисторами на дільнику . Як бачимо, великі резистори мають струм всього проходить через них, а малі резистори мають струм 25 мА. Сенс у тому, що струм витрачається на дільник напруги, і якби це, наприклад, було частиною пристрою, що працює від акумулятора, це негативно вплине на час його роботи. Тож резистори повинні бути максимально великими, щоб знизити витрачений струм.$2.5 \mbox{ }\mu A$

Це дає нам дві протилежні вимоги мати якомога менші резистори для кращого регулювання напруги на виході та максимально великі резистори, щоб отримати якомога менший витрачений струм. Отже, щоб отримати правильне значення, ми повинні побачити, яка напруга нам потрібна на навантаження, наскільки точно вона повинна бути, і отримати вхідний опір навантаження і виходячи з цього обчислити розміри резисторів, які нам потрібно отримати, щоб навантаження було прийнятним Напруга. Тоді нам потрібно експериментувати з більш високими значеннями резистора дільника напруги і побачити, як на них вплине напруга, і знайти точку, де ми не можемо мати великі зміни напруги залежно від вхідного опору. У цей момент ми (загалом) маємо хороший вибір резисторів дільника напруги.

Ще один момент, який потрібно врахувати, - це потужність резисторів. Це йде на користь резисторів з більшим опором, оскільки резистори з меншим опором будуть розсіювати більше потужності і більше нагріватися. Це означає, що вони повинні бути більшими (і зазвичай дорожчими), ніж резистори з більшим опором.

На практиці, коли ви зробите ряд дільників напруги, ви побачите кілька популярних значень для резисторів дільника напруги. Багато людей просто вибирають одну з них і не надто переймаються з розрахунками, якщо не виникає проблема з вибором. Наприклад, для менших навантажень ви можете вибрати резистори в діапазоні тоді як для більших навантажень можна використовувати або навіть резистори, якщо ви достатньо струму для запасу.$100 \mbox{ } k \Omega$$10 \mbox{ } k \Omega$$1 \mbox{ } k \Omega$

Подільник напруги сам по собі марний. Розділювач повинен подати його вихід у щось. Іноді це щось коригування зміщення в ланцюзі підсилювача або іноді напруга зворотного зв'язку на регуляторі напруги. Є тисячі речей, якими подільник міг би годувати.

Що б роздільник не живився, він буде приймати струм. Іноді його називають "вхідним струмом". В іншому випадку це насправді не вказано та не відомо. Іноді струм витікає "з" дільника, а іноді тече "в" до дільника. Цей струм може зіпсувати точність дільника, оскільки струм буде протікати через один резистор більше, ніж через інший. Чим більше вхідного струму, тим більше буде виконана точність дільника.

Ось дуже грубе правило: Струм, що проходить через два резистори (якщо не вводити струм), повинен бути в 10 - 1000 разів більше, ніж вхідний струм. Чим більше струм проходить через ці резистори, тим менше вхідний струм буде впливати на речі.

Тож у будь-який час у вас є роздільник, ви намагаєтесь збалансувати точність та витрату енергії. Більш високий струм (резистори нижчого значення) забезпечить кращу точність за рахунок збільшення споживання електроенергії.

У багатьох випадках ви виявите, що вхідний струм настільки високий, що роздільник напруги сам по собі не працює. Для цих схем ви можете використовувати роздільник, що подає підсилювач, встановлений як "буфер посилення єдності". Таким чином резистори можуть мати досить високі значення і не впливати на вхідний струм решти ланцюга.

AndrejaKo та David дали хороші відповіді, тому повторювати їх тут не потрібно.

Девід згадує буфер посилення єдності.

Це дозволить провести досить високий струм, принаймні кілька мА, навіть при малому струмі через дільник. Це може бути заманливо, особливо в системах, що працюють на акумуляторах, де враховується кожен mA, вибрати для резисторів таке значення, як 1M . Майте на увазі, що більшість операційних підсилювачів також мають невеликий вхідний струм. У багатьох програмах це мізерно мало, але при 1 A (типове значення) резистори 1M спричинить помилку 0,5 В, незалежно від вхідної напруги. Таким чином, на 5V ви не отримаєте 2,5 В на дільнику, але 2,0 В. μ $\Omega$$\mu$$\Omega$

Вхідний польовий транзистор операційні підсилювачі має набагато більш низький вхідний струм зміщення, часто в порядку пА .

Якщо дільник призначений для подачі частки напруги сигналу на вхід АЦП, то в проекті є ще одна стурбованість: у перетворювачах SAR, для фіксованої швидкості вибірки, на вході АЦП підключений максимально допустимий зовнішній опір; щоб зарядити конденсатор зразка належним напругою до наступного зразка. В іншому випадку вимірювання марно. У цьому випадку імпеданс (опір) формується паралеллю двох дільчих резисторів (Тевенін).

Потрібно пам’ятати закон Ома, E = ІЧ та розсіювання потужності резистором V ^ 2 / R. Тож ваш опір за законом Ома буде верхнім резистором (R1), а комбінація резисторів буде використана при розрахунку для розсіювання потужності. Ви можете зробити свої розрахунки для R1 на основі цього. Потім ви можете обчислити R2 за вхідними та вихідними напругами та вибраним значенням R1. Я особисто використовую цей онлайн-калькулятор, щоб полегшити своє життя.