Как именно работает последовательный делитель напряжения?

11

Я прошу прощения, если это сводится к отсутствию фундаментального понимания электрического потока, что, вероятно, и делает. Когда я смотрю на это:

Я не понимаю, почему Z2 включается в Vout - насколько я могу судить, ток должен разветвляться, прежде чем попасть в Z2. Ток идет прямо от входа к земле, а затем обратно и распространяется?

current

— JS
источник

Подумайте о крайнем случае, когда Z2 = 0 (Vout замкнут на землю), и вы можете видеть, что Z2 имеет значение.

— Спехро Пефхани

12

Как именно работает последовательный делитель напряжения?

Боюсь , что схема, как и нарисовано, это сбивает с толку тех , кто только учится основам. Хотя это не очевидно, два импеданса соединены последовательно, что означает, что весь ток через $Z_1$ через $Z_2$ - перед тем, как $Z_2$ , Это важно для понимания уравнения делителя напряжения.

Давайте перерисоваем схему, чтобы подчеркнуть последовательное соединение:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Понятно, что это последовательно соединенная цепь, а последовательный ток просто

I = \frac{V_{i n}}{R_{1} + R_{2}}

$I = \frac{V_{in}}{R_1 + R_2}$

По закону Ома напряжение на резисторе является произведением сквозного тока и сопротивления. Таким образом, напряжение на каждом резисторе определяется как

V_{R 1} = I R_{1} = V_{i n} \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}

$V_{R1} = I R_1 = V_{in}\frac{R_1}{R_1 + R_2}$

V_{R 2} = I R_{2} = V_{i n} \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}

$V_{R2} = I R_2 = V_{in}\frac{R_2}{R_1 + R_2}$

Это деление напряжения, и этот результат в решающей степени зависит от того факта, что резисторы соединены последовательно, так что они имеют одинаковый сквозной ток.

Теперь, если на выходе нашей схемы напряжение на $R_2$ , мы можем пометить узел, где два резистора соединяются как $V_{out}$ как на схеме в вашем вопросе.

И, возможно, мы не будем рисовать источник входного напряжения явно, как на вашей схеме.

И последнее, если мы подключим другую схему параллельно с $R_2$ так что некоторые из текущих через $R_1$ «разветвляется» по этому пути, уравнения делителя напряжения, полученные выше, больше не действительны .

Тем не менее, мы могли бы объяснить эту внешнюю цепь, заменив $R_2$ в уравнениях выше с $R_{EQ}$ где

р_{Е Q} знак равно р_{2} | | р_{L}

$R_{EQ} = R_2 || R_L$

а также $R_L$ эквивалентное сопротивление внешней цепи

— Альфред Центавра
источник

5

Ваше рассуждение - проблема с делителями напряжения, но не по той причине, по которой вы верите.

Если предположить, что цепь, подключенная к V _out, имеет бесконечный импеданс, то весь ток от V _in протекает через Z ₁ и, следовательно, через Z ₂ . Когда ток протекает через каждый из резисторов, на них развивается разность напряжений, пропорциональная отношению их сопротивлений к общему (закон Ома). Это падение напряжения , существует ли мы измерить его или нет, и она имеет V _вне при определенном напряжении над землей. Это основная операция делителя напряжения.

Проблема вы почти коснуться в том , что V _из ничего не имеет бесконечное сопротивление. Некоторые тока делают выходят из узла в подключенную цепь, и это уменьшает падение напряжения на Z ₂ . Вот почему делители напряжения не могут использоваться в качестве регуляторов напряжения для чего-то более сложного, чем полевой транзистор или диод.

— Игнасио Васкес-Абрамс
источник

Хорошим примером является резистивный делитель напряжения, используемый для смещения транзисторного усилителя. Это классический пример нагруженного делителя напряжения. Обычной практикой является использование резистора как можно ниже (из-за входного сопротивления всей цепи). Причина заключается в следующем: нагрузка (входное сопротивление BJT на базовом узле и, в частности, связанные допуски) не должна оказывать слишком большого влияния на коэффициент деления.

— LvW

@LvW «Это падение напряжения существует, независимо от того, измеряем мы его или нет» - это неправильно. Согласно квантовой механике, любое состояние возможно до его измерения. Таким образом, было бы состояние, в котором падение напряжения не существует.

— Самуль

Самуль - ты не инженер, правильно?

— LvW

3

Используя аналогию с водой, представьте, что у вас есть шланг диаметром 50 футов в полдюйма, прикрепленный к нагруднику шланга на одном конце, что другой конец заглушен, и что на нагруднике шланга есть манометр, другой - на закрытом конце шланга. шланг, а другой в середине шланга.

Теперь представьте, что нагрудник шланга открыт и что на манометре шланга показывается значение 50 фунтов на квадратный дюйм.

Так как другой конец шланга закрыт, через шланг не может быть потока воды, и другие датчики также будут показывать 50 PSI.

Аналогичным образом, если я подключу два резистора последовательно, подключу один конец цепочки к источнику питания на 50 вольт и оставлю другой конец плавать, вольтметры подключены к концу цепочки источника питания, к соединению резисторов и к разъему. плавающий конец строки будет считывать 50 вольт, потому что нет возврата к источнику питания и, следовательно, нет потока заряда через строку.

Теперь отсоедините шланг.

Вода будет течь через него, и поскольку ничто не удерживает воду на конце без крышки, этот индикатор будет показывать 0 PSI.

Если предположить, что за нагрудником нет потерь, давление на нагруднике останется на уровне 50 фунтов на квадратный дюйм, а затем, когда другой конец шланга будет на 0 фунтов на квадратный дюйм, манометр в середине шланга должен показывать 25 фунтов на квадратный дюйм.

С двумя равными по значению резисторами в строке, тогда, когда плавающий конец строки возвращается к источнику, заряд будет проходить через строку.

Затем, при условии отсутствия падения напряжения на нагруженном выходе источника питания, вольтметр на этом конце строки будет показывать 50 вольт, один на обратном конце строки будет читать ноль вольт, а другой на соединении резисторов. будет читать 25 вольт.

— EM Fields
источник

Прекрасный пример.

— Джеймс М. Лей

3

Прежде всего, вы должны понимать, что отскок назад не происходит. Ток из-за постоянных напряжений всегда однонаправлен, и в цепи, из которой вы дали ток, течет от

В_{я N} \to Z_{1} \to Z_{2} \to г N D

$V_{in} \rightarrow Z_1 \rightarrow Z_2 \rightarrow GND$

Здесь филиал в $V_{out}$ является открытым (имеется в виду бесконечное сопротивление). Таким образом, поскольку путь цепи не является полным, в идеале, ток не будет разветвляться.

Именно поэтому приборы для измерения напряжения (такие как вольтметр) имеют высокие сопротивления. Всякий раз, когда вы подключаете устройство с высоким сопротивлением (общие характеристики нагрузок) между $V_{out}$ а также $ground$ ток видит более низкое сопротивление через $Z_2$ и выбирает это.

Конечно, некоторый ток также просачивается в нагрузку, вызывая падение потенциала. Чтобы рассчитать падение, вы должны рассмотреть эквивалентное сопротивление $Z_2$ а также $Z_{load}$ (сопротивление нагрузки) параллельно и заменить $Z_2$ в вышеуказанной цепи с эквивалентным сопротивлением рассчитывается. Теперь у вас есть простой потенциальный делитель, где $V_{out}$ можно рассчитать как

В_{о U T} знак равно В_{я N} \frac{Z_{2}}{Z_{1} + Z_{2}}

$V_{out} = V_{in} \frac{Z_2}{Z_1 + Z_2}$

Конечно, $V_{out}$ без нагрузки будет больше, чем нагрузка с некоторым конечным сопротивлением.

— Рагхунатх V
источник