Как выбрать значение резистора в делителе напряжения?

Я понимаю, что выходное напряжение определяется соотношением между двумя значениями резисторов, и что если оба резистора одинаковы, то выходное напряжение будет одинаковым для всех; но что лежит в основе выбора значений резисторов? Существует необходимость учитывать выходной ток, чтобы выбрать значение резистора.

Суть актуальная.

Посмотрите на эту схему. Наведите указатель мыши на символ земли, и вы увидите, что ток составляет 25 мА. Теперь посмотрим на эту схему , и вы увидите , что выходной ток равен .$2.5 \mbox{ } \mu A$

Теперь посмотрим, как схемы ведут себя под нагрузкой. Вот первая схема с нагрузкой. Как видите, ток нагрузки 2,38 мА проходит через нагрузочный резистор справа, и напряжение на нем больше не является ожидаемым 2,5 В, а вместо этого 2,38 В (потому что два нижних резистора параллельны). Если мы посмотрим на второй контур здесьмы увидим, что теперь верхний резистор падает примерно на 5 В, а два нижних резистора имеют напряжение 4,99 мВ. Это потому, что отношение резисторов были изменены здесь. Поскольку два нижних резистора теперь параллельны, и у нас есть один резистор со значительно большим сопротивлением, чем у другого, их суммарное сопротивление незначительно по сравнению с сопротивлением только нижнего правого резистора (вы можете проверить это с помощью формул параллельных резисторов). Таким образом, теперь выходное напряжение значительно отличается от 2,5 В, которые мы получаем в случае холостого хода.

Теперь давайте взглянем на противоположной ситуации: два небольших резисторов делителя напряжения и один большой в качестве нагрузки здесь . Снова объединенное сопротивление двух нижних резисторов меньше, чем сопротивление меньшего резистора двух. Однако в этом случае это не оказывает большого влияния на напряжение, видимое нагрузкой. Он все еще имеет напряжение 2,5 В, и пока все в порядке.

Таким образом, суть в том, что при определении сопротивления резисторов мы должны учитывать входное сопротивление нагрузки, а два резистора делителя напряжения должны быть как можно меньше.

С другой стороны, давайте сравним ток, проходящий через делитель в цепи с большими резисторами на делителе и цепь с маленькими резисторами на делителе . Как вы можете видеть, большие резисторы имеют ток только проходящие через них и небольшие резисторы имеют ток 25 мА. Дело в том, что ток теряется делителем напряжения, и если бы это было, например, частью устройства с батарейным питанием, это отрицательно сказалось бы на сроке службы батареи. Таким образом, резисторы должны быть максимально большими, чтобы снизить потерянный ток.$2.5 \mbox{ }\mu A$

Это дает нам два противоположных требования: иметь как можно меньше резисторов, чтобы лучше регулировать напряжение на выходе, и как можно больше резисторов, чтобы получить как можно меньше потерянного тока. Таким образом, чтобы получить правильное значение, мы должны увидеть, какое напряжение нам нужно на нагрузку, насколько оно должно быть точным, и получить входное сопротивление нагрузки и исходя из этого рассчитать размер резисторов, которые нам нужны, чтобы нагрузка была приемлемой. напряжение. Затем нам нужно поэкспериментировать с более высокими значениями резистора делителя напряжения и посмотреть, как они будут влиять на напряжение, и найти точку, где у нас не может быть большего изменения напряжения в зависимости от входного сопротивления. В этот момент у нас (в целом) есть хороший выбор резисторов делителя напряжения.

Другим моментом, который необходимо учитывать, является номинальная мощность резисторов. Это относится к резисторам с большим сопротивлением, потому что резисторы с меньшим сопротивлением будут рассеивать больше энергии и больше нагреваться. Это означает, что они должны быть больше (и, как правило, дороже), чем резисторы с большим сопротивлением.

$100 \mbox{ } k \Omega$$10 \mbox{ } k \Omega$$1 \mbox{ } k \Omega$

Делитель напряжения сам по себе бесполезен. Делитель должен подавать свой вывод во что-то. Иногда это что-то вроде регулировки смещения в цепи операционного усилителя или иногда напряжения обратной связи на регуляторе напряжения. Есть тысячи вещей, которыми может питаться делитель.

Что бы ни делил делитель, он будет принимать ток. Иногда это называется «входной ток». В других случаях это на самом деле не указано или не известно. Иногда ток течет «из» разделителя, а иногда течет «в» разделитель. Этот ток может испортить точность делителя, поскольку ток будет проходить через один резистор больше, чем через другой. Чем больше входной ток, тем выше точность делителя.

Вот очень грубое правило: ток, протекающий через два резистора (при условии отсутствия входного тока), должен быть в 10-1000 раз больше, чем входной ток. Чем больше ток протекает через эти резисторы, тем меньше будет влияние входного тока.

Поэтому каждый раз, когда у вас есть делитель, вы пытаетесь сбалансировать точность и энергопотребление. Более высокий ток (резисторы с более низким значением) даст вам лучшую точность за счет увеличения потребляемой мощности.

Во многих случаях вы обнаружите, что входной ток настолько высок, что сам по себе делитель напряжения не будет работать. Для этих схем вы можете использовать делитель, питающий операционный усилитель, настроенный как «буфер усиления усиления». Таким образом, резисторы могут иметь достаточно высокие значения и не подвержены влиянию входного тока остальной цепи.

AndrejaKo и David дали хорошие ответы, поэтому нет необходимости повторять их здесь.

Дэвид упоминает буфер усиления единства.

$\Omega$$\mu$$\Omega$

Входной полевой транзистор операционные усилители имеет гораздо более низкий входной ток смещения, часто в порядке пА .

Если делитель предназначен для обеспечения части напряжения сигнала на входе АЦП, то в конструкции есть еще одна проблема: в преобразователях SAR для фиксированной частоты дискретизации на входе АЦП подключен максимально допустимый внешний импеданс; чтобы зарядить конденсатор образца надлежащим напряжением перед следующим образцом. В противном случае измерение бесполезно. В этом случае импеданс (сопротивление) формируется параллелью двух резисторов делителя (Thevenin).

Вы должны иметь в виду закон Ома, E = IR, а рассеиваемая мощность резистором равна V ^ 2 / R. Таким образом, ваше сопротивление по закону Ом будет верхним резистором (R1), и комбинация резисторов будет использоваться в расчете для рассеивания мощности. Вы можете сделать свои расчеты для R1 на основе этого. Затем вы можете рассчитать R2 по входным и выходным напряжениям и выбранному вами значению R1. Я лично использую этот онлайн калькулятор, чтобы облегчить мне жизнь.