Come funziona esattamente un divisore di tensione in serie?

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Mi scuso se ciò si riduce a una mancanza di comprensione fondamentale del flusso elettrico, cosa che probabilmente fa. Quando guardo questo:

Non capisco perché Z2 sia preso in considerazione in Vout - per quanto ne so, la corrente dovrebbe diramarsi prima di arrivare a Z2. La corrente passa direttamente dall'ingresso alla terra, quindi si ricollega e si diffonde?

current

— JS
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Pensa al caso estremo in cui Z2 = 0 (Vout in corto a terra) e puoi vedere che Z2 è importante.

— Spehro Pefhany,

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Come funziona esattamente un divisore di tensione in serie?

Temo che il circuito, come disegnato, sia fonte di confusione per coloro che stanno solo imparando i fondamenti. Sebbene non sia evidente, le due impedenze sono collegate in serie, il che significa che tutta la corrente attraverso è attraverso - non c'è "diramazione" prima di arrivare a . Questo è cruciale per comprendere l'equazione del divisore di tensione. $Z_1$ $Z_2$ $Z_2$

Ridisegniamo il circuito per enfatizzare la connessione in serie:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Chiaramente, questo è un circuito collegato in serie e la corrente in serie è giusta

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

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

Secondo la legge di Ohm, la tensione attraverso un resistore è il prodotto della corrente passante e della resistenza. Pertanto, la tensione attraverso ciascun resistore è data da

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}}

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

Questa è la divisione della tensione e questo risultato dipende fondamentalmente dal fatto che i resistori sono collegati in serie in modo che abbiano corrente identica.

Ora, se l' uscita del nostro circuito è la tensione attraverso , potremmo etichettare il nodo in cui i due resistori si collegano come come nello schema della tua domanda. $R_2$ $V_{out}$

E, potremmo non disegnare la sorgente di tensione di ingresso in modo esplicito come nel tuo schema.

Un'ultima cosa, se colleghiamo un altro circuito in parallelo con tale che parte della corrente attraverso "si " attraverso quel percorso, le equazioni del partitore di tensione derivate sopra non sono più valide . $R_2$ $R_1$

Tuttavia, potremmo spiegare questo circuito esterno sostituendo nelle equazioni sopra con dove $R_2$ $R_{EQ}$

R_{E Q} = R_{2} | | R_{L}

$R_{EQ} = R_2 || R_L$

e è la resistenza equivalente del circuito esterno. $R_L$

— Alfred Centauri
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Il tuo ragionamento è un problema con i divisori di tensione, ma non per il motivo in cui credi.

Se assumiamo che il circuito collegato a V _out abbia un'impedenza infinita, allora tutta la corrente da V _in scorre attraverso Z ₁ e di conseguenza Z ₂ . Mentre la corrente scorre attraverso ciascuno dei resistori si sviluppa una differenza di tensione attraverso di essi, proporzionale al rapporto tra le loro resistenze e il totale (Legge di Ohm). Questa caduta di tensione esiste indipendentemente dal fatto che la misuriamo o meno, e tiene _fuori V a una certa tensione fuori terra. Questa è l'operazione base di un partitore di tensione.

Il problema che quasi toccare è che V _fuori non non ha impedenza infinita. Alcuni corrente fa passare fuori del nodo nel circuito collegato, e questo riduce la caduta di tensione attraverso Z ₂ . Questo è il motivo per cui i divisori di tensione non possono essere utilizzati come regolatori di tensione per qualcosa di più complesso di un FET o di un diodo.

— Ignacio Vazquez-Abrams
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Un buon esempio è il partitore di tensione resistivo utilizzato per polarizzare un amplificatore a transistor. Questo è un classico esempio di un divisore di tensione caricato. È pratica comune utilizzare un resistore niveau il più basso possibile (a causa della resistenza di ingresso dell'intero circuito). Il motivo è il seguente: il carico (impedenza di ingresso del BJT nel nodo base e, in particolare, le tolleranze associate) non dovrebbe avere troppa influenza sul rapporto di divisione.

— LvW,

@LvW "Questa caduta di tensione esiste se la misuriamo o no" è errata. Secondo la meccanica quantistica, qualsiasi stato è possibile prima di misurarlo. Quindi, ci sarebbe uno stato in cui non esiste caduta di tensione.

— Samul

Samul - non sei un ingegnere, giusto?

— Liv

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Usando l'analogia dell'acqua, immagina di avere 50 piedi di tubo da mezzo pollice di diametro agganciato a un bavaglino su un'estremità, che l'altra estremità sia tappata e che ci sia un manometro sul bavaglino del tubo, un altro all'estremità chiusa del tubo e un altro nel mezzo del tubo.

Ora immagina che il pettorale del tubo flessibile sia aperto e che l'indicatore sul pettorale del tubo flessibile legga 50 PSI.

Poiché l'altra estremità del tubo è chiusa, non può esserci flusso d'acqua attraverso il tubo e anche gli altri indicatori leggono 50 PSI.

Allo stesso modo, se collego due resistori in serie, collego un'estremità della stringa a un alimentatore da 50 volt e lascio fluttuare l'altra estremità, voltmetri collegati all'estremità dell'alimentatore della stringa, alla giunzione dei resistori e al l'estremità mobile della stringa leggerà tutti 50 volt perché non vi è alcun ritorno alla fornitura e, quindi, nessun flusso di carica attraverso la stringa.

Ora stacca il tubo.

L'acqua scorrerà attraverso di essa e poiché non c'è nulla che trattiene l'acqua dall'estremità non coperta, quell'indicatore leggerà 0 PSI.

Supponendo che non ci siano perdite dietro il pettorale, la pressione sul pettorale rimarrà a 50 PSI e quindi, con l'altra estremità del tubo a 0 PSI, il manometro al centro del tubo deve leggere 25 PSI.

Con due resistori di valore uguale nella stringa, quindi, quando l'estremità flottante della stringa viene restituita alla carica di alimentazione scorrerà attraverso la stringa.

Quindi, supponendo che non vi siano cadute di tensione all'uscita caricata dell'alimentatore, il voltmetro a quell'estremità della stringa leggerà 50 volt, quello all'estremità di ritorno della stringa leggerà zero volt e quello alla giunzione dei resistori leggerà 25 volt.

— EM Fields
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Bellissimo esempio.

— James M. Lay

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Prima di tutto, devi capire che non si sta verificando alcun rimbalzo. La corrente dovuta alle tensioni CC è sempre unidirezionale e nel circuito da cui sono stati erogati i flussi di corrente

V_{i n} \to Z_{1} \to Z_{2} \to G N D

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

Qui, il ramo in è aperto (che significa impedenza infinita). Quindi, poiché il percorso del circuito non è completo in questo modo idealmente nessuna corrente si dirama. $V_{out}$

Questo è esattamente il motivo per cui i dispositivi di misurazione della tensione (come il voltmetro) hanno impedenze elevate. Ogni volta che si collega un dispositivo ad alta resistenza (caratteristiche generali dei carichi) tra $V_{out}$ e $ground$ la corrente vede un percorso di resistenza inferiore via $Z_2$ e lo sceglie.

Naturalmente, parte della corrente fuoriesce anche a carico causando una potenziale caduta. Per calcolare la caduta è necessario considerare una resistenza equivalente a $Z_2$ e $Z_{load}$ (resistenza di carico) in parallelo e sostituire il $Z_2$ nel circuito sopra con la resistenza equivalente calcolata. Ora hai un semplice divisore potenziale dove $V_{out}$ può essere calcolato come

V_{o u t} = V_{i n} \frac{Z_{2}}{Z_{1} + Z_{2}}

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

Certamente, $V_{out}$ senza carico sarà maggiore del carico con una certa resistenza finita.

— Raghunath V
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