Come scegliere il valore del resistore nel partitore di tensione?

Capisco che la tensione di uscita è determinata dal rapporto tra i due valori di resistenza e che se entrambi i resistori sono uguali, la tensione di uscita sarà esattamente la stessa per tutti; ma qual è la base per scegliere i valori del resistore? è necessario considerare la corrente di uscita per scegliere il valore del resistore.

Il punto principale è attuale.

Dai un'occhiata a questo circuito. Passa il puntatore del mouse sul simbolo del terreno e vedrai che la corrente è di 25 mA. Ora date un'occhiata a questo circuito e vedrete che la corrente di uscita è .$2.5 \mbox{ } \mu A$

Ora vediamo come si comportano i circuiti sotto carico. Ecco il primo circuito con carico. Come puoi vedere, è una corrente di 2,38 mA che attraversa la resistenza di carico sulla destra e la tensione su di essa non è più i 2,5 V previsti ma invece 2,38 V (perché i due resistori di fondo sono in parallelo). Se diamo un'occhiata al secondo circuito qui, vedremo che ora la resistenza superiore scende di circa 5 V mentre le due resistenze inferiori hanno una tensione di 4,99 mV. Questo perché il rapporto di resistenza è stato modificato qui. Poiché i due resistori inferiori sono ora in parallelo e abbiamo un resistore con una resistenza significativamente maggiore rispetto all'altro, la loro resistenza combinata è trascurabile rispetto alla resistenza del solo resistore in basso a destra (è possibile verificare che utilizzando le formule del resistore parallelo). Quindi ora l'uscita di tensione è significativamente diversa dai 2,5 V che otteniamo in caso di assenza di carico.

Ora diamo un'occhiata alla situazione opposta: due piccoli resistori nel partitore di tensione e uno grande come carico qui . Ancora una volta la resistenza combinata dei due resistori inferiori è inferiore alla resistenza del resistore più piccolo dei due. In questo caso, tuttavia, ciò non ha un grande impatto sulla tensione vista dal carico. Ha ancora la tensione di 2,5 V e finora tutto bene.

Quindi il punto è nel determinare la resistenza dei resistori, dovremmo tenere conto della resistenza di ingresso del carico e i due resistori del divisore di tensione dovrebbero essere il più piccoli possibile.

D'altra parte, confrontiamo la corrente che passa attraverso il divisore nel circuito con grandi resistori sul divisore e il circuito con piccoli resistori sul divisore . Come puoi vedere, i grandi resistori hanno una corrente di soli che li attraversa e i piccoli resistori hanno una corrente di 25 mA. Il punto qui è che la corrente viene sprecata dal divisore di tensione e se questo fosse ad esempio parte di un dispositivo a batteria, avrebbe un impatto negativo sulla durata della batteria. Quindi i resistori dovrebbero essere il più grandi possibile al fine di ridurre la corrente dispersa.$2.5 \mbox{ }\mu A$

Questo ci dà due requisiti opposti di avere resistori il più piccoli possibili per ottenere una migliore regolazione della tensione in uscita e resistori il più grandi possibile per ottenere il minor dispendio di corrente possibile. Quindi per ottenere il valore corretto, dovremmo vedere di quale tensione abbiamo bisogno sul carico, quanto deve essere precisa e ottenere la resistenza di ingresso del carico e sulla base di quel calcolo della dimensione dei resistori di cui abbiamo bisogno per avere il carico con accettabile voltaggio. Quindi dobbiamo sperimentare valori di resistori del partitore di tensione più elevati e vedere come la tensione sarà influenzata da essi e trovare il punto in cui non possiamo avere una maggiore variazione di tensione a seconda della resistenza di ingresso. A quel punto, abbiamo (in generale) una buona scelta di resistori di partizione di tensione.

Un altro punto che deve essere considerato è la potenza nominale dei resistori. Questo va a favore di resistori con resistenza maggiore perché resistori con resistenza inferiore dissiperanno più potenza e riscalderanno di più. Ciò significa che dovranno essere più grandi (e di solito più costosi) dei resistori con resistenza maggiore.

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

Un partitore di tensione da solo è inutile. Il divisore deve alimentare il suo output in qualcosa. A volte quel qualcosa è una regolazione di polarizzazione su un circuito operazionale, o talvolta la tensione di retroazione su un regolatore di tensione. Ci sono migliaia di cose che un divisore potrebbe nutrire.

Qualunque cosa stia nutrendo il divisore, prenderà corrente. A volte si chiama "input current". Altre volte non è veramente specificato o conosciuto. A volte la corrente fluisce "fuori" dal divisore, a volte scorre "dentro" al divisore. Questa corrente può incasinare l'accuratezza del divisore perché la corrente scorrerà attraverso una resistenza più dell'altra. Maggiore è la corrente di ingresso, maggiore sarà la precisione del divisore.

Ecco una regola empirica molto approssimativa: la corrente che scorre attraverso i due resistori (supponendo che non vi sia corrente in ingresso) dovrebbe essere da 10 a 1000 volte superiore alla corrente in ingresso. Più corrente scorre attraverso questi resistori, minore sarà la corrente di ingresso che influenzerà le cose.

Quindi ogni volta che hai un divisore stai cercando di bilanciare la precisione con il consumo di energia. Una corrente più elevata (resistori di valore inferiore) offre una maggiore precisione a costo di un maggiore consumo di energia.

In molti casi scoprirai che la corrente di ingresso è così alta che un divisore di tensione da solo non funzionerà. Per quei circuiti potresti usare un divisore che alimenta un amplificatore operazionale impostato come "buffer di guadagno unitario". In questo modo i resistori possono avere valori abbastanza alti e non essere influenzati dalla corrente di ingresso del resto del circuito.

AndrejaKo e David hanno dato buone risposte, quindi non è necessario ripeterle qui.

David menziona il buffer di guadagno unitario.

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

Un opamp di ingresso FET ha una corrente di polarizzazione di ingresso molto più bassa, spesso nell'ordine di pA .

Se il divisore è progettato per fornire una frazione della tensione del segnale a un ingresso ADC, allora c'è un'altra preoccupazione nella progettazione: nei convertitori SAR, per una frequenza di campionamento fissa, è presente un'impedenza esterna massima consentita collegata sull'ingresso ADC; per caricare il condensatore del campione con la tensione corretta prima del campione successivo. Altrimenti, la misurazione è inutile. In questo caso, l'impedenza (resistenza) è formata dal parallelo di due resistori divisori (Thevenin).

È necessario tenere presente la legge di Ohm, E = IR e la dissipazione di potenza da parte di un resistore è V ^ 2 / R. Quindi la tua resistenza per la legge di Ohm sarà la resistenza superiore (R1) e la combinazione di resistori verrà utilizzata nel calcolo per la dissipazione di potenza. È possibile effettuare i calcoli per R1 in base a questo. È quindi possibile calcolare R2, tramite le tensioni di ingresso e di uscita e il valore R1 scelto. Personalmente uso questo calcolatore online per semplificarmi la vita.