Come scegliere il valore del resistore nel partitore di tensione?


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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.


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In breve: l'impedenza della sorgente e del carico, e possibilmente considerazioni sul rumore Johnson nei circuiti a basso rumore.
nibot

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Inoltre, se le resistenze sono più grandi, le interferenze da fonti di rumore vicine saranno facilmente rilevate.
endolith,

Risposte:


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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 μA

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 μUN

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 KΩ10 KΩ1 KΩ


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+1 per gli esempi di simulazione del circuito
m

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Ottima risposta ma dovresti sapere che le tue simulazioni non sono più in esecuzione sul sito Web di falstad. I collegamenti portano tutti a un circuito LC. Ti sarei grato se potessi aggiornarli.
TisteAndii,

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@TisteAndi Teah, hai ragione! Da quando sono passati da Java, le simulazioni sono un po 'difficili. Sembra che dovrò fare un giro di aggiornamento dei link!
Andreja Ko

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@MagTun Un carico più piccolo ha una resistenza di carico più elevata e un carico più elevato ha una resistenza di carico inferiore, poiché il carico è proporzionale alla conducibilità del resistore e non alla resistività del resistore.
AndrejaKo

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@MagTun Bene, la domanda mi fa pensare che devi leggere qualcosa in più sui LED. Il solito caso d'uso dei LED è che vogliamo che brillino con un certo livello di luminosità. I LED sono dispositivi controllati dalla corrente, vale a dire la luminosità è proporzionale alla corrente, non alla tensione, quindi invece di utilizzare un divisore di tensione, si dovrebbe semplicemente mettere un resistore in serie con il LED.
AndrejaKo

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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.


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Per "Corrente di ingresso", intendi la corrente di uscita? O comunque, la corrente che scorre dentro / fuori dal nodo centrale?
clabacchio

@clabacchio Ingresso corrente, dal punto di vista della cosa che il divisore sta alimentando. Quindi sì, corrente in uscita dal divisore.

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

David menziona il buffer di guadagno unitario.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

ΩμΩ

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


Ho pensato che nel caso del buffer opamp la caduta di tensione causata dalla piccola corrente di ingresso sarà in qualche modo compensata dal forte feedback negativo, in modo che anche se si usano resistori maggiori di 1MOhm non ci saranno errori. Non è così? Quindi, indipendentemente dalla configurazione di opamp utilizzata, la piccola corrente di ingresso causerà sempre qualche errore?
Buzai Andras,

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@ Buzai - No, l'opamp non può compensarlo. Nell'esempio vede solo 2 V sull'ingresso non invertente e imposta anche l'uscita su 2 V. Non è a conoscenza della 2,5 V che dovrebbe essere. È un dato di fatto con una corrente di dispersione di 1 uA e una risultante di 2 V è possibile avere molti rapporti di divisione diversi. Un resistore da 143 k + 100 k fornirà anche 2 V in uscita, ma a vuoto la tensione di uscita sarebbe di 2,06 V, non di 2,5 V.
stevenvh,

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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).


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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.


Ecco un altro calcolatore online che cerca anche i valori dei resistori standard e indica l'intervallo di tensione finale, tenendo conto della tolleranza del resistore.
TimH - ripristina Monica il
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