วิธีการเลือกค่าของตัวต้านทานในตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

ฉันเข้าใจว่าแรงดันเอาต์พุตจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างค่าตัวต้านทานสองค่าและหากตัวต้านทานทั้งสองเหมือนกันแรงดันเอาต์พุตจะเหมือนกันทุกประการ แต่พื้นฐานของการเลือกค่าตัวต้านทานมีอะไรบ้างที่จำเป็นต้องพิจารณากระแสเอาต์พุตเพื่อเลือกค่าตัวต้านทาน

ประเด็นหลักคือปัจจุบัน

ลองดูที่นี้วงจร วางตัวชี้เมาส์ไว้เหนือสัญลักษณ์กราวด์แล้วคุณจะเห็นว่ากระแสไฟฟ้าคือ 25 mA ตอนนี้ใช้เวลาดูที่นี้วงจรและคุณจะเห็นว่าปัจจุบันการส่งออกเป็น$2.5 \mbox{ } \mu A$

ทีนี้มาดูกันว่าวงจรทำงานภายใต้ภาระอย่างไร นี่คือวงจรแรกที่มีโหลด อย่างที่คุณเห็นคือกระแส 2.38 mA จะผ่านตัวต้านทานโหลดทางด้านขวาและแรงดันที่อยู่บนนั้นไม่ใช่ 2.5 V ที่คาดไว้อีกต่อไป แต่แทนที่จะเป็น 2.38 V (เพราะตัวต้านทานสองตัวด้านล่างขนานกัน) ถ้าเราดูวงจรที่สองที่นี่เราจะเห็นว่าตอนนี้ตัวต้านทานสูงสุดลดลงรอบทั้ง 5 V ในขณะที่ตัวต้านทานด้านล่างสองตัวมีแรงดัน 4.99 mV นั่นเป็นเพราะอัตราส่วนตัวต้านทานมีการเปลี่ยนแปลงที่นี่ เนื่องจากตัวต้านทานด้านล่างทั้งสองอยู่ในแนวขนานในขณะนี้และเรามีตัวต้านทานหนึ่งตัวที่มีความต้านทานที่มีขนาดใหญ่กว่าตัวต้านทานอื่น ๆ อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับความต้านทานของตัวต้านทานที่อยู่ด้านล่างขวาเพียงเล็กน้อย ดังนั้นตอนนี้แรงดันเอาต์พุตแตกต่างอย่างมากจาก 2.5 V ที่เราได้รับในกรณีที่ไม่มีสภาวะโหลด

ตอนนี้ลองมาดูที่สถานการณ์ตรงข้าม: สองตัวต้านทานขนาดเล็กในแบ่งแรงดันและมีขนาดใหญ่เป็นภาระที่นี่ ความต้านทานที่รวมกันของตัวต้านทานที่ต่ำกว่าสองตัวนั้นมีค่าน้อยกว่าความต้านทานของตัวต้านทานที่มีขนาดเล็กกว่าของทั้งสอง ในกรณีนี้อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้ส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อแรงดันไฟฟ้าที่โหลด มันยังคงมีแรงดันไฟฟ้า 2.5 V และทุกอย่างเรียบร้อยดี

ดังนั้นประเด็นก็คือเมื่อพิจารณาความต้านทานของตัวต้านทานเราควรคำนึงถึงความต้านทานอินพุตของโหลดและตัวต้านทานแบ่งแรงดันสองตัวควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้

$2.5 \mbox{ }\mu A$

สิ่งนี้ทำให้เรามีข้อกำหนดตรงข้ามกันสองข้อในการมีตัวต้านทานขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ดีขึ้นที่เอาต์พุตและตัวต้านทานที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้มีขนาดเล็กที่สุด ดังนั้นเพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้องเราควรดูว่าแรงดันไฟฟ้าที่เราต้องการในโหลดนั้นมีความแม่นยำเพียงใดและรับค่าความต้านทานอินพุตและขึ้นอยู่กับการคำนวณขนาดของตัวต้านทานที่เราต้องได้รับโหลดที่ยอมรับได้ แรงดันไฟฟ้า. จากนั้นเราต้องทดสอบค่าตัวต้านทานแรงดันไฟฟ้าหารสูงขึ้นและดูว่าแรงดันไฟฟ้าจะได้รับผลกระทบจากพวกเขาอย่างไรและค้นหาจุดที่เราไม่สามารถเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้มากขึ้นตามความต้านทานของอินพุต ณ จุดนั้นเรา (โดยทั่วไป) มีตัวเลือกที่ดีสำหรับตัวต้านทานตัวแบ่งแรงดัน

อีกจุดที่ต้องพิจารณาคือระดับพลังงานของตัวต้านทาน สิ่งนี้เป็นที่โปรดปรานของตัวต้านทานที่มีความต้านทานมากกว่าเนื่องจากตัวต้านทานที่มีความต้านทานต่ำจะกระจายพลังงานและความร้อนได้มากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะต้องมีขนาดใหญ่ (และมักจะมีราคาแพงกว่า) ตัวต้านทานที่มีความต้านทานมากกว่า

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

ตัวแบ่งแรงดันเองไม่มีประโยชน์ ตัวแบ่งต้องการป้อนออกเป็นอะไร บางครั้งสิ่งที่เป็นการปรับตั้งอคติบนวงจรแอมป์หรือบางครั้งแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า มีหลายพันสิ่งที่ตัวแบ่งสามารถให้อาหารได้

อะไรก็ตามที่ตัวแบ่งกำลังให้อาหารมันก็จะเกิดกระแส บางครั้งเรียกว่า "อินพุตปัจจุบัน" บางครั้งมันก็ไม่ได้ระบุหรือรู้จริงๆ บางครั้งกระแสก็ไหลออกมาจากตัวแบ่งและบางครั้งก็ไหลไปสู่ตัวแบ่ง กระแสนี้สามารถทำให้ความแม่นยำของตัวแยกเกิดขึ้นเนื่องจากกระแสจะไหลผ่านตัวต้านทานตัวหนึ่งมากกว่าตัวอื่น ๆ ยิ่งอินพุตมีกระแสมากเท่าไรความแม่นยำของตัวหารก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

นี่เป็นกฎง่ายๆที่ใช้อย่างคร่าวๆ: กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานสองตัว (สมมติว่าไม่มีกระแสอินพุต) ควรมากกว่ากระแสอินพุต 10 ถึง 1000 เท่า ยิ่งกระแสไหลผ่านตัวต้านทานเหล่านี้มากเท่าไรกระแสอินพุตก็จะมีผลน้อยลงเท่านั้น

ดังนั้นทุกครั้งที่คุณมีตัวหาร กระแสที่สูงขึ้น (ตัวต้านทานค่าที่ต่ำกว่า) จะให้ความแม่นยำที่ดีขึ้นในราคาที่สิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มขึ้น

ในหลายกรณีคุณจะพบว่ากระแสอินพุตสูงมากจนตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไม่สามารถทำงานได้ สำหรับวงจรเหล่านั้นคุณอาจใช้ตัวแบ่งการป้อน op-amp ที่ตั้งเป็น "unity gain buffer" ด้วยวิธีนี้ตัวต้านทานสามารถเป็นค่าที่ค่อนข้างสูงและไม่ได้รับผลกระทบจากกระแสอินพุตของส่วนที่เหลือของวงจร

AndrejaKo และ David ได้รับคำตอบที่ดีดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องพูดซ้ำอีก

ดาวิดกล่าวถึงบัฟเฟอร์ความเป็นหนึ่งเดียว

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

อินพุต FET opamp มีมากต่ำอินพุตอคติในปัจจุบันมักจะอยู่ในคำสั่งของป่า

หากตัวแบ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อให้เศษของแรงดันสัญญาณไปยังอินพุต ADC นั้นมีความกังวลในการออกแบบอื่น: ในตัวแปลง SAR สำหรับอัตราตัวอย่างคงที่มีความต้านทานภายนอกสูงสุดที่อนุญาตให้เชื่อมต่อกับอินพุต ADC; เพื่อที่จะคิดค่าตัวเก็บประจุตัวอย่างด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมก่อนตัวอย่างถัดไป ไม่เช่นนั้นการวัดจะไร้ประโยชน์ ในกรณีนี้ความต้านทาน (ความต้านทาน) จะเกิดขึ้นโดยขนานของตัวต้านทานแบ่งสองตัว (Thevenin)

คุณต้องจำไว้กฎหมาย Ohms, E = IR และการกระจายพลังงานโดยตัวต้านทานคือ V ^ 2 / R ดังนั้นความต้านทานของคุณสำหรับกฎของโอห์มจะเป็นตัวต้านทานสูงสุด (R1) และการรวมตัวต้านทานจะใช้ในการคำนวณการกระจายพลังงาน คุณสามารถคำนวณ R1 ตามนี้ได้ จากนั้นคุณสามารถคำนวณ R2 ด้วยแรงดันไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุตและค่า R1 ที่คุณเลือก ฉันใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์นี้เป็นการส่วนตัวเพื่อให้ชีวิตของฉันง่ายขึ้น