Desventajas de usar resistencias grandes en un divisor de voltaje?

Question

¡Pregunta de dos partes! Estoy construyendo una carga ficticia de audio con una resistencia de 8, 1%, no inductiva y de 300W. Esta está conectada a los terminales de altavoz de un amplificador en prueba. Además, me gustaría observar a través de la resistencia (usando un conector BNC hembra para conectar un osciloscopio) y tener un interruptor que permita alternar un divisor de voltaje de 10:1, para compensar voltajes más altos que mi osciloscopio podría no poder manejar (similar a la configuración 10X en una sonda de osciloscopio). Mi circuito se ve algo así:

1. Me doy cuenta de que al usar resistencias de bajo valor para R1 y R2 significaría menos corriente pasando a través de la carga, por lo que serían preferibles valores altos para no interferir con las mediciones. ¿Cuáles son los pros y contras de usar resistencias de menor o mayor valor aquí? ¿Por qué no optar por valores mucho más altos, digamos, 360k y 40k, para obtener una precisión aún mayor?

2. ¿Qué tan cuidadoso debo ser con las potencias nominales de R1 y R2? ¿Es correcto asumir que con los valores que tengo actualmente, la proporción de corriente que pasa por las ramas en paralelo es tan pequeña que ni siquiera las resistencias de 1/4W estarían casi en uso?

Answer 1

La capacitancia de su cable formará un filtro de paso bajo RC con las resistencias. Con valores tan altos, debería verificar si todavía tiene el ancho de banda que necesita.

Mire la capacitancia del cable en pF/m en la documentación del cable. Si no lo tiene, elija una hoja de datos para un cable de diámetro e impedancia similares.

En frecuencias de audio, la adaptación de impedancias no será un problema, por lo que lo más probable es que no sea necesario tenerlo en cuenta.

Olvidé: si el dispositivo de medición en el otro extremo del cable tiene corriente de ruido de entrada (es decir, no un osciloscopio, sino, digamos, un amplificador operacional BJT) entonces las resistencias de alto valor aumentarán el ruido. Pero las resistencias de alto valor también hacen que la protección de entrada sea mucho más simple, ya que limitarán la corriente...

Nota: si desea una atenuación 1:10, ¿por qué no utiliza la sonda 1:10 de su osciloscopio?

Answer 2

Una sonda de osciloscopio tiene una pequeña capacitancia.

Tener una impedancia super alta en lo que estás midiendo significa que la señal se degradará porque no puede suministrar o absorber suficiente corriente para cargar y descargar el capacitor.

También ten en cuenta que las resistencias en el divisor tienen una precisión propia del 1%. Por lo tanto, el uso de resistencias de mayor valor no ayudará tanto.

La resistencia total sobre el divisor es 25000 veces mayor, por lo que la potencia nominal puede ser 25000 menor cuando se expone a los mismos voltajes: 300 W/25000 < 1/4 W

Answer 3

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar resistores de menor o mayor valor aquí? ¿Por qué no optar por valores mucho más altos, digamos, 360kΩ y 40kΩ, para una precisión de medición aún mayor?

La desventaja de usar resistores de alto valor en un divisor de voltaje es que aumenta la impedancia de salida y, por lo tanto, hace que el voltaje de salida sea más sensible a la carga.

Vamos a correr algunos números aproximados.

En frecuencias de audio, podemos considerar un cable coaxial como un capacitor.

El divisor de voltaje tiene una impedancia de salida un poco menor a 20K.

Una entrada de osciloscopio en modo hi-z generalmente tiene una impedancia de entrada de 1 megohmio en paralelo con unos pocos picofaradios bajos. El cable coaxial RG58 tiene una capacitancia de aproximadamente 100pF por metro. Digamos que tienes un par de metros de cable y unos 250pF en total para el cable, el osciloscopio, las trazas del PCB, etc.

Así que primero veamos el caso cercano a CC. Una impedancia de 20K que maneja una carga de 1 megohmio da un error de ganancia de alrededor del 2%.

¿Qué pasa con frecuencias más altas? la impedancia de salida de tu divisor de voltaje forma un filtro RC con la capacitancia del cable/osciloscopio. La frecuencia de corte de un filtro RC es

$$f_c=\frac{1}{2\pi R C}=\frac{1}{2\pi * 20 * 10^3 * 250 * 10^{-12}}=\frac{1}{\pi * 10^5 * 10^3 * 10^{-12}} = \frac{1}{\pi * 10^{-4}} \approx 3000$$

Eso es un poco bajo para trabajo de audio. Me gustaría reducir significativamente los valores de esos resistores para aumentar la frecuencia de corte. Por otro lado, no queremos reducirlos demasiado o tendremos problemas de disipación de energía. Probablemente queremos resistores aproximadamente 20 veces más pequeños que tus valores para llevar la frecuencia de corte a alrededor de 60kHz.

Desafortunadamente, los resistores de 9K no son un valor estándar pero podemos formar uno conectando un 4.3K en serie con un 4.7K.

Ten en cuenta que las sondas de osciloscopio 10x usan un resistor de valor muy alto, sin embargo también usan capacitores de compensación que se ajustan para coincidir con las características del cable y el osciloscopio y, en algunos casos, cables especiales.

¿Cuán cuidadoso debo ser con las potencias nominales de R1 y R2? ¿Estoy en lo correcto al asumir que con los valores que tengo actualmente, la proporción de corriente que pasa a través de las ramas en paralelo es tan pequeña que ni siquiera resistores de 1/4W apenas serían utilizados?

Dijiste que compraste cuatro resistores de 300W. No me queda claro si planeas usarlos para construir cuatro circuitos de medición de amplificadores separados con un resistor de 300W cada uno o un solo circuito de medición grande que use los cuatro. Por ahora supongamos lo último.

Tu cadena de divisores tiene una resistencia de 200K que es 25000 veces la resistencia de la carga ficticia de 8 ohmios. Así que cuando 1200W está pasando a través de los resistores de carga ficticia, 0.048W está pasando a través de la cadena divisoria. No hay problema.

Mi cadena sugerida tiene una resistencia de 10K que es 1250 veces la resistencia de la carga ficticia de 8 ohmios. Así que cuando 1200W esté pasando a través de la carga ficticia, 0.96W está pasando a través de la cadena divisoria. De esto, 0.4512W se disipa en el resistor de 4.7K y menos en los otros resistores.

Eso me parece un diseño factible. Los resistores de película de metal de 0.6W están disponibles y son bastante baratos.

Answer 4

Buenas respuestas publicadas aquí pero agregaría...

Probablemente sería mejor usar resistencias de .8R y 7.2R para tu carga ficticia, si puedes encontrar/hacerlas, y derivar de allí hacia tu interruptor.

O mejor utilizar algo activo para buffer/dividir la señal y minimizar el efecto de la conexión del osciloscopio en la salida del amplificador que estás probando.

Answer 5

Buenas respuestas pero tengo esto: 1. Conecte dos resistencias ficticias en serie para hacer 16 ohmios 2. De la misma manera para las otras dos restacias 3. Conecte estos circuitos en serie en paralelo al amplificador creando una carga ficticia total de 8 ohmios 4. Ahora puede medir de forma segura conectando el osciloscopio entre las dos intersecciones de los circuitos en serie de 16 ohmios 5. Ahora está utilizando un circuito de puente de resistencia de alta potencia principalmente utilizado en amplificadores de instrumentación - midiendo la diferencia de voltaje - y milivoltios si la tolerancia de las resistencias es la especificada.
¡Tenga en cuenta: el osciloscopio no debe estar conectado a tierra!