Entiendo que la tensión de salida se determina por la relación entre los dos valores de las resistencias, y que si las dos resistencias son iguales entonces la tensión de salida será exactamente la misma para todos; pero ¿cuál es la base de la elección de los valores de las resistencias?
El punto principal es la actualidad.
Echa un vistazo a este circuito. Pasa el puntero del ratón por encima del símbolo de tierra y verás que la corriente es de 25 mA. Ahora echa un vistazo a este y verás que la corriente de salida es \$ 2.5 \mbox{ } \mu A \$ .
Ahora vamos a ver cómo se comportan los circuitos bajo carga. Aquí es el primer circuito con carga. Como puedes ver, es una corriente de 2,38 mA la que pasa por la resistencia de carga de la derecha y el voltaje en ella ya no es el esperado de 2,5 V sino de 2,38 V (porque las dos resistencias de abajo están en paralelo). Si echamos un vistazo al segundo circuito aquí Veremos que ahora la resistencia superior cae alrededor de 5 V enteros mientras que las dos resistencias inferiores tienen un voltaje de 4,99 mV. Esto se debe a que la relación de las resistencias se ha cambiado aquí. Como las dos resistencias inferiores están ahora en paralelo, y tenemos una resistencia significativamente mayor que la otra, su resistencia combinada es insignificante comparada con la resistencia de la resistencia inferior derecha (puedes comprobarlo usando las fórmulas de resistencias en paralelo). Así que ahora la salida de voltaje es significativamente diferente de los 2,5 V que obtenemos en el caso de la condición sin carga.
Ahora veamos la situación opuesta: Dos resistencias pequeñas en el divisor de tensión y una grande como carga aquí . De nuevo, la resistencia combinada de las dos resistencias inferiores es menor que la resistencia de la resistencia más pequeña de las dos. En este caso, sin embargo, esto no tiene un gran impacto en el voltaje visto por la carga. Sigue teniendo la tensión de 2,5 V y todo está bien hasta ahora.
Así que la cuestión es que al determinar la resistencia de las resistencias, debemos tener en cuenta la resistencia de entrada de la carga y las dos resistencias divisoras de tensión deben ser lo más pequeñas posible.
Por otro lado, comparemos la corriente que pasa por el divisor en el circuito con grandes resistencias en el divisor y el circuito con pequeñas resistencias en el divisor . Como se puede ver, las resistencias grandes tienen una corriente de sólo \$2.5 \mbox{ }\mu A\$ pasando por ellos y las pequeñas resistencias tienen una corriente de 25 mA. El punto aquí es que la corriente es desperdiciada por el divisor de voltaje y si esto fuera, por ejemplo, parte de un dispositivo que funciona con baterías, tendría un impacto negativo en la vida de la batería. Así que las resistencias deberían ser lo más grandes posible para reducir la corriente desperdiciada.
Esto nos da dos requisitos opuestos de tener las resistencias más pequeñas posibles para obtener una mejor regulación de voltaje en la salida y las resistencias más grandes posibles para obtener la menor corriente desperdiciada posible. Así que para obtener el valor correcto, debemos ver qué voltaje necesitamos en la carga, lo preciso que debe ser y obtener la resistencia de entrada de la carga y en base a eso calcular el tamaño de las resistencias que necesitamos para tener la carga con un voltaje aceptable. Entonces tenemos que experimentar con valores más altos de resistencias divisoras de tensión y ver cómo el voltaje se verá afectado por ellos y encontrar el punto en el que no podemos tener una mayor variación de tensión en función de la resistencia de entrada. En ese punto, tenemos (en general) una buena elección de resistencias divisoras de tensión.
Otro punto que hay que tener en cuenta es la potencia de las resistencias. Esto va a favor de las resistencias con mayor resistencia porque las resistencias con menor resistencia disiparán más potencia y se calentarán más. Eso significa que tendrán que ser más grandes (y normalmente más caras) que las resistencias con mayor resistencia.
En la práctica, una vez que haces un número de divisores de tensión, verás que hay pocos valores populares para las resistencias del divisor de tensión. Mucha gente se limita a elegir uno de ellos y no se preocupa demasiado por los cálculos, a menos que haya un problema con la elección. Por ejemplo, para cargas pequeñas, puedes elegir resistencias en el \$100 \mbox{ } k \Omega\$ mientras que para cargas mayores se puede utilizar \$10 \mbox{ } k \Omega\$ o incluso \$1 \mbox{ } k \Omega\$ resistencias, si te sobra la corriente.
Gran respuesta, pero debes saber que tus simulaciones ya no funcionan en la web de falstad. Todos los enlaces llevan a un circuito LC. Te agradecería que los actualizaras.
@TisteAndi Teah, ¡tienes razón! Desde que pasaron de Java, las simulaciones son un poco difíciles. ¡Parece que tendré que hacer una ronda para actualizar los enlaces!
Un divisor de tensión por sí mismo es inútil. El divisor necesita alimentar su salida en algo. A veces ese algo es un ajuste de polarización en un circuito de op-amp, o a veces la tensión de retroalimentación en un regulador de tensión. Hay miles de cosas que un divisor podría alimentar.
Lo que sea que el divisor esté alimentando, va a tomar corriente. A veces se llama "corriente de entrada". Otras veces no se especifica ni se conoce realmente. A veces la corriente fluye "fuera" del divisor, y a veces fluye "dentro" del divisor. Esta corriente puede desordenar la precisión del divisor porque la corriente fluirá a través de una resistencia más que la otra. Cuanta más corriente de entrada haya, más se verá afectada la precisión del divisor.
Esta es una regla general: La corriente que fluye a través de las dos resistencias (suponiendo que no hay corriente de entrada) debe ser de 10 a 1000 veces más que la corriente de entrada. Cuanto más corriente fluya a través de estas resistencias, menos afectará la corriente de entrada.
Por lo tanto, cada vez que se tiene un divisor se intenta equilibrar la precisión con el consumo de energía. Una mayor corriente (resistencias de menor valor) le dará una mayor precisión a costa de un mayor consumo de energía.
En muchos casos encontrarás que la corriente de entrada es tan alta que un divisor de tensión por sí mismo no va a funcionar. Para esos circuitos puedes utilizar un divisor que alimente un amplificador óptico configurado como un "buffer de ganancia unitaria". De esta forma, las resistencias pueden tener valores bastante altos y no verse afectadas por la corriente de entrada del resto del circuito.
Por "corriente de entrada", ¿se refiere a la corriente de salida? O en todo caso, ¿la corriente que entra/sale del nodo central?
@clabacchio Corriente de entrada, desde el punto de vista de lo que alimenta el divisor. Así que sí, corriente de salida del divisor.
AndrejaKo y David han dado buenas respuestas, así que no es necesario repetirlas aquí.
David menciona el buffer de ganancia unitaria.
Esto le permitirá dibujar una corriente bastante alta, al menos varios mA, incluso con una pequeña corriente a través del divisor. Puede ser tentador, especialmente en sistemas alimentados por baterías donde cada mA cuenta, elegir un valor como 1M \$\Omega\$ para las resistencias. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la mayoría de los amplificadores operacionales también tienen una pequeña corriente de entrada. En muchas aplicaciones es insignificante, pero a 1 \$\mu\$ A (un valor típico) el 1M \$\Omega\$ resistencias causará un error de 0,5V independientemente de la tensión de entrada. Así que a 5V no obtendrás 2,5V en el divisor, sino 2,0V.
A Entrada FET opamp tiene una corriente de polarización de entrada mucho menor, a menudo en el orden de pA .
Pensaba que en el caso del opamp buffer la caída de voltaje causada por la pequeña corriente de entrada será de alguna manera compensada por la fuerte retroalimentación negativa, de modo que incluso si se utilizan resistencias mayores de 1MOhm no habrá errores. ¿No es así? Entonces, independientemente de la configuración del amplificador óptico que se utilice, la pequeña corriente de entrada siempre causará algún error.
@Buzai - No, el opamp no puede compensarlo. En el ejemplo sólo ve los 2 V en la entrada no inversora, y pone la salida a 2 V también. No es consciente de los 2,5 V que debería tener. De hecho, con una corriente de fuga de 1 uA y un resultado de 2 V puedes tener muchas relaciones de divisor diferentes. Una resistencia de 143 k + 100 k también dan 2 V de salida, pero sin carga la tensión de salida sería de 2,06 V, no de 2,5 V.
Si el divisor está destinado a proporcionar una fracción de la tensión de la señal a una entrada del ADC, entonces hay otra preocupación en el diseño: En los convertidores SAR, para una frecuencia de muestreo fija, hay una impedancia externa máxima permitida conectada en la entrada del ADC; para cargar el condensador de muestreo con la tensión adecuada antes de la siguiente muestra. De lo contrario, la medición es inútil. En este caso, la impedancia (resistencia) está formada por el paralelo de dos resistencias divisoras (Thevenin).
Tienes que tener en cuenta la ley de Ohms, E=IR y la potencia disipada por una resistencia es V^2/R. Así que tu resistencia para la ley de Ohms será la resistencia superior (R1), y la combinación de resistencias se utilizará en el cálculo para la disipación de potencia. Puedes hacer tus cálculos para R1 basándote en esto. A continuación, puede calcular R2, por los voltajes de entrada y salida, y su valor elegido R1. Yo personalmente uso este calculadora en línea para facilitarme la vida.
Aquí está otra calculadora en línea que también busca los valores estándar de las resistencias, y te dice el rango de tensión final, teniendo en cuenta la tolerancia de las resistencias.
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Brevemente: la impedancia de la fuente y de la carga, y posiblemente consideraciones de ruido de Johnson en circuitos de bajo ruido.
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Además, las interferencias de las fuentes de ruido cercanas se captan más fácilmente si las resistencias son más grandes.