Entiendo que el voltaje de salida está determinado por la relación entre los valores de los dos resistores, y que si ambos resistores son iguales entonces el voltaje de salida será exactamente igual para todos; pero ¿cuál es la base para escoger los valores de los resistores? ¿Hay alguna necesidad de considerar la corriente de salida para elegir el valor del resistor?
El punto principal es actual.
Echa un vistazo a este circuito. Pasa el puntero del ratón sobre el símbolo de tierra y verás que la corriente es de 25 mA. Ahora echa un vistazo a este circuito y verás que la corriente de salida es de \$ 2.5 \mbox{ } \mu A \$.
Ahora veamos cómo se comportan los circuitos bajo carga. Aquí's el primer circuito con carga. Como puedes ver, hay una corriente de 2.38 mA pasando a través de la resistencia de carga a la derecha y el voltaje en ella ya no es el esperado de 2.5 V, sino 2.38 V (porque las dos resistencias inferiores están en paralelo). Si echamos un vistazo al segundo circuito aquí, veremos que ahora la resistencia superior cae alrededor de 5 V en su totalidad mientras que las dos resistencias inferiores tienen un voltaje de 4.99 mV. Esto se debe a que la proporción de la resistencia ha cambiado aquí. Dado que las dos resistencias inferiores están en paralelo ahora, y tenemos una resistencia con un valor significativamente mayor que la otra, su resistencia combinada es despreciable en comparación con la resistencia solo de la resistencia inferior derecha (puedes comprobar eso usando las fórmulas de resistencias en paralelo). Por lo tanto, ahora el voltaje de salida es significativamente diferente de los 2.5 V que obtenemos en caso de condiciones sin carga.
Ahora veamos la situación opuesta: Dos resistencias pequeñas en un divisor de voltaje y una grande como carga aquí. Nuevamente, 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. Todavía tiene el voltaje de 2.5 V y todo está bien hasta ahora.
Entonces, el punto es que al determinar la resistencia de las resistencias, debemos tener en cuenta la resistencia de entrada de la carga y las dos resistencias del divisor de voltaje deben ser lo más pequeñas posible.
Por otro lado, comparemos la corriente que pasa por el divisor en el circuito con resistencias grandes en el divisor y el circuito con resistencias pequeñas en el divisor. Como puedes ver, las resistencias grandes tienen una corriente de solo \$2.5 \mbox{ }\mu A\$ pasando a través de ellas y las resistencias pequeñas tienen una corriente de 25 mA. El punto aquí es que la corriente se desperdicia por el divisor de voltaje y si esto fuera por ejemplo parte de un dispositivo con batería, tendría un impacto negativo en la vida útil de la batería. Por lo tanto, las resistencias deben ser lo más grandes posible para reducir la corriente desperdiciada.
Esto nos da dos requisitos opuestos de tener resistencias lo más pequeñas posible para obtener una mejor regulación de voltaje en la salida y resistencias lo más grandes posible para obtener la menor corriente desperdiciada posible. Por lo tanto, para obtener el valor correcto, debemos ver qué voltaje necesitamos en la carga, cuán preciso necesita 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. Luego debemos experimentar con valores más altos de resistencias del divisor de voltaje y ver cómo el voltaje será afectado por ellas y encontrar el punto donde no podemos tener una variación de voltaje mayor dependiendo de la resistencia de entrada. En ese punto, (en general) tenemos una buena elección de resistencias del divisor de voltaje.
Otro punto que debe considerarse es la potencia nominal de las resistencias. Esto favorece a las resistencias con mayor resistencia porque las resistencias con menor resistencia disiparán más potencia y se calentarán más. Eso significa que deberán ser más grandes (y generalmente más caras) que las resistencias con mayor resistencia.
En la práctica, una vez que hagas varios divisores de voltaje, verás que hay unos pocos valores populares para las resistencias del divisor de voltaje. Muchas personas simplemente eligen uno de ellos y no se molestan demasiado con los cálculos, a menos que haya un problema con la elección. Por ejemplo, para cargas más pequeñas, puedes elegir resistencias en el rango de \$100 \mbox{ } k \Omega\$ mientras que para cargas más grandes puedes usar resistencias de \$10 \mbox{ } k \Omega\$ o incluso \$1 \mbox{ } k \Omega\$, si tienes suficiente corriente para gastar.
Gran respuesta, pero debes saber que tus simulaciones ya no se están ejecutando en el sitio web de Falstad. Todos los enlaces llevan a un circuito LC. Apreciaría si pudieras actualizarlos.
@TisteAndi ¡Sí, tienes razón! Desde que pasaron de Java, las simulaciones son un poco difíciles. ¡Parece que tendré que hacer una ronda de actualización de los enlaces!
Un divisor de voltaje por sí solo es inútil. El divisor necesita alimentar su salida en algo. A veces ese algo es un ajuste de polarización en un circuito de amplificador operacional, o a veces el voltaje de retroalimentación en un regulador de voltaje. Hay miles de cosas en las que un divisor podría estar alimentando.
Cualquier cosa que el divisor esté alimentando, va a consumir corriente. A veces se llama "corriente de entrada". Otras veces no está realmente especificado o conocido. A veces la corriente está fluyendo "fuera" del divisor, y a veces está fluyendo "dentro" del divisor. Esta corriente puede afectar la precisión del divisor porque la corriente estará fluyendo a través de una resistencia más que de la otra. Cuanta más corriente de entrada haya, más afectada estará la precisión del divisor.
Aquí tienes una regla general muy aproximada: La corriente que fluye a través de las dos resistencias (asumiendo que no hay corriente de entrada) debería ser de 10 a 1000 veces más que la corriente de entrada. Cuanta más corriente esté fluyendo a través de estas resistencias, menos afectará la corriente de entrada las cosas.
Así que cada vez que tengas un divisor estás tratando de equilibrar la precisión vs. el consumo de energía. Una corriente más alta (resistencias de menor valor) te dará una mejor 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 voltaje por sí solo no va a funcionar. Para esos circuitos podrías utilizar un divisor alimentando un amplificador operacional configurado como un "buffer de ganancia unitaria". De esta manera, las resistencias pueden tener valores bastante altos y no verse afectadas por la corriente de entrada del resto del circuito.
Por "corriente de entrada", ¿te refieres a la corriente de salida? ¿O de todas formas, te refieres a la corriente que fluye hacia/desde el nodo central?
@clabacchio Entrada de corriente, desde el punto de vista de la cosa que está alimentando el divisor. Así que sí, corriente de salida del divisor.
AndrejaKo y David han dado buenas respuestas, por lo que no es necesario repetirlas aquí.
David menciona el buffer de ganancia unitaria.
Esto te permitirá dibujar una corriente bastante alta, al menos varios mA, incluso con una corriente pequeña a través del divisor. Puede ser tentador, especialmente en sistemas alimentados por batería donde cada mA cuenta, elegir un valor como 1M\$\Omega\$ para los resistores. Sin embargo, recuerda que la mayoría de los amplificadores operacionales también tienen una pequeña corriente de entrada. En muchas aplicaciones esto es insignificante, pero a 1\$\mu\$A (un valor típico) los resistores de 1M\$\Omega\$ causarán un error de 0.5V, independientemente del voltaje de entrada. Entonces, a 5V no obtendrás 2.5V en el divisor, sino 2.0V.
Un amplificador operacional de entrada FET tiene una corriente de polarización de entrada mucho más baja, a menudo del orden de pA.
Pensé que en el caso del buffer del amplificador operacional, la caída de voltaje causada por la pequeña corriente de entrada de alguna manera sería compensada por la fuerte retroalimentación negativa, por lo que aunque se utilicen resistores mayores de 1MOhm no habrá errores. ¿No es así? Entonces, ¿no importa qué configuración de amplificador operacional se utilice, la pequeña corriente de entrada siempre causará algún error?
@Buzai - No, el amplificador operacional no puede compensarlo. En el ejemplo, solo ve los 2 V en la entrada no inversora y ajusta la salida también a 2 V. No tiene en cuenta los 2.5 V que debería haber. De hecho, con una corriente de fuga de 1 uA y un resultado de 2 V, se pueden tener muchas relaciones de división diferentes. Un resistor de 143 k + 100 k también dará 2 V de salida, pero sin carga la tensión de salida sería de 2.06 V, no 2.5 V.
Si el divisor tiene la intención de proporcionar una fracción del voltaje de la señal a una entrada ADC, entonces hay otra preocupación en el diseño: En convertidores SAR, para una velocidad de muestreo fija, hay una impedancia externa máxima permitida conectada a la entrada ADC; para cargar el condensador de muestra con el voltaje adecuado antes de la siguiente muestra. De lo contrario, la medición es inútil. En este caso, la impedancia (resistencia) está formada por la conexión en paralelo de dos resistencias divisoras (Thevenin).
Debes tener en cuenta la ley de Ohm, E=IR y la disipación de potencia por un resistor es V^2/R. Por lo tanto, tu resistencia para la ley de Ohm será el resistor superior (R1), y la combinación de resistores se utilizará en el cálculo de la disipación de potencia. Puedes hacer tus cálculos para R1 basándote en esto. Luego puedes calcular R2, con los voltajes de entrada y salida, y el valor de R1 que hayas elegido. Personalmente uso este calculadora en línea para hacer mi vida más fácil.
Aquí hay otro calculador en línea que también busca valores de resistencia estándar, y te dice el rango de voltaje final, teniendo en cuenta la tolerancia del resistor.
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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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También, la interferencia de fuentes de ruido cercanas será captada con mayor facilidad si las resistencias son más grandes.