Wie wählt man den Widerstandswert im Spannungsteiler?

Ich verstehe, dass die Ausgangsspannung durch das Verhältnis zwischen den beiden Widerstandswerten bestimmt wird und dass, wenn beide Widerstände gleich sind, die Ausgangsspannung für alle genau gleich ist; Aber worauf beruht die Auswahl der Widerstandswerte? Bei der Auswahl des Widerstandswerts muss der Ausgangsstrom berücksichtigt werden.

Der Hauptpunkt ist aktuell.

Schauen Sie sich diese Schaltung an. Bewegen Sie den Mauszeiger über das Bodensymbol und Sie werden sehen, dass der Strom 25 mA beträgt. Betrachten Sie nun diese Schaltung und Sie werden sehen, dass der Ausgangsstrom beträgt .$2.5 \mbox{ } \mu A$

Nun wollen wir sehen, wie sich die Schaltkreise unter Last verhalten. Hier ist der erste Stromkreis mit Last. Wie Sie sehen, fließt rechts ein Strom von 2,38 mA durch den Lastwiderstand, und die Spannung beträgt nicht mehr die erwarteten 2,5 V, sondern 2,38 V (da die beiden unteren Widerstände parallel geschaltet sind). Schauen wir uns hier den zweiten Stromkreis anWir werden sehen, dass jetzt der obere Widerstand um ganze 5 V abfällt, während die beiden unteren Widerstände eine Spannung von 4,99 mV haben. Das liegt daran, dass das Widerstandsverhältnis hier geändert wurde. Da die beiden unteren Widerstände jetzt parallel geschaltet sind und wir einen Widerstand haben, der erheblich größer ist als der andere, ist der kombinierte Widerstand im Vergleich zum Widerstand des rechten unteren Widerstands vernachlässigbar (Sie können dies mit Hilfe von Parallelwiderstandsformeln überprüfen). Daher unterscheidet sich der Spannungsausgang jetzt erheblich von den 2,5 V, die wir im Leerlauf erhalten.

Schauen wir uns nun die umgekehrte Situation an: Zwei kleine Widerstände im Spannungsteiler und ein großer als Last hier . Auch hier ist der kombinierte Widerstand der beiden unteren Widerstände kleiner als der Widerstand des kleineren Widerstands der beiden. In diesem Fall hat dies jedoch keinen großen Einfluss auf die Spannung, die von der Last gesehen wird. Es hat noch die Spannung von 2,5 V und alles ist soweit in Ordnung.

Bei der Bestimmung des Widerstands der Widerstände sollten wir also den Eingangswiderstand der Last berücksichtigen und die beiden Spannungsteilerwiderstände sollten so klein wie möglich sein.

Vergleichen wir andererseits den Strom, der durch den Teiler in der Schaltung fließt , mit großen Widerständen auf dem Teiler und die Schaltung mit kleinen Widerständen auf dem Teiler . Wie Sie sehen können, haben die großen Widerstände einen Strom von nur mA und die kleinen Widerstände einen Strom von 25 mA. Der Punkt hier ist, dass der Strom durch den Spannungsteiler verschwendet wird, und wenn dieser zum Beispiel Teil eines batteriebetriebenen Geräts wäre, würde dies die Batterielebensdauer negativ beeinflussen. Die Widerstände sollten daher so groß wie möglich sein, um die Stromverschwendung zu verringern.$2.5 \mbox{ }\mu A$

Dies gibt uns zwei gegensätzliche Anforderungen: möglichst kleine Widerstände für eine bessere Spannungsregelung am Ausgang und möglichst große Widerstände für eine möglichst geringe Stromverschwendung. Um den korrekten Wert zu erhalten, sollten wir sehen, welche Spannung wir an der Last benötigen, wie genau sie sein muss und den Eingangswiderstand der Last ermitteln und auf dieser Grundlage die Größe der Widerstände berechnen, die wir benötigen, um die Last mit akzeptablem Wert zu erhalten Stromspannung. Dann müssen wir mit höheren Spannungsteilerwiderstandswerten experimentieren und herausfinden, wie sich diese auf die Spannung auswirken, und den Punkt finden, an dem wir abhängig vom Eingangswiderstand keine größeren Spannungsschwankungen haben können. Zu diesem Zeitpunkt haben wir (im Allgemeinen) eine gute Auswahl an Spannungsteilerwiderständen.

Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist die Nennleistung der Widerstände. Dies gilt für Widerstände mit größerem Widerstandswert, da Widerstände mit geringerem Widerstandswert mehr Leistung abgeben und sich stärker erwärmen. Das bedeutet, dass sie größer (und normalerweise teurer) sein müssen als Widerstände mit größerem Widerstand.

In der Praxis werden bei mehreren Spannungsteilern nur wenige beliebte Werte für die Spannungsteilerwiderstände angezeigt. Viele Leute wählen einfach eine aus und kümmern sich nicht zu sehr um Berechnungen, es sei denn, es gibt ein Problem mit der Auswahl. Beispielsweise können Sie für kleinere Lasten Widerstände im Bereich auswählen , während Sie für größere Lasten oder sogar Widerstände verwenden können, wenn Sie dies wünschen Habe genug Strom um zu sparen.10 k Ω 1 k $100 \mbox{ } k \Omega$$10 \mbox{ } k \Omega$$1 \mbox{ } k \Omega$

Ein Spannungsteiler an sich ist unbrauchbar. Der Teiler muss seine Ausgabe in etwas einspeisen. Manchmal ist das eine Vorspannungseinstellung an einem Operationsverstärkerschaltkreis oder manchmal die Rückkopplungsspannung an einem Spannungsregler. Es gibt Tausende von Dingen, die ein Teiler füttern könnte.

Was auch immer der Teiler füttert, es wird Strom brauchen. Manchmal wird es als "Eingangsstrom" bezeichnet. In anderen Fällen ist es nicht wirklich spezifiziert oder bekannt. Manchmal fließt der Strom "aus" dem Teiler heraus und manchmal "in" den Teiler hinein. Dieser Strom kann die Genauigkeit des Teilers beeinträchtigen, da der Strom durch einen Widerstand mehr fließt als durch den anderen. Je mehr Eingangsstrom vorhanden ist, desto genauer wird der Teiler.

Hier ist eine sehr grobe Faustregel: Der Strom, der durch die beiden Widerstände fließt (vorausgesetzt, es fließt kein Eingangsstrom), sollte 10- bis 1000-mal höher sein als der Eingangsstrom. Je mehr Strom durch diese Widerstände fließt, desto weniger beeinflusst der Eingangsstrom die Dinge.

Jedes Mal, wenn Sie einen Teiler haben, versuchen Sie, die Genauigkeit im Verhältnis zum Stromverbrauch auszugleichen. Höhere Ströme (Widerstände mit niedrigerem Wert) führen zu einer höheren Genauigkeit bei gleichzeitig erhöhtem Stromverbrauch.

In vielen Fällen ist der Eingangsstrom so hoch, dass ein Spannungsteiler für sich allein nicht funktioniert. Für diese Schaltungen können Sie einen Teiler verwenden, der einen als "Unity Gain Buffer" eingerichteten Operationsverstärker speist. Auf diese Weise können die Widerstände ziemlich hohe Werte haben und werden nicht durch den Eingangsstrom des Restes der Schaltung beeinflusst.

AndrejaKo und David haben gute Antworten gegeben, daher müssen sie hier nicht wiederholt werden.

David erwähnt den Einheitsgewinnpuffer.

Auf diese Weise können Sie auch mit einem geringen Strom durch den Teiler einen relativ hohen Strom von mindestens mehreren mA ziehen. Besonders in batteriebetriebenen Systemen, in denen jeder mA zählt, ist es möglicherweise verlockend, einen Wert wie 1M für die Widerstände zu wählen . Beachten Sie jedoch, dass die meisten Operationsverstärker auch einen kleinen Eingangsstrom haben. Bei vielen Anwendungen ist dies vernachlässigbar, aber bei 1 A (ein typischer Wert) , die 1 M bewirkt Widerstände einen 0.5V Fehler, unabhängig von der Eingangsspannung. Bei 5 V werden also keine 2,5 V am Teiler, sondern 2,0 V erzeugt. μ $\Omega$$\mu$$\Omega$

Ein FET-Eingangsverstärker hat einen viel geringeren Eingangsvorspannungsstrom, häufig in der Größenordnung von pA .

Wenn der Teiler einen Teil der Signalspannung an einen ADC-Eingang liefern soll, gibt es ein weiteres Problem: In SAR-Wandlern ist für eine feste Abtastrate eine maximal zulässige externe Impedanz am ADC-Eingang angeschlossen. um den Probenkondensator vor der nächsten Probe mit der richtigen Spannung zu laden. Ansonsten ist die Messung unbrauchbar. In diesem Fall wird die Impedanz (Widerstand) durch die Parallelschaltung zweier Teilerwiderstände (Thevenin) gebildet.

Sie müssen das Ohmsche Gesetz beachten, E = IR und die Verlustleistung durch einen Widerstand beträgt V ^ 2 / R. Ihr Widerstand für das Ohmsche Gesetz ist also der obere Widerstand (R1), und die Widerstandskombination wird für die Berechnung der Verlustleistung verwendet. Sie können Ihre Berechnungen für R1 auf dieser Grundlage durchführen. Sie können dann R2 aus den Eingangs- und Ausgangsspannungen und dem von Ihnen gewählten R1-Wert berechnen. Ich persönlich benutze diesen Online-Rechner, um mein Leben leichter zu machen.