¿Cómo funciona exactamente un divisor de voltaje en serie?

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Pido disculpas si esto se reduce a una falta de comprensión fundamental del flujo eléctrico, lo que probablemente sí. Cuando miro esto:

No entiendo por qué Z2 se factoriza en Vout, por lo que puedo decir, la corriente debería ramificarse antes de llegar a Z2. ¿La corriente va directamente de entrada a tierra y luego se limita y se extiende?

current JS
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Piense en el caso extremo donde Z2 = 0 (Vout en cortocircuito a tierra) y puede ver que Z2 importa.

Spehro Pefhany

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¿Cómo funciona exactamente un divisor de voltaje en serie?

Me temo que el circuito, como se dibuja, es confuso para aquellos que solo están aprendiendo los fundamentos. Aunque no es aparente, las dos impedancias están conectadas en serie, lo que significa que toda la corriente a través de es a través de , no hay 'ramificación' antes de llegar a . Esto es crucial para comprender la ecuación del divisor de voltaje. $Z_1$ $Z_2$ $Z_2$

Redibujemos el circuito para enfatizar la conexión en serie:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Claramente, este es un circuito conectado en serie y la corriente en serie es solo

I = \frac{V_{i n}}{R_{1} + R_{2}}

$I = \frac{V_{in}}{R_1 + R_2}$

Según la ley de Ohm, el voltaje a través de una resistencia es producto de la corriente y la resistencia. Por lo tanto, el voltaje a través de cada resistencia está dado por

V_{R 1} = I R_{1} = V_{i n} \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}

$V_{R1} = I R_1 = V_{in}\frac{R_1}{R_1 + R_2}$

V_{R 2} = I R_{2} = V_{i n} \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}

$V_{R2} = I R_2 = V_{in}\frac{R_2}{R_1 + R_2}$

Esta es la división de voltaje y este resultado depende crucialmente del hecho de que las resistencias están conectadas en serie para que tengan una corriente idéntica.

Ahora, si la salida de nuestro circuito es el voltaje a través de , podríamos etiquetar el nodo donde las dos resistencias se conectan como como en el esquema en su pregunta. $R_2$ $V_{out}$

Y es posible que no dibujemos la fuente de voltaje de entrada explícitamente como en su esquema.

Una última cosa, si conectamos otro circuito en paralelo con modo que parte de la corriente a través de 'se ' a través de ese camino, las ecuaciones del divisor de voltaje derivadas anteriormente ya no son válidas . $R_2$ $R_1$

Sin embargo, podríamos explicar este circuito externo reemplazando en las ecuaciones anteriores con donde $R_2$ $R_{EQ}$

R_{E Q} = R_{2} | | R_{L}

$R_{EQ} = R_2 || R_L$

y es la resistencia equivalente del circuito externo. $R_L$

Alfred Centauri
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Su razonamiento es un problema con los divisores de voltaje, pero no por la razón que usted cree.

Si suponemos que el circuito conectado a V _out tiene una impedancia infinita, entonces toda la corriente de V _in fluye a través de Z ₁ y, en consecuencia, Z ₂ . A medida que la corriente fluye a través de cada una de las resistencias, se desarrolla una diferencia de voltaje entre ellas, proporcional a la relación de sus resistencias con respecto al total (Ley de Ohm). Esta caída de tensión existe si medimos o no, y que posee V _{a cabo} a una cierta tensión por encima del suelo. Esta es la operación básica de un divisor de voltaje.

El problema que casi tocan es que V _cabo hace no tiene impedancia infinita. Algunos actual hace pasar hacia fuera del nodo en el circuito conectado, y esto reduce la caída de tensión en Z ₂ . Es por eso que los divisores de voltaje no pueden usarse como reguladores de voltaje para nada más complejo que un FET o diodo.

Ignacio Vazquez-Abrams
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Un buen ejemplo es el divisor de voltaje resistivo usado para polarizar un amplificador de transistor. Este es un ejemplo clásico para un divisor de voltaje cargado. Es una práctica común usar un nivel de resistencia lo más bajo posible (debido a la resistencia de entrada de todo el circuito). La razón es la siguiente: la carga (impedancia de entrada del BJT en el nodo base y, en particular, las tolerancias asociadas) no debería tener demasiada influencia en la relación de división.

LvW

@LvW "Esta caída de voltaje existe tanto si la medimos como si no" está mal. Según la mecánica cuántica, cualquier estado es posible antes de medirlo. Entonces, habría un estado donde la caída de voltaje no existe.

Samul

Samul: no eres ingeniero, ¿verdad?

LvW

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Usando la analogía del agua, imagine que tiene una manguera de 50 pies de media pulgada de diámetro enganchada a un babero de manguera en un extremo, que el otro extremo está tapado y que hay un manómetro en el babero de la manguera, otro en el extremo tapado del manguera, y otra en el medio de la manguera.

Ahora imagine que el babero de la manguera está abierto y que el medidor en el babero de la manguera lee 50 PSI.

Dado que el otro extremo de la manguera está tapado, no puede haber flujo de agua a través de la manguera, y los otros medidores también leerán 50 PSI.

Del mismo modo, si conecto dos resistencias en serie, conecto un extremo de la cadena a una fuente de alimentación de 50 voltios y dejo flotar el otro extremo, voltímetros conectados al extremo de la fuente de alimentación de la cadena, a la unión de las resistencias y a la El extremo flotante de la cadena leerá 50 voltios porque no hay retorno al suministro y, por lo tanto, no hay flujo de carga a través de la cadena.

Ahora, destape la manguera.

El agua fluirá a través de él y dado que no hay nada que lo retenga en el extremo sin tapa, ese medidor leerá 0 PSI.

Suponiendo que no hay pérdidas detrás del babero, la presión en el babero se mantendrá en 50 PSI y luego, con el otro extremo de la manguera a 0 PSI, el manómetro en el medio de la manguera debe leer 25 PSI.

Con dos resistencias de igual valor en la cadena, entonces, cuando el extremo flotante de la cadena se devuelve a la carga de suministro, fluirá a través de la cadena.

Luego, suponiendo que no haya caída de voltaje en la salida cargada del suministro, el voltímetro en ese extremo de la cadena leerá 50 voltios, el que está en el extremo de retorno de la cadena leerá cero voltios y el que está en la unión de las resistencias leerá 25 voltios.

Campos EM
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Hermoso ejemplo

James M. Lay

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En primer lugar, debes darte cuenta de que no hay rebotes. La corriente debida a los voltajes de CC siempre es unidireccional y en el circuito ha dado flujos de corriente desde

V_{i n} \to Z_{1} \to Z_{2} \to G N D

$V_{in} \rightarrow Z_1 \rightarrow Z_2 \rightarrow GND$

Aquí, la sucursal en $V_{out}$ está abierto (es decir, impedancia infinita). Entonces, como la ruta del circuito no está completa de esa manera, idealmente no se ramificará la corriente.

Esto es exactamente por qué los dispositivos de medición de voltaje (como el voltímetro) tienen altas impedancias. Cada vez que conecta un dispositivo de alta resistencia (características generales de las cargas) entre $V_{out}$ y $ground$ la corriente ve un camino de menor resistencia a través de $Z_2$ y lo elige

Por supuesto, parte de la corriente también se escapa a la carga causando una caída potencial. Para calcular la caída, debe considerar una resistencia equivalente a $Z_2$ y $Z_{load}$ (resistencia de carga) en paralelo y reemplazar el $Z_2$ en el circuito anterior con la resistencia equivalente calculada. Ahora tienes un divisor potencial simple donde $V_{out}$ se puede calcular como

V_{o u t} = V_{i n} \frac{Z_{2}}{Z_{1} + Z_{2}}

$V_{out} = V_{in} \frac{Z_2}{Z_1 + Z_2}$

Seguramente, $V_{out}$ sin carga será mayor que la carga con cierta resistencia finita.

Raghunath V
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