Bagaimana tepatnya cara kerja pembagi tegangan seri?

11

Saya minta maaf jika ini terjadi karena kurangnya pemahaman mendasar tentang aliran listrik, yang mungkin memang terjadi. Ketika saya melihat ini:

Saya tidak mengerti mengapa Z2 diperhitungkan dalam Vout - sejauh yang saya tahu saat ini harus bercabang sebelum sampai ke Z2. Apakah arus langsung dari input ke ground, dan kemudian terikat kembali dan menyebar?

current

— JS
sumber

Pikirkan tentang kasus ekstrim di mana Z2 = 0 (Vout disingkat menjadi ground) dan Anda dapat melihat bahwa Z2 penting.

— Spehro Pefhany

12

Bagaimana tepatnya cara kerja pembagi tegangan seri?

Aku takut bahwa rangkaian, seperti ditarik, yang membingungkan untuk mereka yang baru belajar dasar-dasar. Meskipun tidak jelas, kedua impedansi terhubung seri yang berarti bahwa semua arus melalui adalah melalui - tidak ada 'percabangan' sebelum sampai ke . Ini penting untuk memahami persamaan pembagi tegangan. $Z_1$ $Z_2$ $Z_2$

Mari menggambar ulang sirkuit untuk menekankan koneksi seri:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Jelas, ini adalah rangkaian seri yang terhubung dan arus seri hanya

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

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

Menurut hukum Ohm, tegangan melintasi resistor adalah produk dari arus yang melalui dan resistansi. Dengan demikian, tegangan di masing-masing resistor diberikan oleh

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}}

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

Ini adalah pembagian tegangan dan hasil ini sangat tergantung pada kenyataan bahwa resistor terhubung seri sehingga mereka memiliki arus identik.

Sekarang, jika output dari rangkaian kami adalah tegangan pada , kami mungkin memberi label simpul tempat dua resistor terhubung sebagai seperti dalam skema dalam pertanyaan Anda. $R_2$ $V_{out}$

Dan, kami mungkin tidak menggambar sumber tegangan input secara eksplisit seperti pada skema Anda.

Satu hal terakhir, jika kita memasang rangkaian lain secara paralel dengan sehingga beberapa arus melalui 'cabang keluar' melalui jalur itu, persamaan pembagi tegangan yang diperoleh di atas tidak lagi valid . $R_2$ $R_1$

Namun, kami dapat menjelaskan sirkuit eksternal ini dengan mengganti dalam persamaan di atas dengan mana $R_2$ $R_{EQ}$

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

$R_{EQ} = R_2 || R_L$

dan adalah resistansi setara dari sirkuit eksternal. $R_L$

— Alfred Centauri
sumber

5

Alasan Anda adalah masalah dengan pembagi tegangan, tetapi bukan karena alasan yang Anda yakini.

Jika kita berasumsi bahwa rangkaian terhubung ke V _keluar memiliki impedansi tak terbatas maka semua arus dari V _di arus melalui Z ₁ dan akibatnya Z ₂ . Ketika arus mengalir melalui masing-masing resistor perbedaan tegangan berkembang di mereka, sebanding dengan rasio resistensi mereka terhadap total (Hukum Ohm). Drop tegangan ini ada apakah kita mengukurnya atau tidak, dan memegang V _keluar pada tegangan tertentu di atas tanah. Ini adalah operasi dasar dari pembagi tegangan.

Masalah Anda hampir menyentuh adalah bahwa V _keluar tidak tidak memiliki impedansi tak terbatas. Beberapa saat melakukan lulus dari node ke dalam sirkuit yang terhubung, dan ini mengurangi penurunan tegangan Z ₂ . Inilah sebabnya mengapa pembagi tegangan tidak dapat digunakan sebagai pengatur tegangan untuk hal yang lebih kompleks daripada FET atau dioda.

— Ignacio Vazquez-Abrams
sumber

Contoh yang baik adalah pembagi tegangan resistif yang digunakan untuk bias penguat transistor. Ini adalah contoh klasik untuk pembagi tegangan yang dimuat. Ini adalah praktik umum untuk menggunakan resistor niveau serendah mungkin (karena resistansi input seluruh rangkaian). Alasannya adalah sebagai berikut: Beban (impedansi input dari BJT pada basis node, dan khususnya, toleransi yang terkait) seharusnya tidak memiliki terlalu banyak pengaruh pada rasio pembagian.

— LvW

@ LvW "Penurunan tegangan ini ada, apakah kita mengukurnya atau tidak" salah. Menurut mekanika kuantum, keadaan apa pun dimungkinkan sebelum mengukurnya. Jadi, akan ada keadaan di mana penurunan tegangan tidak ada.

— Samul

Samul - Anda bukan seorang insinyur, benar?

— LvW

3

Dengan menggunakan analogi air, bayangkan Anda memiliki selang berdiameter setengah inci berdiameter 50 inci ke bib di satu ujung, bahwa ujung yang lain tertutup, dan bahwa ada pengukur tekanan pada selang, yang lain di ujung tutup yang selang, dan satu lagi di tengah selang.

Sekarang bayangkan selang bib dibuka dan pengukur di selang bib berbunyi 50 PSI.

Karena ujung selang yang lain ditutup, tidak ada aliran air melalui selang, dan alat pengukur lain juga akan membaca 50 PSI.

Demikian juga, jika saya menghubungkan dua resistor secara seri, hubungkan salah satu ujung tali ke catu daya 50 volt dan biarkan ujung lainnya mengambang, voltmeter terhubung ke ujung catu daya tali, ke persimpangan resistor, dan ke ujung mengambang dari string semua akan membaca 50 volt karena tidak ada pengembalian ke suplai dan, oleh karena itu, tidak ada aliran muatan melalui string.

Sekarang, buka tutup selang.

Air akan mengalir melaluinya dan karena tidak ada yang menahan air di ujung yang tidak tertutup, pengukur itu akan bertuliskan 0 PSI.

Dengan asumsi bahwa tidak ada kerugian di balik bib, tekanan di bib akan tetap di 50 PSI dan kemudian, dengan ujung selang yang lain pada 0 PSI, pengukur tekanan di tengah selang harus membaca 25 PSI.

Dengan dua resistor bernilai sama dalam string, maka, ketika ujung mengambang dari string dikembalikan ke muatan pasokan akan mengalir melalui string.

Kemudian, dengan asumsi tidak ada drop tegangan pada output yang dimuat dari suplai, voltmeter di ujung tali akan membaca 50 volt, yang di ujung belakang tali akan membaca nol volt, dan yang ada di persimpangan resistor. akan membaca 25 volt.

— Bidang EM
sumber

Contoh yang indah.

— James M. Lay

3

Pertama-tama, Anda harus menyadari bahwa tidak ada bouncing kembali yang terjadi. Arus karena tegangan DC selalu searah dan dalam rangkaian Anda telah memberikan arus dari

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

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

Di sini, cabang di $V_{out}$ terbuka (artinya impedansi tak terbatas). Jadi karena jalur sirkuit tidak lengkap dengan cara itu idealnya tidak ada arus akan bercabang.

Inilah sebabnya mengapa alat pengukur tegangan (seperti voltmeter) memiliki impedansi tinggi. Setiap kali Anda menghubungkan perangkat resistensi tinggi (karakteristik umum beban) di antaranya $V_{out}$ dan $ground$ saat ini melihat jalur resistansi yang lebih rendah melalui $Z_2$ dan memilihnya.

Tentu saja, beberapa arus juga bocor ke beban yang menyebabkan penurunan potensial. Untuk menghitung drop Anda harus mempertimbangkan resistensi setara dengan $Z_2$ dan $Z_{load}$ (resistensi beban) secara paralel dan ganti $Z_2$ di sirkuit di atas dengan perlawanan setara dihitung. Sekarang Anda memiliki pembagi potensial sederhana di mana $V_{out}$ dapat dihitung sebagai

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

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

Pasti, $V_{out}$ tanpa beban akan lebih besar dari beban dengan beberapa resistensi yang terbatas.

— Raghunath V
sumber