Bagaimana cara memilih nilai resistor di pembagi tegangan?

Saya mengerti bahwa tegangan output ditentukan oleh rasio antara dua nilai resistor, dan bahwa jika kedua resistor sama maka tegangan output akan persis sama untuk semua; tapi apa dasar memilih nilai-nilai resistor? Ada kebutuhan mempertimbangkan arus keluaran untuk memilih nilai resistor.

Poin utamanya adalah arus.

Lihatlah sirkuit ini . Arahkan penunjuk tetikus ke simbol tanah dan Anda akan melihat bahwa arusnya adalah 25 mA. Sekarang lihatlah ini sirkuit dan Anda akan melihat bahwa arus keluaran .$2.5 \mbox{ } \mu A$

Sekarang mari kita lihat bagaimana sirkuit berperilaku di bawah beban. Inilah sirkuit pertama dengan beban. Seperti yang Anda lihat, adalah arus 2,38 mA melalui resistor beban di sebelah kanan dan tegangan di atasnya bukan lagi 2,5 V yang diharapkan tetapi sebaliknya 2,38 V (karena dua resistor bawah secara paralel). Jika kita melihat sirkuit kedua di sini, kita akan melihat bahwa sekarang resistor atas turun sekitar 5 V sementara dua resistor bawah memiliki tegangan 4,99 mV. Itu karena rasio resistor telah diubah di sini. Karena dua resistor bawah paralel sekarang, dan kami memiliki satu resistor dengan resistansi yang jauh lebih besar daripada resistansi lainnya, resistansi gabungannya dapat diabaikan dibandingkan dengan resistansi resistor kanan bawah (Anda dapat memeriksa menggunakan rumus resistor paralel). Jadi sekarang tegangan output berbeda secara signifikan dari 2,5 V yang kami dapatkan jika terjadi kondisi tanpa beban.

Sekarang mari kita lihat situasi yang berlawanan: Dua resistor kecil di pembagi tegangan dan satu besar sebagai beban di sini . Sekali lagi resistansi gabungan dari dua resistor lebih rendah lebih kecil daripada resistansi resistor yang lebih kecil dari keduanya. Namun dalam hal ini hal ini tidak berdampak besar pada tegangan yang terlihat oleh beban. Masih memiliki tegangan 2,5 V dan semuanya baik-baik saja sejauh ini.

Jadi intinya adalah ketika menentukan resistansi resistor, kita harus memperhitungkan resistansi input beban dan dua resistor pembagi tegangan harus sekecil mungkin.

Di sisi lain, mari kita bandingkan arus yang melalui pembagi di sirkuit dengan resistor besar di pembagi dan sirkuit dengan resistor kecil di pembagi . Seperti yang Anda lihat, resistor besar memiliki arus hanya melewatinya dan resistor kecil memiliki arus 25 mA. Intinya di sini adalah bahwa arus terbuang oleh pembagi tegangan dan jika ini misalnya bagian dari perangkat yang dioperasikan dengan baterai, itu akan berdampak negatif pada masa pakai baterai. Jadi resistor harus sebesar mungkin untuk menurunkan arus yang terbuang.$2.5 \mbox{ }\mu A$

Ini memberi kita dua persyaratan yang berlawanan untuk memiliki resistor sekecil mungkin untuk mendapatkan pengaturan tegangan yang lebih baik pada output dan resistor sebesar mungkin untuk mendapatkan sekecil mungkin arus terbuang. Jadi untuk mendapatkan nilai yang benar, kita harus melihat tegangan mana yang kita butuhkan pada beban, seberapa tepat itu perlu dan mendapatkan resistansi masukan beban dan berdasarkan yang menghitung ukuran resistor kita perlu memiliki beban dengan dapat diterima tegangan. Kemudian kita perlu bereksperimen dengan nilai resistor pembagi tegangan yang lebih tinggi dan melihat bagaimana tegangan akan dipengaruhi oleh mereka dan menemukan titik di mana kita tidak bisa memiliki variasi tegangan yang lebih besar tergantung pada resistansi input. Pada titik itu, kami (secara umum) memiliki pilihan resistor pembagi tegangan yang baik.

Poin lain yang perlu dipertimbangkan adalah peringkat daya resistor. Ini mendukung resistor dengan resistansi lebih besar karena resistor dengan resistansi lebih rendah akan menghilangkan lebih banyak daya dan memanaskan lebih banyak. Itu berarti bahwa mereka harus lebih besar (dan biasanya lebih mahal) daripada resistor dengan resistensi yang lebih besar.

Dalam praktiknya, setelah Anda melakukan sejumlah pembagi tegangan, Anda akan melihat beberapa nilai populer untuk resistor pembagi tegangan. Banyak orang hanya memilih salah satu dari mereka dan tidak terlalu repot dengan perhitungan, kecuali ada masalah dengan pilihan. Misalnya untuk beban yang lebih kecil, Anda dapat memilih resistor di kisaran sedangkan untuk beban yang lebih besar Anda dapat menggunakan atau bahkan Resistor , jika Anda punya cukup waktu untuk cadangan.$100 \mbox{ } k \Omega$$10 \mbox{ } k \Omega$$1 \mbox{ } k \Omega$

Pembagi tegangan dengan sendirinya tidak berguna. Pembagi perlu memberi makan outputnya menjadi sesuatu. Terkadang ada sesuatu yang merupakan penyesuaian bias pada rangkaian op-amp, atau terkadang tegangan umpan balik pada regulator tegangan. Ada ribuan hal yang bisa diberikan oleh pembagi.

Apa pun pembagi yang diberi makan, itu akan mengambil arus. Terkadang disebut "input current". Lain kali itu tidak benar-benar ditentukan atau diketahui. Terkadang arus mengalir "keluar" dari pembagi, dan kadang-kadang mengalir "ke" pembagi. Arus ini dapat mengacaukan akurasi pembagi karena arus akan mengalir melalui satu resistor lebih banyak daripada yang lain. Semakin banyak input saat ini, semakin banyak akurasi pembagi akan terpengaruh.

Berikut adalah aturan praktis yang sangat kasar: Arus yang mengalir melalui dua resistor (dengan asumsi tidak ada arus input) harus 10 hingga 1000 kali lebih banyak daripada arus input. Semakin banyak arus yang mengalir melalui resistor ini, semakin sedikit arus input akan mempengaruhi hal-hal.

Jadi, setiap kali Anda memiliki pembagi, Anda mencoba untuk menyeimbangkan akurasi vs konsumsi daya. Arus yang lebih tinggi (resistor nilai yang lebih rendah) akan memberi Anda akurasi yang lebih baik dengan biaya peningkatan konsumsi daya.

Dalam banyak kasus, Anda akan menemukan bahwa arus input sangat tinggi sehingga pembagi tegangan dengan sendirinya tidak akan berfungsi. Untuk sirkuit-sirkuit tersebut, Anda mungkin menggunakan pembagi yang mengatur op-amp sebagai "buffer gain satu". Dengan cara itu resistor dapat nilai cukup tinggi dan tidak terpengaruh oleh arus input dari sisa rangkaian.

AndrejaKo dan David telah memberikan jawaban yang baik, jadi tidak perlu mengulanginya di sini.

David menyebutkan penyangga gain persatuan.

$\Omega$$\mu$$\Omega$

Sebuah opamp input FET memiliki arus bias input yang jauh lebih rendah, seringkali dalam urutan pA .

Jika pembagi dimaksudkan untuk memberikan sebagian kecil dari tegangan sinyal ke input ADC, maka ada kekhawatiran lain dalam desain: Di konverter SAR, untuk laju sampel tetap, ada impedansi eksternal maksimum yang diperbolehkan yang terhubung pada input ADC; untuk mengisi kapasitor sampel dengan voltase yang tepat sebelum sampel berikutnya. Kalau tidak, pengukuran tidak berguna. Dalam hal ini, impedansi (resistansi) dibentuk oleh paralel dari dua resistor pembagi (Thevenin).

Anda harus ingat hukum Ohm, E = IR dan disipasi daya oleh resistor adalah V ^ 2 / R. Jadi resistensi Anda untuk hukum Ohm akan menjadi resistor atas (R1), dan kombinasi resistor akan digunakan dalam perhitungan untuk disipasi daya. Anda dapat membuat perhitungan untuk R1 berdasarkan ini. Anda kemudian dapat menghitung R2, dengan voltase input dan output, dan nilai R1 yang Anda pilih. Saya pribadi menggunakan kalkulator online ini untuk membuat hidup saya lebih mudah.