Como exatamente um divisor de tensão em série funciona?

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Peço desculpas se isso se resume a uma falta de entendimento fundamental do fluxo elétrico, o que provavelmente acontece. Quando olho para isso:

Não entendo por que o Z2 é fatorado no Vout - até onde eu sei, a corrente deve se ramificar antes de chegar ao Z2. A corrente vai direto da entrada para o solo e depois volta e se espalha?

JS
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Pense no caso extremo em que Z2 = 0 (Vout está em curto) e você pode ver que Z2 é importante.
Spehro Pefhany

Respostas:

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Como exatamente um divisor de tensão em série funciona?

Receio que o circuito, conforme traçado, seja confuso para aqueles que estão aprendendo os fundamentos. Embora não seja aparente, as duas impedâncias são conectadas em série, o que significa que toda a corrente atravésZ1 através Z2 - não há ramificação antes de chegar ao Z2. Isso é crucial para entender a equação do divisor de tensão.

Vamos redesenhar o circuito para enfatizar a conexão em série:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Claramente, este é um circuito conectado em série e a corrente em série é apenas

I=VinR1+R2

Pela lei de Ohm, a tensão através de um resistor é produto da corrente e da resistência. Assim, a tensão através de cada resistor é dada por

VR1=IR1=VinR1R1+R2

VR2=IR2=VinR2R1+R2

Esta é a divisão de tensão e esse resultado depende crucialmente do fato de os resistores serem conectados em série, de modo que tenham uma corrente de corrente idêntica.

Agora, se a saída do nosso circuito é a tensão atravésR2, podemos rotular o nó no qual os dois resistores se conectam como Vout como no esquema da sua pergunta.

E, podemos não desenhar a fonte de tensão de entrada explicitamente como no seu esquema.

Uma última coisa, se anexarmos outro circuito em paralelo com R2 de modo que parte da corrente através R1'ramifica-se' por esse caminho, as equações do divisor de tensão derivadas acima não são mais válidas .

No entanto, poderíamos explicar esse circuito externo substituindo R2 nas equações acima com REQ Onde

REQ=R2||RL

e RL é a resistência equivalente do circuito externo.

Alfred Centauri
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Seu raciocínio é um problema com divisores de tensão, mas não pelo motivo que você acredita.

Se assumirmos que o circuito conectado a V out possui impedância infinita, toda a corrente de V in flui através de Z 1 e consequentemente Z 2 . À medida que a corrente flui através de cada um dos resistores, uma diferença de tensão se desenvolve através deles, proporcional à razão entre suas resistências e o total (Lei de Ohm). Esta queda de tensão existe quer medir-se ou não, e que detém V para fora a uma certa voltagem acima do solo. Esta é a operação básica de um divisor de tensão.

O problema que quase tocam é que V fora que não têm impedância infinita. Alguns corrente faz passar para fora do nó no circuito ligado, e isto reduz a queda de tensão através Z 2 . É por isso que os divisores de tensão não podem ser usados ​​como reguladores de tensão para algo mais complexo que um FET ou diodo.

Ignacio Vazquez-Abrams
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Um bom exemplo é o divisor de tensão resistiva usado para influenciar um amplificador de transistor. Este é um exemplo clássico para um divisor de tensão carregado. É prática comum usar um niveau do resistor o mais baixo possível (devido à resistência de entrada de todo o circuito). O motivo é o seguinte: A carga (impedância de entrada do BJT no nó base e, em particular, as tolerâncias associadas) não deve ter muita influência na taxa de divisão.
LVW
@LvW "Esta queda de tensão existe, medindo-a ou não" está errada. De acordo com a mecânica quântica, qualquer estado é possível antes de medi-lo. Portanto, haveria um estado em que a queda de tensão não existe.
Samul 11/03
Samul - você não é um engenheiro, correto?
LvW 12/03
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Usando a analogia da água, imagine que você tenha uma mangueira de 50 pés de diâmetro de meia polegada presa a uma mangueira em uma extremidade, que a outra extremidade esteja tampada e que haja um manômetro na mangueira, outra na extremidade tampada da mangueira. mangueira e outra no meio da mangueira.

Agora imagine que o babador da mangueira esteja aberto e que o medidor no babador da mangueira leia 50 PSI.

Como a outra extremidade da mangueira está tampada, não pode haver fluxo de água através da mangueira, e os outros medidores também terão 50 PSI.

Da mesma forma, se eu conectar dois resistores em série, conecte uma extremidade da string a uma fonte de alimentação de 50 volts e deixe a outra extremidade flutuar, voltímetros conectados à extremidade da fonte de alimentação da string, à junção dos resistores e à a extremidade flutuante da sequência lerá 50 volts porque não há retorno ao suprimento e, portanto, não há fluxo de carga através da sequência.

Agora, destrave a mangueira.

A água fluirá através dele e, como não há nada retendo a água na extremidade sem tampa, esse medidor exibirá 0 PSI.

Supondo que não haja perdas atrás do babador, a pressão no babador permanecerá em 50 PSI e, em seguida, com a outra extremidade da mangueira em 0 PSI, o manômetro no meio da mangueira deve indicar 25 PSI.

Com dois resistores de valor igual na coluna, quando a extremidade flutuante da coluna retornar à carga de suprimento, ela fluirá através da coluna.

Então, supondo que não haja queda de tensão na saída carregada da fonte, o voltímetro na extremidade da coluna exibirá 50 volts, aquele na extremidade de retorno da coluna exibirá zero volts e aquele na junção dos resistores vai ler 25 volts.

Campos EM
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Belo exemplo.
James M. Lay
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Primeiro de tudo, você deve perceber que não há como voltar atrás. A corrente devido a tensões CC é sempre unidirecional e no circuito em que você forneceu fluxos de corrente

VEunZ1Z2GND

Aqui, a filial em Vovocêtestá aberto (significando impedância infinita). Portanto, como o caminho do circuito não está completo dessa maneira ideal, nenhuma corrente se ramifica.

É exatamente por isso que os dispositivos de medição de tensão (como o voltímetro) têm alta impedância. Sempre que você conectar um dispositivo de alta resistência (características gerais das cargas) entreVovocêt e grovocênd a corrente vê um caminho de resistência mais baixo via Z2 e escolhe.

Obviamente, algumas correntes também vazam para carregar, causando uma possível queda. Para calcular a queda, você deve considerar uma resistência equivalente aZ2 e Zeuoumad (resistência de carga) em paralelo e substitua o Z2no circuito acima com a resistência equivalente calculada. Agora você tem um divisor de potencial simples ondeVovocêt pode ser calculado como

Vovocêt=VEunZ2Z1+Z2

Certamente, Vovocêt sem carga será maior que a carga com alguma resistência finita.

Raghunath V
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