¿Cómo elegir el valor de la resistencia en el divisor de voltaje?

El punto principal es actual.

Echa un vistazo a este circuito. Pase el puntero del mouse sobre el símbolo de tierra y verá que la corriente es de 25 mA. Ahora eche un vistazo a este circuito y verá que la corriente de salida es$2.5 \mbox{ } \mu A$.

Ahora veamos cómo se comportan los circuitos bajo carga. Aquí está el primer circuito con carga. Como puede ver, hay una corriente de 2,38 mA que atraviesa la resistencia de carga de la derecha y el voltaje ya no es el esperado de 2,5 V sino 2,38 V (porque las dos resistencias inferiores están en paralelo). Si echamos un vistazo al segundo circuito aquí, veremos que ahora la resistencia superior cae alrededor de 5 V completos, mientras que las dos resistencias inferiores tienen un voltaje de 4,99 mV. Esto se debe a que la relación de resistencia se ha cambiado aquí. Dado que las dos resistencias inferiores están en paralelo ahora, y tenemos una resistencia con una resistencia significativamente mayor que la otra, su resistencia combinada es insignificante en comparación con la resistencia de solo la resistencia inferior derecha (puede verificar eso usando fórmulas de resistencia paralela). Entonces, ahora la salida de voltaje es significativamente diferente de los 2.5 V que obtenemos en el caso de una condición sin carga.

Ahora echemos un vistazo a la situación opuesta: dos resistencias pequeñas en el divisor de voltaje y una grande como carga aquí . Nuevamente, la resistencia combinada de las dos resistencias inferiores es menor que la resistencia de la resistencia más pequeña de las dos. En este caso, sin embargo, esto no tiene un gran impacto en el voltaje visto por la carga. Todavía tiene el voltaje de 2.5 V y todo está bien hasta ahora.

Entonces, el punto es que al determinar la resistencia de las resistencias, debemos tener en cuenta la resistencia de entrada de la carga y las dos resistencias divisoras de voltaje deben ser lo más pequeñas posible.

Por otro lado, comparemos la corriente que pasa por el divisor en el circuito con resistencias grandes en el divisor y el circuito con resistencias pequeñas en el divisor . Como puede ver, las resistencias grandes tienen una corriente de solo$2.5 \mbox{ }\mu A$pasando por ellos y las pequeñas resistencias tienen corriente de 25 mA. El punto aquí es que la corriente es desperdiciada por el divisor de voltaje y si esto fuera, por ejemplo, parte de un dispositivo que funciona con batería, tendría un impacto negativo en la vida útil de la batería. Por lo tanto, las resistencias deben ser lo más grandes posible para reducir la corriente desperdiciada.

Esto nos da dos requisitos opuestos de tener resistencias lo más pequeñas posible para obtener una mejor regulación de voltaje en la salida y resistencias lo más grandes posibles para obtener la menor cantidad de corriente desperdiciada posible. Entonces, para obtener el valor correcto, debemos ver qué voltaje necesitamos en la carga, qué tan preciso debe ser y obtener la resistencia de entrada de la carga y, en base a eso, calcular el tamaño de las resistencias que necesitamos para tener la carga con aceptable Voltaje. Luego, debemos experimentar con valores de resistencia de divisor de voltaje más altos y ver cómo el voltaje se verá afectado por ellos y encontrar el punto en el que no podemos tener una mayor variación de voltaje dependiendo de la resistencia de entrada. En ese punto, nosotros (en general) tenemos una buena elección de resistencias divisoras de voltaje.

Otro punto que debe tenerse en cuenta es la potencia nominal de las resistencias. Esto va a favor de las resistencias con mayor resistencia porque las resistencias con menor resistencia disiparán más energía y se calentarán más. Eso significa que deberán ser más grandes (y generalmente más caras) que las resistencias con mayor resistencia.

En la práctica, una vez que haga varios divisores de voltaje, verá algunos valores populares para las resistencias divisoras de voltaje. Muchas personas simplemente eligen uno de ellos y no se preocupan demasiado por los cálculos, a menos que haya un problema con la elección. Por ejemplo, para cargas más pequeñas, puede elegir resistencias en el$100 \mbox{ } k \Omega$rango mientras que para cargas más grandes puede usar$10 \mbox{ } k \Omega$o incluso$1 \mbox{ } k \Omega$resistencias, si tiene suficiente corriente de sobra.

Un divisor de voltaje por sí solo es inútil. El divisor necesita alimentar su salida en algo. A veces, ese algo es un ajuste de polarización en un circuito de amplificador operacional o, a veces, el voltaje de retroalimentación en un regulador de voltaje. Hay miles de cosas que un divisor podría estar alimentando.

Lo que sea que esté alimentando el divisor, va a tomar corriente. A veces se llama "corriente de entrada". Otras veces no está realmente especificado o conocido. A veces, la corriente fluye "fuera" del divisor y, a veces, fluye "hacia" el divisor. Esta corriente puede estropear la precisión del divisor porque la corriente fluirá más a través de una resistencia que de la otra. Cuanta más corriente de entrada haya, más se verá afectada la precisión del divisor.

Aquí hay una regla general muy aproximada: la corriente que fluye a través de las dos resistencias (suponiendo que no haya corriente de entrada) debe ser de 10 a 1000 veces mayor que la corriente de entrada. Cuanta más corriente fluya a través de estas resistencias, menos afectará la corriente de entrada.

Entonces, cada vez que tiene un divisor, está tratando de equilibrar la precisión frente al consumo de energía. Una corriente más alta (resistencias de valor más bajo) le dará una mejor precisión a costa de un mayor consumo de energía.

En muchos casos, encontrará que la corriente de entrada es tan alta que un divisor de voltaje por sí solo no funcionará. Para esos circuitos, puede usar un divisor que alimenta un amplificador operacional configurado como un "búfer de ganancia unitaria". De esa manera, las resistencias pueden tener valores bastante altos y no verse afectadas por la corriente de entrada del resto del circuito.

AndrejaKo y David han dado buenas respuestas, por lo que no es necesario repetirlas aquí.

David menciona el búfer de ganancia unitaria.

Esto le permitirá extraer una corriente bastante alta, al menos varios mA, incluso con una corriente pequeña a través del divisor. Puede ser tentador, especialmente en sistemas alimentados por baterías donde cada mA cuenta, elegir un valor como 1M$\Omega$para las resistencias. Sin embargo, tenga en cuenta que la mayoría de los amplificadores operacionales también tienen una pequeña corriente de entrada. En muchas aplicaciones esto es insignificante, pero a 1$\mu$A (un valor típico) el 1M$\Omega$Las resistencias causarán un error de 0,5 V, independientemente del voltaje de entrada. Entonces, a 5V, no obtendrá 2.5V en el divisor, sino 2.0V.

Un amplificador operacional de entrada FET tiene una corriente de polarización de entrada mucho más baja, a menudo del orden de pA .

Si el divisor está destinado a proporcionar una fracción del voltaje de la señal a una entrada ADC, entonces hay otra preocupación en el diseño: en los convertidores SAR, para una frecuencia de muestreo fija, hay una impedancia externa máxima permitida conectada en la entrada ADC; para cargar el condensador de muestra con el voltaje adecuado antes de la siguiente muestra. De lo contrario, la medición es inútil. En este caso, la impedancia (resistencia) está formada por el paralelo de dos resistencias divisoras (Thevenin).

Debe tener en cuenta la ley de Ohm, E = IR y la disipación de potencia por una resistencia es V ^ 2 / R. Entonces, su resistencia para la ley de Ohms será la resistencia superior (R1), y la combinación de resistencias se usará en el cálculo de la disipación de energía. Puede hacer sus cálculos para R1 basándose en esto. Luego puede calcular R2, por los voltajes de entrada y salida, y el valor de R1 elegido. Yo personalmente uso esta calculadora en línea para hacerme la vida más fácil.