如何选择分压器中的电阻值?

电器工程 电阻器 分压器
2022-01-02 02:05:08

我知道输出电压是由两个电阻值之间的比率决定的,如果两个电阻相同,那么输出电压将完全相同;但是选择电阻值的依据是什么?选择电阻值是否需要考虑输出电流。

4个回答

重点是电流。

看看这个电路。将鼠标指针悬停在接地符号上,您会看到电流为 25 mA。现在看看这个电路,你会看到输出电流是2.5 μA

现在让我们看看电路在负载下的表现。是第一个带负载的电路。如您所见,通过右侧负载电阻的电流为 2.38 mA,其上的电压不再是预期的 2.5 V,而是 2.38 V(因为两个底部电阻并联)。如果我们看一下这里的第二个电路,我们会看到现在顶部电阻下降了大约 5 V,而底部的两个电阻的电压为 4.99 mV。那是因为这里的电阻比已经改变了。由于现在两个底部电阻器并联,并且我们有一个电阻器的电阻明显大于另一个电阻器,因此与右下角电阻器的电阻相比,它们的组合电阻可以忽略不计(您可以使用并联电阻器公式检查)。所以现在电压输出与我们在空载条件下得到的 2.5 V 有很大不同。

现在让我们看看相反的情况:分压器中有两个小电阻,这里有一个大电阻作为负载。同样,两个较低电阻器的组合电阻小于两者中较小电阻器的电阻。然而,在这种情况下,这不会对负载看到的电压产生很大影响。它仍然有 2.5 V 的电压,到目前为止一切都很好。

所以关键是在确定电阻的阻值时,要考虑负载的输入电阻,两个分压电阻要尽量小。

另一方面,让我们比较在分压器上有大电阻的电路和在分压器上有小电阻的电路中流过分压器的电流如您所见,大电阻的电流仅为,小电阻的电流为 25 mA。这里的要点是分压器浪费了电流,如果这是例如电池供电设备的一部分,则会对电池寿命产生负面影响。因此,电阻应尽可能大,以降低浪费的电流。2.5 μA

这为我们提供了两个相反的要求,即具有尽可能小的电阻以在输出端获得更好的电压调节,以及尽可能大的电阻以获得尽可能小的浪费电流。因此,为了获得正确的值,我们应该查看负载上需要的电压,它需要的精确度并获得负载的输入电阻,并在此基础上计算我们需要获得的电阻的大小以使负载具有可接受的负载电压。然后我们需要用更高的分压电阻值进行试验,看看电压将如何受到它们的影响,并找到我们不能根据输入电阻产生更大电压变化的点。在这一点上,我们(通常)有很好的分压电阻选择。

需要考虑的另一点是电阻器的额定功率。这有利于电阻较大的电阻器,因为电阻较低的电阻器会消耗更多的功率并发热更多。这意味着它们需要比电阻更大的电阻器更大(通常更昂贵)。

在实践中,一旦你做了一些分压器,你会看到分压器电阻的流行值很少。很多人只是选择其中一个,不会太费心计算,除非选择有问题。例如,对于较小的负载,您可以选择范围内的电阻器,而对于较大的负载,您可以使用甚至电阻器,如果您有足够的电流备用。100 kΩ10 kΩ1 kΩ

分压器本身是没有用的。分频器需要将其输出馈入某些东西。有时这是运算放大器电路上的偏置调整,有时是稳压器上的反馈电压。一个分隔器可以提供数以千计的东西。

无论分压器正在馈送什么,它都会通电。有时它被称为“输入电流”。其他时候,它并没有真正指定或知道。有时电流“流出”分压器,有时它“流入”分压器。该电流会扰乱分压器的精度,因为电流将流过一个电阻而不是另一个。输入电流越大,分压器的精度受到的影响就越大。

这是一个非常粗略的经验法则:流过两个电阻的电流(假设没有输入电流)应该是输入电流的 10 到 1000 倍。流过这些电阻的电流越多,输入电流对事物的影响就越小。

所以任何时候你有一个分频器,你都试图平衡精度和功耗。更高的电流(更低的电阻值)将以增加功耗为代价为您提供更好的精度。

在许多情况下,您会发现输入电流如此之高,以至于分压器本身无法工作。对于这些电路,您可能会使用一个分压器来为运算放大器设置为“单位增益缓冲器”。这样,电阻可以是相当高的值,并且不受电路其余部分的输入电流的影响。

AndrejaKo 和 David 已经给出了很好的答案,所以这里没有必要重复他们。

David 提到了单位增益缓冲器。

在此处输入图像描述

这将允许您汲取相当高的电流,至少几毫安,即使通过分压器的电流很小。选择 1M 这样的值可能很诱人,尤其是在电池供电的系统中,每个 mA 都很重要Ω为电阻器。但请记住,大多数运算放大器的输入电流也很小。在许多应用中,这可以忽略不计,但在 1μA(典型值)1MΩ电阻器会导致 0.5V 误差,与输入电压无关。所以在 5V 时,分压器不会得到 2.5V,而是 2.0V。

FET 输入运算放大器具有低得多的输入偏置电流,通常pA 量级

如果分压器旨在为 ADC 输入提供一小部分信号电压,那么设计中还有另一个问题:在 SAR 转换器中,对于固定采样率,ADC 输入上连接的最大允许外部阻抗;以便在下一次采样之前以适当的电压为采样电容器充电。否则,测量是无用的。在这种情况下,阻抗(电阻)由两个分压电阻(戴维南)并联形成。