“给定 15V 输入和 10V、5V 和 0V 的所需输出,我将如何计算使用的必要电阻?”
我认为解决这个问题的一个好方法是一次看一组。标准分压器方程很简单,$$\text{感兴趣电阻两端的电压} = \frac{(\text{感兴趣电阻})}{(\text{感兴趣电阻 + 不感兴趣电阻})} * V_{输入}$$
当有多个节点时,就像您给出的示例一样,只需将其简化为基本电阻分压器并找到第一个电压。或者,如果给定电压,我们可以重新排列此方程,以根据不感兴趣的电阻器来求解感兴趣的电阻器。
$$\text{感兴趣的电阻} = \frac{1}{({V_{input}}\div{\text{感兴趣的电阻两端的电压}})-1}*\text{不感兴趣的电阻}$ $
为简化起见,在您的 10V 节点示例中,感兴趣的电阻器是 R2 和 R3 的组合,而不感兴趣的电阻器为 R1。找到 (R2+R3) 和 R1 之间的比率后,您可以继续查找 R2 和 R3 的比率。在这种情况下,您可以将这两个视为另一个分压器,输入电压是您刚刚用作输出电压的第一个节点电压。按照这个方法你会发现R1是三分之一(R2+R3),R2和R3是一样的。根据欧姆定律 V=IR,给定相等的电流,每个电阻器上的相同压降意味着和相同的电阻是有道理的。
“是否可以创建一个没有成比例下降的分压器(例如,假设在同一电路中,我想要 14V、12V、5V 和 0V)?”
这将是与以前相同的过程,但只需插入不同的电压。对于第一个节点:
$$\text{(R2+R3)} = (\frac{1}{(14V\div12V)-1})*\text{R1}=6*R1$$
所以 R2 和 R3 的组合是 R1 单独的六倍。对于第二个节点:
$$\text{(R2)} = (\frac{1}{(12V\div5V)-1})*\text{R3}=0.71*R3$$
最后,这对大多数学生来说是最困难的部分,只需选择一个电阻值。这是电气工程的工程部分,您必须做出决定。这个不是太难,大多数情况下阻力越大越好。较大的电阻会减少电流,同时仍能提供您需要的电压。
在实践中使用分压器时还有其他几个考虑因素。这些对于基本参考电压或在单个方向上按比例降低信号电压非常有用。例如,对于微控制器,将 5V 信号降低到 3.3V 效果很好,因为分压器就像信号的衰减系数一样,所有东西都会减少相同的量。
如果您要向某种设备证明电压,有时可以将该电流绘制为电阻,假设它始终是恒定的 (R=V/I)。该设备电阻器或负载通常是感兴趣的电阻器或与感兴趣的电阻器并联。我不会在任何时候推荐这个,因为节点电压会根据负载的电流变化而变化。
“那数学是怎么工作的?”
参见上面的等式。