Comment fonctionne exactement un diviseur de tension série?

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Je m'excuse si cela se résume à un manque de compréhension fondamentale du flux électrique, ce qui est probablement le cas. Quand je regarde ça:

Je ne comprends pas pourquoi Z2 est pris en compte dans Vout - pour autant que je sache, le courant devrait se ramifier avant d'arriver à Z2. Le courant passe-t-il directement de l'entrée à la terre, puis se replie-t-il et s'étale-t-il?

current

— JS
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Pensez au cas extrême où Z2 = 0 (Vout court-circuité au sol) et vous pouvez voir que Z2 est important.

— Spehro Pefhany

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Comment fonctionne exactement un diviseur de tension série?

J'ai peur que le circuit, tel qu'il est dessiné, soit déroutant pour ceux qui apprennent simplement les fondamentaux. Bien que cela ne soit pas apparent, les deux impédances sont connectées en série, ce qui signifie que tout le courant traversant $Z_1$ est par $Z_2$ - il n'y a pas de "ramification" avant d'arriver à $Z_2$ . Ceci est crucial pour comprendre l'équation du diviseur de tension.

Redessinons le circuit pour souligner la connexion série:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

De toute évidence, il s'agit d'un circuit connecté en série et le courant de série est juste

je = \frac{V_{je n}}{R_{1} + R_{2}}

$I = \frac{V_{in}}{R_1 + R_2}$

Selon la loi d'Ohm, la tension aux bornes d'une résistance est le produit du courant traversant et de la résistance. Ainsi, la tension aux bornes de chaque résistance est donnée par

V_{R 1} = je R_{1} = V_{je n} \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}}

$V_{R1} = I R_1 = V_{in}\frac{R_1}{R_1 + R_2}$

V_{R 2} = je R_{2} = V_{je n} \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}

$V_{R2} = I R_2 = V_{in}\frac{R_2}{R_1 + R_2}$

Il s'agit d'une division de tension et ce résultat dépend essentiellement du fait que les résistances sont connectées en série de manière à ce qu'elles aient un courant identique.

Maintenant, si la sortie de notre circuit est la tension aux bornes $R_2$ , nous pourrions étiqueter le nœud où les deux résistances se connectent comme $V_{out}$ comme dans le schéma de votre question.

Et, nous pourrions ne pas dessiner la source de tension d'entrée explicitement comme dans votre schéma.

Une dernière chose, si nous attachons un autre circuit en parallèle avec $R_2$ de telle sorte qu'une partie du courant traversant $R_1$ ' dérive ' à travers ce chemin, les équations du diviseur de tension dérivées ci-dessus ne sont plus valides .

On pourrait cependant rendre compte de ce circuit externe en remplaçant $R_2$ dans les équations ci-dessus avec $R_{EQ}$ où

R_{E Q} = R_{2} | | R_{L}

$R_{EQ} = R_2 || R_L$

et $R_L$ est la résistance équivalente du circuit externe.

— Alfred Centauri
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Votre raisonnement est un problème avec les diviseurs de tension, mais pas pour la raison que vous croyez.

Si nous supposons que le circuit connecté à V _out a une impédance infinie, alors tout le courant de V_in passe par Z ₁ et par conséquent Z ₂ . Au fur et à mesure que le courant traverse chacune des résistances, une différence de tension se développe entre elles, proportionnelle au rapport de leurs résistances au total (loi d'Ohm). Cette chute de tension existe que l' on mesure ou non, et il détient V _sur à une certaine tension au dessus du sol. Il s'agit du fonctionnement de base d'un diviseur de tension.

Le problème que vous touchez presque est que la _sortie V n'a pas d'impédance infinie. Certains courants fait passer sur le noeud dans le circuit connecté, ce qui réduit la chute de tension aux bornes de Z ₂ . C'est pourquoi les diviseurs de tension ne peuvent pas être utilisés comme régulateurs de tension pour quelque chose de plus complexe qu'un FET ou une diode.

— Ignacio Vazquez-Abrams
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Un bon exemple est le diviseur de tension résistif utilisé pour polariser un amplificateur à transistor. Ceci est un exemple classique pour un diviseur de tension chargé. Il est courant d'utiliser un niveau de résistance aussi bas que possible (en raison de la résistance d'entrée de l'ensemble du circuit). La raison est la suivante: La charge (impédance d'entrée du BJT au nœud de base, et notamment les tolérances associées) ne doit pas avoir trop d'influence sur le rapport de division.

— LvW

@LvW "Cette chute de tension existe, que nous la mesurions ou non" est faux. Selon la mécanique quantique, tout état est possible avant de le mesurer. Donc, il y aurait un état où la chute de tension n'existe pas.

— Samul

Samul - vous n'êtes pas ingénieur, n'est-ce pas?

— Niv.12

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En utilisant l'analogie de l'eau, imaginez que vous avez 50 pieds de tuyau d'un demi-pouce de diamètre accroché à une bavette de tuyau à une extrémité, que l'autre extrémité est plafonnée et qu'il y a un manomètre au niveau de la bavette de tuyau, un autre à l'extrémité coiffée du tuyau, et un autre au milieu du tuyau.

Imaginez maintenant que la bavette du tuyau est ouverte et que la jauge de la bavette du tuyau indique 50 PSI.

Étant donné que l'autre extrémité du tuyau est bouchée, il ne peut y avoir aucun écoulement d'eau à travers le tuyau, et les autres jauges liront également 50 PSI.

De même, si je connecte deux résistances en série, connectez une extrémité de la chaîne à une alimentation de 50 volts et laissez l'autre extrémité flotter, des voltmètres connectés à l'extrémité d'alimentation de la chaîne, à la jonction des résistances et à la l'extrémité flottante de la chaîne lira tous 50 volts car il n'y a pas de retour à l'alimentation et, par conséquent, aucun flux de charge à travers la chaîne.

Maintenant, détachez le tuyau.

L'eau y circulera et comme il n'y a rien qui retient l'eau à l'extrémité non plafonnée, cette jauge indiquera 0 PSI.

En supposant qu'il n'y ait aucune perte derrière le dossard, la pression au bavoir restera à 50 PSI puis, avec l'autre extrémité du tuyau à 0 PSI, le manomètre au milieu du tuyau doit lire 25 PSI.

Avec deux résistances de valeur égale dans la chaîne, alors, lorsque l'extrémité flottante de la chaîne est retournée à la charge d'alimentation, elle passera à travers la chaîne.

Ensuite, en supposant qu'aucune chute de tension à la sortie chargée de l'alimentation, le voltmètre à cette extrémité de la chaîne lira 50 volts, celui à l'extrémité de retour de la chaîne lira zéro volt, et celui à la jonction des résistances va lire 25 volts.

— Champs EM
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Bel exemple.

— James M. Lay

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Tout d'abord, vous devez réaliser qu'il n'y a pas de rebond. Le courant dû aux tensions CC est toujours unidirectionnel et dans le circuit, vous avez donné des flux de courant de

V_{je n} \to Z_{1} \to Z_{2} \to g N ré

$V_{in} \rightarrow Z_1 \rightarrow Z_2 \rightarrow GND$

Ici, la succursale de $V_{out}$ est ouvert (ce qui signifie une impédance infinie). Donc, comme le chemin du circuit n'est pas complet de cette manière, idéalement, aucun courant ne se dérivera.

C'est exactement pourquoi les appareils de mesure de tension (comme le voltmètre) ont des impédances élevées. Chaque fois que vous connectez un appareil à haute résistance (caractéristiques générales des charges) entre $V_{out}$ et $ground$ le courant voit un chemin de résistance inférieur via $Z_2$ et le choisit.

Bien sûr, une partie du courant s'échappe également pour se charger, provoquant une chute potentielle. Pour calculer la chute, vous devez considérer une résistance équivalente à $Z_2$ et $Z_{load}$ (résistance de charge) en parallèle et remplacer le $Z_2$ dans le circuit ci-dessus avec la résistance équivalente calculée. Vous avez maintenant un simple diviseur potentiel où $V_{out}$ peut être calculé comme

V_{o u t} = V_{je n} \frac{Z_{2}}{Z_{1} + Z_{2}}

$V_{out} = V_{in} \frac{Z_2}{Z_1 + Z_2}$

Sûrement, $V_{out}$ sans charge sera supérieure à la charge avec une certaine résistance finie.

— Raghunath V
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