直列分圧器はどのように正確に機能しますか？

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これがおそらく電気流の基本的な理解の欠如に帰着した場合、お詫び申し上げます。これを見ると：

Z2がVoutに考慮される理由がわかりません-私が知る限り、電流はZ2に到達する前に分岐する必要があります。電流は入力からグラウンドに直接行き、それからバウンドして広がりますか？

current

— JS
ソース

Z2 = 0（Voutがグラウンドに短絡）の極端なケースを考えてみます。Z2が重要であることがわかります。

— Spehro Pefhany 2014年

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直列分圧器はどのように正確に機能しますか？

描かれているように、回路は基本を学んでいるだけでは混乱していると思います。それは明らかではないですが、2つのインピーダンスである直列接続されたことを意味し、すべてを流れる電流の経由で - noに入る前に「うちの分岐」は存在しない。これは、分圧器の式を理解するために重要です。 $Z_1$ $Z_2$ $Z_2$

直列接続を強調するために回路を再描画しましょう：

概略図

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

明らかに、これは直列接続回路であり、直列電流はちょうど

I = \frac{V_{i n}}{R_{1} + R_{2}}

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

オームの法則により、抵抗器の両端の電圧は、電流と抵抗の積です。したがって、各抵抗器の両端の電圧は、

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

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

これは分圧であり、この結果は、抵抗器が同じ電流が流れるように直列に接続されているという事実に大きく依存します。

ここで、回路の出力がの両端の電圧である場合、質問の回路図のように、2つの抵抗器が接続するノードにラベルを付けることができます。 $R_2$ $V_{out}$

また、回路図のように入力電圧源を明示的に描画しない場合があります。

最後に、と並列に別の回路を接続して、流れる電流の一部がそのパスを「分岐」、上記で導出された分圧器の式は無効になります。 $R_2$ $R_1$

ただし、上記の方程式のをで置き換えることにより、この外部回路を説明できます。 $R_2$ $R_{EQ}$

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

$R_{EQ} = R_2 || R_L$

そして、外部回路の等価抵抗です。 $R_L$

— アルフレッドケンタウリ
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あなたの推論は分圧器の問題ですが、あなたが信じている理由ではありません。

V _outに接続された回路のインピーダンスが無限であると仮定すると、V _inからの電流はすべてZ ₁を流れ、その結果Z _2を流れます。電流が各抵抗器を流れると、抵抗値の合計に対する抵抗の比率に比例して、抵抗器間に電圧差が生じます（オームの法則）。この電圧降下は、測定するかどうかに関係なく存在し、V _outをグラウンドより上の特定の電圧に保持します。これが分圧器の基本動作です。

あなたがほとんど触れている問題は、V _outが無限のインピーダンスを持っ_ていないということです。一部の電流はノードから接続された回路に流れます。これにより、Z _2での電圧降下が減少します。これが、分圧器をFETまたはダイオードより複雑なものの電圧レギュレータとして使用できない理由です。

— イグナシオ・バスケス＝エイブラムス
ソース

良い例は、トランジスタ増幅器をバイアスするために使用される抵抗分圧器です。これは、負荷分圧器の古典的な例です。（回路全体の入力抵抗のため）可能な限り低い抵抗ニボーを使用するのが一般的です。その理由は次のとおりです。負荷（ベースノードでのBJTの入力インピーダンス、特に関連する許容誤差）は、分周比にあまり影響を与えないようにする必要があります。

— LvW 2014年

@LvW「この電圧降下は、測定するかどうかにかかわらず存在する」は誤りです。量子力学によれば、測定する前にあらゆる状態が可能です。そのため、電圧降下がない状態になります。

— サムル

サムル-あなたはエンジニアではありませんよね？

— LvW

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水のアナロジーを使用して、50フィートの直径1/2インチのホースが一端でホースのよだれ掛けにフックされており、もう一方の端がキャップされており、ホースのよだれ掛けに圧力ゲージがあり、もう一方のキャップが付いた端に圧力ゲージがあると想像してください。ホース、およびホースの真ん中にもう1つ。

ここで、ホースビブが開いていて、ホースビブのゲージに50 PSIが表示されているとします。

ホースのもう一方の端にはキャップが付いているため、ホースを通る水の流れはなく、他のゲージも50 PSIを読み取ります。

同様に、2つの抵抗を直列に接続する場合は、ストリングの一方の端を50ボルトの電源に接続し、もう一方の端をフロートさせ、電圧計をストリングの電源の端、抵抗の接合部、およびストリングへの戻りがないため、ストリングを流れる電荷の流れがないため、ストリングの浮動端はすべて50ボルトになります。

次に、ホースのキャップを外します。

そこを水が流れ、キャップのない端で水を戻すものがないため、そのゲージは0 PSIを読み取ります。

よだれかけの背後に損失がないと仮定すると、よだれかけの圧力は50 PSIのままであり、ホースのもう一方の端が0 PSIの場合、ホースの中央の圧力計は25 PSIを読み取る必要があります。

ストリング内に2つの等しい値の抵抗が存在する場合、ストリングのフローティングエンドが電源に戻ると、ストリング内を流れます。

次に、電源の負荷出力で電圧降下がないと仮定すると、ストリングのその端の電圧計は50ボルトを読み取り、ストリングの戻り端の電圧計は0ボルトを読み取り、抵抗器の接合部の電圧計は25ボルトを読み取ります。

— EMフィールド
ソース

美しい例。

— James M. Lay、

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まず第一に、あなたは反発が起こっていないことを理解しなければなりません。DC電圧による電流は常に一方向であり、回路内で電流が流れている

V_{i n} \to Z_{1} \to Z_{2} \to G N D

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

ここでは、ブランチ $V_{out}$ 開いています（無限のインピーダンスを意味します）。したがって、回路パスがそのように完全ではないため、理想的には電流が分岐しません。

これがまさに、電圧測定デバイス（電圧計など）のインピーダンスが高い理由です。高抵抗デバイス（負荷の一般的な特性）を $V_{out}$ そして $ground$ 電流は、より低い抵抗経路を介して見ます $Z_2$ そしてそれを選択します。

もちろん、一部の電流も負荷に漏れ、降下する可能性があります。低下を計算するには、等価抵抗を考慮する必要があります $Z_2$ そして $Z_{load}$ （負荷抵抗）を並列に交換し、 $Z_2$ 上記の回路では、等価抵抗が計算されています。今、あなたはシンプルな潜在的なディバイダーを持っています $V_{out}$ 次のように計算できます

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

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

きっと $V_{out}$ 負荷がない場合、有限の抵抗がある負荷よりも大きくなります。

— ラグナトV
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