Pido disculpas si se trata de una falta de comprensión fundamental del flujo eléctrico, lo que probablemente haga. Cuando miro esto:
No entiendo por qué se tiene en cuenta Z2 en Vout, por lo que puedo decir, la corriente debería extenderse antes de llegar a Z2. ¿La corriente va directamente de la entrada al suelo y luego se desvía y se esparce?
¿Cómo funciona exactamente un divisor de voltaje en serie?
Me temo que el circuito, como se dibuja, es confuso para aquellos que solo están aprendiendo los fundamentos. Aunque no es aparente, las dos impedancias son series conectadas lo que significa que all de actual a través de \ $ Z_1 \ $ es a través de \ $ Z_2 \ $ - no hay 'ramificación' antes de llegar a \ $ Z_2 \ $. Esto es crucial para entender la ecuación del divisor de voltaje.
Redibujemos el circuito para enfatizar la conexión en serie:
Claramente, este es un circuito conectado en serie y la corriente de la serie es simplemente
$$ I = \ frac {V_ {in}} {R_1 + R_2} $$
Según la ley de Ohm, el voltaje a través de una resistencia es producto de la corriente y la resistencia. Por lo tanto, la tensión a través de cada resistencia está dada por
$$ V_ {R1} = I R_1 = V_ {in} \ frac {R_1} {R_1 + R_2} $$
$$ V_ {R2} = I R_2 = V_ {in} \ frac {R_2} {R_1 + R_2} $$
Esta es la división de voltaje y este resultado depende fundamentalmente del hecho de que las resistencias están conectadas en serie para que tengan una corriente idéntica.
Ahora, si la salida de nuestro circuito es el voltaje en \ $ R_2 \ $, podríamos etiquetar el nodo donde las dos resistencias se conectan como \ $ V_ {out} \ $ como en el Esquema en tu pregunta.
Y, puede que no dibujemos la fuente de voltaje de entrada explícitamente como en su esquema.
Una última cosa, si conectamos otro circuito en paralelo con \ $ R_2 \ $ tal que algunas de las corrientes a través de \ $ R_1 \ $ 'se ramifiquen' a través de esa ruta, las ecuaciones del divisor de voltaje derivadas arriba son ya no es valido .
Sin embargo, podríamos explicar este circuito externo reemplazando \ $ R_2 \ $ en las ecuaciones anteriores con \ $ R_ {EQ} \ $ donde
$$ R_ {EQ} = R_2 || R_L $$
y \ $ R_L \ $ es la resistencia equivalente del circuito externo.
Su razonamiento es un problema con los divisores de voltaje, pero no por la razón que cree.
Si asumimos que el circuito conectado a V out tiene una impedancia infinita, toda la corriente de V in fluye a través de Z 1 y en consecuencia Z 2 . A medida que la corriente fluye a través de cada una de las resistencias, se desarrolla una diferencia de voltaje a través de ellas, proporcional a la relación de sus resistencias al total (Ley de Ohm). Esta caída de voltaje existe, ya sea que la medamos o no, y mantiene V out a un cierto voltaje sobre tierra. Esta es la operación básica de un divisor de voltaje.
El problema que casi aborda es que V out no no tiene una impedancia infinita. Algunos de la corriente pasan fuera del nodo al circuito conectado, y esto reduce la caída de voltaje a través de Z 2 . Esta es la razón por la que los divisores de voltaje no se pueden usar como reguladores de voltaje para algo más complejo que un FET o un diodo.
Usando la analogía del agua, imagine que tiene una manguera de 50 pies de media pulgada de diámetro enganchada a un babero de manguera en un extremo, que el otro extremo está tapado, y que hay un manómetro en el babero de la manguera, otro en el tapón extremo de la manguera, y otro en el centro de la manguera.
Ahora imagine que el babero de la manguera está abierto y que el indicador en el babero de la manguera es de 50 PSI.
Dado que el otro extremo de la manguera está tapado, no puede haber flujo de agua a través de la manguera, y los otros indicadores también mostrarán 50 PSI.
Del mismo modo, si conecto dos resistencias en serie, conecto un extremo de la cadena a una fuente de alimentación de 50 voltios y dejo que el otro extremo flote, voltímetros conectados a la fuente de alimentación de la cadena, a la unión de las resistencias, y al extremo flotante de la cadena, todos leerán 50 voltios porque no hay retorno al suministro y, por lo tanto, no hay flujo de carga a través de la cadena.
Ahora, destape la manguera.
El agua fluirá a través de él y, como no hay nada que retenga el agua en el extremo sin tapar, ese indicador mostrará 0 PSI.
Suponiendo que no hay pérdidas detrás del babero, la presión en el babero se mantendrá en 50 PSI y luego, con el otro extremo de la manguera en 0 PSI, el manómetro en el centro de la manguera debe lee 25 PSI.
Con dos resistores de igual valor en la cadena, entonces, cuando el extremo flotante de la cadena se devuelva al cargo de suministro, fluirá a través de la cadena.
Luego, suponiendo que no haya caída de voltaje en la salida cargada de la fuente, el voltímetro en ese extremo de la cadena leerá 50 voltios, el que está en el extremo de retorno de la cadena leerá cero voltios y el que está en la unión de las resistencias leerá 25 voltios.
En primer lugar, debes darte cuenta de que no se está produciendo ningún rebote. La corriente debida a los voltajes de CC es siempre unidireccional y en el circuito desde el que se le han dado los flujos de corriente
$$ V_ {in} \ rightarrow Z_1 \ rightarrow Z_2 \ rightarrow GND $$
Aquí, la rama en \ $ V_ {out} \ $ está abierta (lo que significa una impedancia infinita). Entonces, como la ruta del circuito no está completa de esa manera, idealmente, ninguna corriente se ramificará.
Esta es exactamente la razón por la que los dispositivos de medición de voltaje (como el voltímetro) tienen altas impedancias. Siempre que conecte un dispositivo de alta resistencia (características generales de las cargas) entre \ $ V_ {out} \ $ y \ $ ground \ $, la corriente ve una ruta de resistencia más baja a través de \ $ Z_2 \ $ y la elige.
Por supuesto, algunas corrientes también se filtran hacia la carga y causan una caída potencial. Para calcular la caída, debe considerar una resistencia equivalente a \ $ Z_2 \ $ y \ $ Z_ {carga} \ $ (resistencia de carga) en paralelo y reemplazar el \ $ Z_2 \ $ en el circuito anterior con la resistencia equivalente calculada. Ahora tiene un simple divisor potencial donde \ $ V_ {out} \ $ se puede calcular como
$$ V_ {out} = V_ {in} \ frac {Z_2} {Z_1 + Z_2} $$
Seguramente, \ $ V_ {out} \ $ sin carga será mayor que la carga con alguna resistencia finita.
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