เครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

สูตรที่เครื่องคำนวณนี้ใช้

Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานสองตัวที่ต่ออนุกรมกัน:

I = Vin / (R1 + R2)

กำลังไฟฟ้ารวมที่ตัวแบ่งสูญเสียไป (ตัวต้านทานทั้งสองรวมกัน):

P = Vin × I = Vin² / (R1 + R2)

หากต้องการรายละเอียดแยก ตัวต้านทานแต่ละตัวสูญเสีย P_R1 = I² × R1 และ P_R2 = I² × R2 และทั้งสองรวมกันเท่ากับกำลังไฟฟ้ารวม P ที่เครื่องมือแสดงเสมอ

ตัวอย่าง: ตัวแบ่ง 12 V ค่าเริ่มต้น

เมื่อ Vin = 12 V และ R1 = R2 = 10 kΩ:

Vout = 12 × 10000 / (10000 + 10000) = 6 V
I    = 12 / 20000                    = 0.6 mA
P    = 12 × 0.0006                   = 7.2 mW

ตัวต้านทานสองตัวที่เท่ากันจะแบ่งแรงดันครึ่งหนึ่งเสมอ และในที่นี้คู่นี้สูญเสียเพียง 7.2 mW ซึ่งไม่เป็นอันตราย

การเลือก R2 เพื่อให้ได้แรงดันขาออกตามต้องการ

เครื่องมือนี้คำนวณ Vout แต่คุณสามารถเลือกตัวต้านทานให้ได้แรงดันตามต้องการได้ด้วยการจัดรูปสูตรเดียวกันด้วยมือ หากต้องการลดจาก 12 V เหลือ 3.3 V สำหรับ ADC โดยใช้ R1 = 10 kΩ:

R2 = R1 × Vout / (Vin - Vout)
   = 10000 × 3.3 / (12 - 3.3)
   = 3793 Ω

ค่ามาตรฐาน E24 ที่ใกล้ที่สุดคือ 3.9 kΩ ป้อนกลับเข้าเครื่องคำนวณ: Vout = 12 × 3900 / 13900 = 3.37 V ซึ่งใกล้พอสำหรับ ADC 3.3 V ที่มีระยะเผื่อเล็กน้อย

กับดักของโหลด

ตัวแบ่งแรงดันสมมติว่าสเตจถัดไปไม่ดึงกระแสเลย หากมีโหลดจริงความต้านทาน R_load อยู่ที่เอาต์พุต ตัวต้านทานด้านล่างที่ได้ผลจริงจะกลายเป็น R2 || R_load และ Vout จะตก มีหลักการง่าย ๆ สองข้อ:

• ทำให้ R_load มากกว่า R2 อย่างน้อย 10 เท่า เพื่อคุมความคลาดเคลื่อนให้ต่ำกว่าราว 10%
• ดียิ่งกว่า: ต่อวงจรตามแรงดัน (voltage follower) ด้วยออปแอมป์ไว้หลังตัวแบ่ง ออปแอมป์แทบไม่ดึงกระแสและให้เอาต์พุตอิมพีแดนซ์ต่ำ

การซ้อนทับของค่าความคลาดเคลื่อน

ตัวต้านทาน E24 มักมีค่าความคลาดเคลื่อน ±5% ในกรณีเลวร้ายที่สุด ความคลาดเคลื่อนของ R1 และ R2 รวมกันเป็นราว ±10% ที่ Vout สำหรับแหล่งอ้างอิงความแม่นยำสูง ให้ใช้ตัวต้านทาน E96 ที่ ±1% หรือไอซี Zener หรือไอซีอ้างอิงแรงดันโดยเฉพาะ