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Power

Calculateur de diviseur de tension

Calculez la tension de sortie du diviseur de tension, le courant, l'impédance de Thévenin et la dissipation de puissance à partir de Vin, R1 et R2. Idéal pour les réseaux biaisés et les changements de niveau.

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Formule

Vout=Vin⋅R2R1+R2V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}
Vᵢₙ— Tension d'entrée (V)
R₁— Résistance supérieure (Ω)
R₂— Résistance inférieure (Ω)

Comment ça marche

Le calculateur de diviseur de tension détermine la tension de sortie, le courant et la dissipation de puissance pour les réseaux de diviseurs résistifs, ce qui est essentiel pour le conditionnement du signal, la mise à l'échelle des références ADC et le décalage de niveau logique. Les ingénieurs en électronique de puissance, les développeurs intégrés et les concepteurs de circuits utilisent cet outil pour dimensionner des résistances qui atteignent des rapports de tension cibles tout en minimisant le courant de repos. Selon « The Art of Electronics » de Horowitz & Hill (3e éd.), les diviseurs de tension d'une résistance totale de 10 kΩ consomment 500 µA sur une alimentation de 5 V, soit une réduction de 40 % de l'alimentation en veille par rapport aux diviseurs 6 kΩ. L'impédance de sortie équivalente à Thevenin (R1 || R2) détermine directement la régulation de la charge : une impédance de source de 1 kΩ entraîne une baisse de tension de 9,1 % avec une charge de 10 kΩ. Note d'application SLVA079 de Texas Instruments recommande de maintenir l'impédance du diviseur en dessous de 1/10e de l'impédance de charge afin de maintenir une erreur de sortie inférieure à 1 %. Pour les applications de précision, les résistances de tolérance de 0,1 % réduisent l'erreur de ratio de ± 2 % à ± 0,14 %, ce qui est essentiel lors de l'alimentation d'ADC 12 bits où 1 LSB équivaut à 0,024 % de la pleine échelle.

Exemple Résolu

Un système de surveillance de batterie nécessite une adaptation de la tension du pack lithium-ion de 12,6 V à une entrée ADC de 3,3 V. Spécifications cibles : courant de repos < 10 µA, erreur de régulation de charge < 0,5 % avec une impédance d'entrée ADC de 1 MΩ. Étape 1 : Calculez le ratio — Vout/Vin = 3,3/12,6 = 0,262, donc R2/ (R1+R2) = 0,262. Étape 2 : Réglez le courant de repos — Pour Iq < 10 µA at 12.6 V, total resistance > 1,26 MΩ. Choisissez R1 + R2 = 1,5 MΩ. Étape 3 : Résolvez les résistances — R2 = 0,262 × 1,5 MΩ = 393 kΩ (utilisez la valeur standard de 390 kΩ), R1 = 1,5 MΩ - 390 kΩ = 1,11 MΩ (utilisez 1,1 MΩ). Étape 4 : Vérifiez — Vout = 12,6 × 390 k/ (1,1 M + 390 k) = 3,30 V. Impédance de la thévenine = 1,1 M || 390 k = 288 kΩ. Régulation de charge avec ADC 1 MΩ : erreur = 288 k/ (288 k + 1 M) = 22,4 % — inacceptable. Solution : ajoutez un tampon à gain unitaire (TI OPA333, 17 µA) pour isoler le diviseur à haute impédance de l'ADC.

Conseils Pratiques

  • ✓Selon la série « Precision Labs » de TI, utilisez des résistances à couche mince de 0,1 % (par exemple, la série Vishay TNPW) pour les références ADC : un coefficient de température de ±25 ppm/°C maintient une dérive du ratio de < 0,1 % entre -40 °C et +85 °C
  • ✓Ajoutez un condensateur céramique de 100 nF à travers R2 pour créer un filtre passe-bas avec fc = 1/ (2π × R1||R2 × C), rejetant le bruit de commutation supérieur à 10 fois la fréquence d'échantillonnage de l'ADC
  • ✓Pour les diviseurs haute tension (>50 V), utilisez plusieurs résistances en série pour respecter les tensions nominales individuelles. Les résistances SMD 0805 typiques sont conçues pour 150 V maximum

Erreurs Fréquentes

  • ✗Ignorer l'impédance de charge : un diviseur de 10 kΩ avec R2 = 5 kΩ perd 33 % de sa tension de sortie lorsqu'il pilote une charge de 10 kΩ, et non les 0 % attendus
  • ✗Utilisation de résistances de tolérance de 5 % dans des applications de précision : l'erreur de rapport dans le pire des cas atteint ± 10 %, ce qui entraîne une erreur de 328 mV sur une sortie de 3,3 V
  • ✗Dépassement de la puissance nominale des résistances : un diviseur de 1 kΩ à 12 V dissipe 144 mW au total ; les résistances de 1/8 W (125 mW) surchauffent et dérivent

Foire Aux Questions

Le courant maximum est égal à Vin/ (R1+R2) par la loi d'Ohm. Pour une entrée 12 V avec une résistance totale de 10 kΩ, Imax = 1,2 mA. Cela fixe la consommation d'énergie au repos à 14,4 mW. Les modèles alimentés par batterie ciblent généralement 120 <100 µA (> kΩ (total) pour prolonger l'autonomie : une batterie de 2 000 mAh dure 833 jours à 100 µA contre 69 jours à 1,2 mA.
Oui, les diviseurs résistifs conservent le même ratio pour le courant continu jusqu'à ~1 MHz. Au-delà de 1 MHz, la capacité parasite (généralement de 0,1 à 0,5 pF par résistance) crée une impédance dépendante de la fréquence. Analog Devices MT-210 recommande des diviseurs compensés utilisant des condensateurs parallèles (C1/C2 = R2/R1) pour les sondes d'oscilloscope obtenant une réponse plate à 500 MHz.
Commencez par le ratio cible R2/ (R1+R2) = Vout/Vin. Sélectionnez ensuite la résistance totale en fonction des contraintes : R inférieur (1 à 10 kΩ) pour les charges motrices, R plus élevé (100 kΩ-1 MΩ) pour une consommation de courant minimale. Conformément à la norme IEEE Std 1118, l'instrumentation de précision utilise des réseaux de résistances adaptés (par exemple, la série Vishay MPM) avec un ratio de correspondance de 0,01 %.
L'impédance d'entrée est égale à R1 + R2 en série. Un diviseur avec R1 = 10 kΩ et R2 = 10 kΩ fournit 20 kΩ à la source. Pour une charge de source minimale, l'impédance d'entrée doit être supérieure à 10 fois l'impédance de la source. Un générateur de signal de 50 Ω nécessite une impédance d'entrée du diviseur supérieure à 500 Ω.
Oui, les diviseurs de tension convertissent une logique de 5 V en une logique de 3,3 V avec R1 = 1,8 kΩ et R2 = 3,3 kΩ (Vout = 3,24 V). Cependant, le décalage de niveau bidirectionnel nécessite des circuits actifs : le TXB0108 de TI fournit une traduction sur 8 canaux à 100 Mbit/s avec détection automatique de la direction.
R2/ (R1+R2) = 3,3/5 = 0,66. Valeurs standard : R2 = 6,8 kΩ, R1 = 3,3 kΩ donne un ratio de 0,673 (sortie 3,37 V, erreur de +2,1 %). Pour une tolérance plus stricte, utilisez R2 = 33 kΩ, R1 = 18 kΩ (ratio de 0,647, 3,24 V, erreur de -1,8 %). Au total, 10 kΩ consomment 500 µA à 5 V (2,5 mW). Critique : assurez-vous que l'impédance de charge dépasse 100 kΩ ou ajoutez un amplificateur tampon.
Oui, utilisez R1 = 1 kΩ, R2 = 2 kΩ pour Vout = 3,33 V. La faible impédance de sortie du microcontrôleur (<50 Ω) garantit une division précise. Pour les signaux supérieurs à 1 MHz (SPI à 10 MHz), maintenez la résistance totale inférieure à 500 Ω afin de minimiser la constante de temps RC avec la capacité d'entrée (généralement 5 pF). La translation de 3,3 V à 5 V nécessite des décaleurs de niveau actifs ; les diviseurs passifs ne peuvent pas augmenter la tension.
L'impédance de sortie (R1 || R2) forme un diviseur de tension avec la charge. Pour R1 = R2 = 10 kΩ, Zout = 5 kΩ. Une charge de 10 kΩ réduit la sortie de 33 % (Vout × 10 k/ (5 k+10 k) = 0,67 × Vout). Selon Horowitz & Hill, la résistance à la charge doit dépasser 10 fois l'impédance de sortie pour un affaissement < 10 %, ou 100 fois pour < 1 %. Utilisez un suiveur de tension d'amplificateur opérationnel (par exemple, TI LM324, 0,15$) lorsque vous pilotez des charges à faible impédance.

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