分圧器計算ツール
Vin、R1、R2から分圧器の出力電圧、電流、テブナンインピーダンス、および電力損失を計算します。バイアスネットワークやレベルシフトに最適です。
公式
仕組み
分圧器カリキュレータは、抵抗分圧器ネットワークの出力電圧、電流、消費電力を測定します。これは、シグナルコンディショニング、ADCリファレンスのスケーリング、ロジックレベルシフトに不可欠です。パワーエレクトロニクスのエンジニア、組込み開発者、回路設計者は、このツールを使用して、自己消費電流を最小限に抑えながら目標電圧比になるように抵抗のサイズを調整します。ホロウィッツ・アンド・ヒルの「エレクトロニクスの芸術」（第3版）によると、合計抵抗が10kΩの分圧器は、5V電源から500µAを消費します。これは、6kΩの分圧器と比較して待機電力が 40% 削減されるということです。テブナンの等価出力インピーダンス (R1 || R2) は負荷レギュレーションを直接決定します。電源インピーダンスが1kΩの場合、10kΩの負荷で 9.1% の電圧低下が生じます。テキサス・インスツルメンツのアプリケーションノートSLVA079では、出力誤差を 1% 未満に維持するために、分圧器のインピーダンスを負荷インピーダンスの10分の1未満に抑えることを推奨しています。高精度アプリケーションでは、許容誤差が 0.1% の抵抗によって比率誤差が± 2% から± 0.14% に減少します。これは、1 LSB がフルスケールの 0.024% に相当する 12 ビット ADC に給電する場合に重要です。
計算例
バッテリ監視システムでは、12.6Vのリチウムイオンパック電圧を3.3V ADC入力にスケーリングする必要があります。目標仕様:ADC 入力インピーダンスが 1 MΩ の場合、静止電流は 10 µA 未満、負荷レギュレーション誤差は 0.5% 未満。ステップ1: 比率の計算 — 出力/入力電圧 = 3.3/12.6 = 0.262 なので、R2/ (R1+R2) = 0.262 となります。ステップ < 10 µA at 12.6 V, total resistance > 2: 静止電流の設定 — Iq 1.26 MΩの場合。R1 + R2 = 1.5 MΩ を選択してください。ステップ 3: 抵抗を求めます — R2 = 0.262 × 1.5 MΩ = 393 kΩ (390 kΩ 標準値を使用)、R1 = 1.5 MΩ-390 kΩ = 1.11 MΩ (1.1 MΩを使用)。ステップ 4: 検証 — Vout = 12.6 × 390k/ (1.1M+390k) = 3.30 V。テブナンインピーダンス = 1.1M || 390k = 288 kΩ。1 MΩ ADC による負荷レギュレーション:誤差 = 288k/ (288k+ 1M) = 22.4% — 許容範囲外です。解決策:ユニティ・ゲイン・バッファ (TI OPA333、17 µA) を追加して、高インピーダンスの分圧器を ADC から分離します。
実践的なヒント
- ✓TIの「Precision Labs」シリーズによると、ADCのリファレンスには0.1％の薄膜抵抗（Vishay TNPWシリーズなど）を使用してください。温度係数が±25ppm/°Cであれば、-40°Cから+85°Cまで0.1％未満の比率ドリフトを維持できます
- ✓R2の両端に100nFのセラミックコンデンサを追加して、fc = 1/ (2π × R1||R2 × C) のローパス・フィルタを作成し、ADCのサンプル・レートの10倍を超えるスイッチング・ノイズを除去します。
- ✓高分圧器 (>50 V) では、複数の抵抗を直列に接続して個々の定格電圧内にとどめます。標準的な 0805 SMD 抵抗器の最大定格は 150 V です。
よくある間違い
- ✗負荷インピーダンスを無視すると、R2 = 5kΩの10kΩの分圧器は、10kΩの負荷を駆動すると出力電圧の 33% を失い、予想していた 0% ではなく、出力電圧の 33% を失います。
- ✗高精度アプリケーションでは 5% の許容誤差抵抗を使用 — ワーストケースの比率誤差は± 10% に達し、3.3 V 出力で328mVの誤差が発生する
- ✗抵抗器の電力定格を超える場合 — 12Vで1kΩの分圧器を使用すると、合計で144mWの電力が消費されます。1/8W（125mW）の抵抗は過熱してドリフトします
よくある質問
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