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전압 분배기 계산기

Vin, R1, R2의 전압 분배기 출력 전압, 전류, 테베닌 임피던스 및 전력 손실을 계산합니다.바이어스 네트워크 및 레벨 시프팅에 적합합니다.

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공식

Vout=Vin⋅R2R1+R2V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}
Vᵢₙ— 입력 전압 (V)
R₁— 상단 저항기 (Ω)
R₂— 하단 저항기 (Ω)

작동 방식

전압 분배기 계산기는 신호 컨디셔닝, ADC 레퍼런스 스케일링 및 로직 레벨 시프팅에 필수적인 저항 디바이더 네트워크의 출력 전압, 전류 및 전력 손실을 결정합니다.전력 전자 엔지니어, 임베디드 개발자 및 회로 설계자는 이 도구를 사용하여 대기 전류를 최소화하면서 목표 전압 비율을 달성하는 저항기의 크기를 조정합니다.Horowitz & Hill의 'Art of Electronics' (제3판) 에 따르면 총 저항이 10kΩ 인 전압 분배기는 5V 전원에서 500µA를 소비하므로 6kΩ 분배기에 비해 대기 전력이 40% 감소합니다.테베닌 등가 출력 임피던스 (R1 || R2) 는 부하 조정을 직접 결정합니다. 1kΩ 소스 임피던스는 10kΩ 부하에서 9.1% 전압 강하를 유발합니다.텍사스 인스트루먼트 애플리케이션 노트 SLVA079 에서는 1% 미만의 출력 오류를 유지하기 위해 디바이더 임피던스를 부하 임피던스의 1/10 미만으로 유지할 것을 권장합니다.정밀 애플리케이션의 경우 0.1% 허용 오차 저항은 비율 오차를 ± 2% 에서 ± 0.14% 로 줄입니다. 이는 1LSB가 풀 스케일의 0.024% 에 해당하는 12비트 ADC에 전원을 공급할 때 매우 중요합니다.

계산 예제

배터리 모니터링 시스템을 사용하려면 12.6V 리튬 이온 팩 전압을 3.3V ADC 입력으로 조정해야 합니다.목표 사양: 10µA 미만의 대기 전류, 1MΩ ADC 입력 임피던스의 0.5% 미만의 부하 조정 오차.1단계: 비율을 계산합니다. — 볼트/빈 = 3.3/12.6 = 0.262이므로 R2/ (R1+R2) = 0.262입니다.2단계: 대기 전류 설정 — Iq < 10 µA at 12.6 V, total resistance > 1.26MΩ의 경우.R1+ R2 = 1.5MΩ을 선택하세요.3단계: 저항 찾기 — R2 = 0.262 × 1.5MΩ = 393kΩ (390kΩ 표준값 사용), R1 = 1.5MΩ - 390kΩ = 1.11MΩ (1.1MΩ 사용).4단계: 확인 — Vout = 12.6 × 390k/ (1.1M + 390k) = 3.30 V. 테베닌 임피던스 = 1.1M || 390k = 288kΩ.1MΩ ADC를 사용한 부하 조정: 오류 = 288k/ (288k + 1M) = 22.4% — 용납할 수 없습니다.해결 방법: 유닛 게인 버퍼 (TI OPA333, 17µA) 를 추가하여 하이 임피던스 디바이더를 ADC에서 분리하십시오.

실용적인 팁

  • ✓TI의 'Precision Labs' 시리즈에 따라 ADC 레퍼런스에 0.1% 박막 저항기 (예: 비셰이 TNPW 시리즈) 를 사용하십시오. ±25ppm/°C의 온도 계수는 -40°C에서 +85°C까지 0.1% 미만의 비율 드리프트를 유지합니다.
  • ✓R2에 100nF 세라믹 커패시터를 추가하여 fc = 1/ (2π × R1||R2 × C) 의 저역 통과 필터를 생성하여 ADC 샘플링 속도의 10배를 초과하는 스위칭 노이즈를 제거합니다.
  • ✓고전압 분배기 (>50V) 의 경우 여러 개의 저항을 직렬로 사용하여 개별 정격 전압 이내로 유지하십시오. 일반적인 0805 SMD 저항은 정격 최대 150V입니다.

흔한 실수

  • ✗부하 임피던스 무시 — R2 = 5kΩ 인 10kΩ 분배기는 10kΩ 부하를 구동할 때 출력 전압의 33% 를 잃습니다. 예상 전압은 0% 가 아닙니다.
  • ✗정밀 애플리케이션에서 5% 허용 오차 저항 사용 — 최악의 경우 비율 오류가 ± 10% 에 도달하여 3.3V 출력에서 328mV 오류가 발생합니다.
  • ✗저항 정격 전력 초과 — 12V에서 1kΩ 분배기는 총 144mW를 소비합니다. 1/8W (125mW) 저항은 과열 및 드리프트를 발생시킵니다.

자주 묻는 질문

옴의 법칙에 따라 최대 전류는 Vin/ (R1+R2) 와 같습니다.총 저항이 10kΩ 인 12V 입력의 경우 아이맥스 = 1.2 mA입니다.이렇게 하면 대기 전력 소비가 14.4mW로 설정됩니다.배터리 구동식 설계는 일반적으로 <100 µA (> 런타임 연장을 위해 총 120kΩ (총 120kΩ) 을 목표로 합니다. 2000mAh 배터리는 100µA에서 833일간 지속되는 반면, 1.2mA에서는 69일간 지속됩니다.
예, 저항 디바이더는 DC에서 ~1MHz까지 동일한 비율을 유지합니다.1MHz 이상의 기생 커패시턴스 (일반적으로 저항당 0.1—0.5pF) 는 주파수 종속 임피던스를 생성합니다.아날로그 디바이스 MT-210 에서는 500MHz까지 평탄한 응답을 제공하는 오실로스코프 프로브에 병렬 커패시터 (C1/C2 = R2/R1) 를 사용하는 보상형 디바이더를 권장합니다.
목표 비율 R2/ (R1+R2) = 볼트/빈으로 시작하세요.그런 다음 제약 조건에 따라 총 저항을 선택하십시오. 구동 부하의 경우 낮은 R (1—10kΩ) 을, 전류 소비를 최소화하려면 높은 R (100kΩ—1MΩ) 을 선택하십시오.IEEE Std 1118에 따르면 정밀 계측기는 비율 매칭이 0.01% 인 일치하는 저항 네트워크 (예: Vishay MPM 시리즈) 를 사용합니다.
입력 임피던스는 직렬로 R1+R2와 같습니다.R1 = 10kΩ, R2 = 10kΩ인 디바이더는 소스에 20kΩ을 나타냅니다.소스 부하를 최소화하려면 입력 임피던스가 소스 임피던스의 10배를 초과해야 합니다. 50Ω 신호 생성기에는 500Ω 이상의 디바이더 입력 임피던스가 필요합니다.
예, 전압 분배기는 5V 로직을 R1은 1.8kΩ, R2는 3.3kΩ (Vout = 3.24V) 인 3.3V 로직으로 변환합니다.하지만 양방향 레벨 시프팅에는 액티브 회로가 필요합니다. TI의 TXB0108 기능은 자동 방향 감지 기능과 함께 100Mbps의 속도로 8채널 변환을 제공합니다.
R2/ (R1+R2) = 3.3/5 = 0.66.표준값: R2 = 6.8kΩ, R1 = 3.3kΩ 비율은 0.673입니다 (출력 3.37V, 오차 +2.1%).허용 오차를 줄이려면 R2 = 33kΩ, R1 = 18kΩ (0.647 비율, 3.24V, 오차 -1.8%) 을 사용하십시오.총 10kΩ은 5V (2.5mW) 에서 500µA를 소비합니다.중요: 부하 임피던스가 100kΩ을 초과하는지 확인하거나 버퍼 증폭기를 추가하십시오.
예. Vout = 3.33V의 경우 R1 = 1kΩ, R2 = 2kΩ을 사용하십시오. MCU의 낮은 출력 임피던스 (<50Ω) 는 정확한 분할을 보장합니다.신호가 1MHz (10MHz에서 SPI) 이상인 경우 총 저항을 500Ω 미만으로 유지하여 입력 커패시턴스 (일반적으로 5pF) 와 RC 시간을 일정하게 유지하십시오. 3.3V ~ 5V 변환에는 액티브 레벨 시프터가 필요합니다. 패시브 디바이더는 전압을 증가시킬 수 없습니다.
출력 임피던스 (R1 || R2) 는 부하와 함께 전압 분배기를 형성합니다.R1 = R2 = 10kΩ, Zout = 5kΩ 인 경우10kΩ 부하에서는 출력이 33% 떨어집니다 (볼트 × 10k/ (5k+10k) = 0.67 x Vout).호로비츠 앤 힐의 경우 부하 저항은 10% 미만의 경우 출력 임피던스의 10배, 1% 미만인 경우 100배을 초과해야 합니다.낮은 임피던스 부하를 구동할 때는 연산 증폭기 전압 팔로워 (예: TI LM324, $0.15) 를 사용하십시오.

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