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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 10 kΩ 인 전압 분배기는 5V 공급 장치에서 500µA를 소비하므로 6 kΩ 분배기에 비해 대기 전력이 40% 감소합니다.테베닌 등가 출력 임피던스 (R1 || R2) 는 부하 레귤레이션을 직접 결정합니다. 1 kΩ 소스 임피던스는 10 kΩ 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 ADC를 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 대기 전류, < 0.5% 부하 조절 오차 (1 MΩ ADC 입력 임피던스 포함).1단계: 비율을 계산합니다. — Vout/Vin = 3.3/12.6 = 0.262이므로 R2/ (R1+R2) = 0.262입니다.2단계: 대기 전류 설정 — Iq의 경우 12.6V에서 10µA, 총 저항 > 1.26 MΩ. R1 + R2 = 1.5 MΩ. 3단계: 저항기 해결 — R2 = 0.262 × 1.5 MΩ = 393 kΩ (390 kΩ 표준값 사용), R1 = 1.5 MΩ - 390 kΩ = 1.11 MΩ (1.1 MΩ). 사용), 4단계: 확인 — Vout = 12.6 × 390k/ (1.1M + 390k) = 3.30 V. 베닌 임피던스 = 1.1M || 390k = 288 kΩ. 1 MΩ. ADC를 사용한 부하 조절: 오류 = 288k/ (288k + 1M) = 22.4% — 허용되지 않습니다.해결 방법: 유니티 게인 버퍼 (TI OPA333, 17µA) 를 추가하여 ADC에서 하이 임피던스 디바이더를 분리합니다.

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) 를 갖는 저역 통과 필터를 생성하여 ADC 샘플링 속도의 10배 이상의 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 = 5 kΩ 인 10 kΩ 디바이더는 10 kΩ 부하를 구동할 때 예상 0% 가 아닌 33% 의 출력 전압을 잃습니다.
  • ✗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 1 kΩ 디바이더는 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 10 kΩ 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 120 kΩ Total (총) 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 시작합니다.그런 다음 제약 조건에 따라 총 저항을 선택합니다. 구동 부하의 경우 낮은 R (1—10 kΩ) ), 최소 전류 소모의 경우 높은 R (100 kΩ–1 MΩ) ) 을 선택합니다.IEEE Std 1118에 따라 정밀 계측기는 0.01% 비율 매칭을 지원하는 일치하는 저항 네트워크 (예: Vishay MPM 시리즈) 를 사용합니다.
입력 임피던스는 직렬로 R1+R2와 같습니다.R1 = 10 kΩ 이고 R2 = 10 kΩ 인 디바이더는 소스에 20 kΩ 를 제공합니다.소스 로드를 최소화하려면 입력 임피던스가 소스 임피던스의 10배를 초과해야 합니다. 50 Ω 신호 발생기에는 >500 Ω 디바이더 입력 임피던스가 필요합니다.
예, 전압 분배기는 5V 로직을 R1 = 1.8 kΩ 및 R2 = 3.3 kΩ (볼트 = 3.24V) 의 3.3V 로직으로 변환합니다.하지만 양방향 레벨 시프팅에는 액티브 회로가 필요합니다. TI의 TXB0108 기능은 자동 방향 감지 기능과 함께 100Mbps의 속도로 8채널 변환 기능을 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 = 3.33 V의 경우 R1 = 1 kΩ, R2 = 2 kΩ 을 사용하십시오. MCU의 낮은 출력 임피던스 (<50 Ω) 는) 로 정확한 분할을 보장합니다.신호가 1MHz (10MHz에서 SPI) 이상인 경우 총 저항을 500 Ω 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 = 10 kΩ, Zout = 5 kΩ. A 10 kΩ 부하의 경우 출력이 33% 떨어집니다 (Vout × 10k/ (5k+10k) = 0.67 × Vout).호로비츠 앤 힐의 경우, 10% 미만의 처짐에서는 부하 저항이 출력 임피던스의 10배를 초과하고 1% 미만인 경우 100배를 초과해야 합니다.낮은 임피던스 부하를 구동할 때는 연산 증폭기 전압 팔로워 (예: TI LM324, $0.15) 를 사용하십시오.

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