เครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดัน

เกี่ยวกับ เครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดัน

เครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดัน เป็นเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์อเนกประสงค์ที่คำนวณแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครือข่ายตัวแบ่งตัวต้านทาน รองรับสามโหมด: การคำนวณไปข้างหน้า (หา Vout จาก R1 และ R2) และโหมดคำนวณย้อนกลับสองโหมด (หา R1 หรือ R2 สำหรับแรงดันขาออกที่ต้องการ) เครื่องมือนี้ยังให้ข้อมูลการไหลของกระแส การวิเคราะห์การสิ้นเปลืองพลังงาน และการแยกสูตรทีละขั้นตอนเพื่อช่วยในการออกแบบวงจร

ตัวแบ่งแรงดันคืออะไร?

ตัวแบ่งแรงดันเป็นหนึ่งในวงจรพื้นฐานที่สุดในอิเล็กทรอนิกส์ ประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัว (R1 และ R2) ต่ออนุกรมกันระหว่างแรงดันขาเข้า (Vin) และกราวด์ แรงดันขาออก (Vout) จะถูกดึงออกมาจากจุดเชื่อมต่อระหว่าง R1 และ R2

แรงดันขาออกจะเป็นเศษส่วนของแรงดันขาเข้าเสมอ โดยกำหนดโดยอัตราส่วนของ R2 ต่อความต้านทานรวม (R1 + R2) หลักการง่ายๆ นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนต่อประสานเซ็นเซอร์ การปรับสภาพสัญญาณ วงจรไบแอส และการเปลี่ยนระดับแรงดัน

วิธีใช้งานเครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดัน

ขั้นตอนที่ 1: เลือกโหมดการคำนวณ

เลือกหนึ่งในสามโหมด:

• คำนวณ Vout: ป้อน Vin, R1 และ R2 เพื่อหาแรงดันขาออก
• หาค่า R1: ป้อน Vin, R2 และ Vout ที่คุณต้องการเพื่อหาค่า R1 ที่จำเป็น
• หาค่า R2: ป้อน Vin, R1 และ Vout ที่คุณต้องการเพื่อหาค่า R2 ที่จำเป็น

ขั้นตอนที่ 2: ป้อนแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

ป้อนแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (Vin) ของวงจรของคุณในหน่วยโวลต์ นี่คือแหล่งจ่ายแรงดันที่ขับเคลื่อนตัวแบ่ง

ขั้นตอนที่ 3: ป้อนค่าตัวต้านทาน

ป้อนค่าความต้านทานพร้อมหน่วยที่เหมาะสม (Ω, kΩ หรือ MΩ) ในโหมดคำนวณย้อนกลับ ให้ป้อนค่าตัวต้านทานที่ทราบและแรงดันขาออกเป้าหมายของคุณ

ขั้นตอนที่ 4: คลิกคำนวณ

คลิกปุ่มคำนวณเพื่อดูแรงดันขาออก อัตราส่วนตัวแบ่ง การไหลของกระแส และการสิ้นเปลืองพลังงานสำหรับตัวต้านทานแต่ละตัว

การประยุกต์ใช้งานตัวแบ่งแรงดันที่พบบ่อย

การทำความเข้าใจผลกระทบจากการต่อโหลด

สูตรตัวแบ่งแรงดันสมมติว่าไม่มีกระแสไหลออกจากโหนดเอาต์พุต ในทางปฏิบัติ โหลดที่เชื่อมต่อจะดึงกระแสและส่งผลต่อแรงดันขาออก ความต้านทานโหลดจะปรากฏขนานกับ R2 ซึ่งจะช่วยลดค่า R2 และทำให้ Vout ต่ำลงอย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อลดผลกระทบจากการต่อโหลด:

• อิมพีแดนซ์ของโหลดควรมีค่าอย่างน้อย 10 เท่าของ R2
• ใช้บัฟเฟอร์ (op-amp voltage follower) ระหว่างเอาต์พุตของตัวแบ่งและโหลด
• ใช้ตัวต้านทานที่มีค่าต่ำกว่าสำหรับตัวแบ่ง (โดยแลกกับกระแสที่สูงขึ้น)

ข้อควรพิจารณาเรื่องการสิ้นเปลืองพลังงาน

ตัวต้านทานแต่ละตัวในตัวแบ่งจะกระจายพลังงานในรูปของความร้อน พลังงานรวมที่ตัวแบ่งใช้คือ:

ความต้านทานรวมที่ต่ำกว่าหมายถึงกระแสที่มากขึ้นและการสิ้นเปลืองพลังงานที่มากขึ้น สำหรับวงจรที่ใช้แบตเตอรี่ ให้ใช้ตัวต้านทานที่มีค่าสูงกว่า (ช่วง 100kΩ) เพื่อลดกระแสขณะสแตนด์บาย ตัวต้านทานมาตรฐาน 1/4W สามารถรับกำลังไฟได้สูงสุด 250mW ต่อตัว

ค่าตัวต้านทานมาตรฐาน (ซีรีส์ E12)

ตัวแบ่งแรงดัน เทียบกับ ตัวรักษาระดับแรงดัน

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการใช้ตัวแบ่งแรงดันเป็นแหล่งจ่ายไฟ นี่คือการเปรียบเทียบ:

• ตัวแบ่งแรงดัน: เอาต์พุตเปลี่ยนตามโหลด, ไม่มีประสิทธิภาพ, มีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชันระดับสัญญาณกระแสต่ำเท่านั้น
• ตัวรักษาระดับแรงดัน (เช่น LM7805, LM317): รักษาแรงดันขาออกให้คงที่โดยไม่คำนึงถึงโหลด, มีประสิทธิภาพมากกว่ามากสำหรับการจ่ายไฟให้วงจร

ใช้ตัวแบ่งแรงดันสำหรับแรงดันอ้างอิง ส่วนต่อประสานเซ็นเซอร์ และการปรับสภาพสัญญาณ — ไม่ใช่สำหรับจ่ายไฟให้กับวงจรอื่น

คำถามที่พบบ่อย

ตัวแบ่งแรงดันคืออะไร?

ตัวแบ่งแรงดันคือวงจรอย่างง่ายที่ใช้ตัวต้านทานสองตัว (R1 และ R2) ต่ออนุกรมกันเพื่อสร้างแรงดันขาออก (Vout) ซึ่งเป็นเศษส่วนของแรงดันขาเข้า (Vin) โดยดึงเอาต์พุตออกมาจากจุดเชื่อมต่อระหว่างตัวต้านทานทั้งสอง สูตรคือ Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

ฉันจะคำนวณแรงดันขาออกของตัวแบ่งแรงดันได้อย่างไร?

ใช้สูตร Vout = Vin × R2 / (R1 + R2) ตัวอย่างเช่น หาก Vin = 12V, R1 = 10kΩ และ R2 = 10kΩ เอาต์พุตจะเป็น 12 × 10000 / (10000 + 10000) = 6V

ทำไมการต่อโหลดถึงมีผลต่อแรงดันขาออกของตัวแบ่งแรงดัน?

เมื่อเชื่อมต่อโหลดขนานกับ R2 จะทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานขนานกับ R2 ซึ่งช่วยลดค่า R2 ที่มีผลจริง ทำให้แรงดันขาออกลดลงต่ำกว่าค่าที่คำนวณได้แบบไม่มีโหลด เพื่อลดผลกระทบนี้ อิมพีแดนซ์ของโหลดควรมีค่าอย่างน้อย 10 เท่าของ R2

ฉันสามารถใช้ตัวแบ่งแรงดันเป็นแหล่งจ่ายไฟได้หรือไม่?

ไม่แนะนำให้ใช้ตัวแบ่งแรงดันเป็นแหล่งจ่ายไฟเนื่องจากแรงดันขาออกจะเปลี่ยนตามกระแสโหลด สิ้นเปลืองพลังงานผ่านตัวต้านทาน และมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ดี ควรใช้ตัวรักษาระดับแรงดัน (เช่น LM7805 หรือ LM317) แทนสำหรับการจ่ายไฟให้กับวงจร

ฉันควรเลือกค่าตัวต้านทานสำหรับตัวแบ่งแรงดันอย่างไร?

ขั้นแรกให้กำหนดอัตราส่วน R2/(R1+R2) ที่จำเป็นสำหรับแรงดันเป้าหมายของคุณ จากนั้นเลือกค่าที่รักษาให้กระแสไฟฟ้ารวมอยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม (โดยทั่วไปคือ 1-10mA สำหรับตัวแบ่งสัญญาณ) ใช้ค่าตัวต้านทานมาตรฐาน (ซีรีส์ E12 หรือ E24) ความต้านทานต่ำหมายถึงกระแสที่มากขึ้นและการตอบสนองที่เร็วขึ้น แต่สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้น

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

• Voltage Divider - Wikipedia
• Resistor - Wikipedia

เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์:

• เครื่องคำนวณอายุแบตเตอรี่ ใหม่
• เครื่องคำนวณรหัสสีตัวต้านทาน ใหม่
• เครื่องคำนวณกฎของโอห์ม ใหม่
• เครื่องคำนวณแรงดันตก ใหม่
• เครื่องคำนวณความกว้างลายวงจร PCB ใหม่
• เครื่องคำนวณขนาดสายไฟ ใหม่
• เครื่องคำนวณตัวต้านทาน LED ใหม่
• เครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดัน ใหม่
• เครื่องคำนวณความต้านทานขนาน ใหม่
• เครื่องคำนวณตัวเก็บประจุ ใหม่
• เครื่องคำนวณไทเมอร์ 555 ใหม่