Как работает делитель напряжения

Два последовательных резистора

Включите два резистора, R1 и R2, последовательно на напряжение. Напряжение в точке между ними, измеренное относительно земли на R2, — постоянная доля входного:

V_вых = V_вх × R2 ÷ (R1 + R2)

При 12 В на входе, R1 = 10 кОм и R2 = 4,7 кОм: 12 × 4,7 ÷ 14,7 = 3,84 В.

Подбор резистора под нужное напряжение

Если выразить: R2 = R1 × V_вых ÷ (V_вх − V_вых). Чтобы понизить сигнал 5 В до 3,3 В при R1 = 10 кОм: R2 = 10 × 3,3 ÷ 1,7 = 19,4 кОм. Ближайший стандартный номинал — 20 кОм, что даёт 3,33 В. Калькулятор делителя напряжения выполняет оба расчёта.

Подводные камни

• Нагрузка меняет результат. Всё, что подключено к выходу, включено параллельно R2 и тянет напряжение вниз. Делитель хорошо работает на высокоомный вход, например аналоговый вход микроконтроллера, но не для питания мотора, светодиодной ленты или платы. Для этого используйте стабилизатор напряжения.
• Ток течёт всё время. Делитель постоянно потребляет V_вх ÷ (R1 + R2): 0,82 мА в примере с 12 В. Резисторы побольше тратят меньше, но делают выход чувствительнее к нагрузке.
• Допуск резисторов. С резисторами 5% выход может отличаться на несколько процентов; когда это важно, используйте резисторы 1%.

Для тока и мощности на каждом резисторе используйте Калькулятор закона Ома.

Насколько нагрузка всё меняет

Возьмём делитель на 5 В с R1 = 10 кОм и R2 = 20 кОм, который без нагрузки даёт 3,33 В. Теперь подключим нагрузку 10 кОм:

• R2 параллельно с нагрузкой — это 20 × 10 ÷ 30 = 6,67 кОм.
• Выход становится 5 × 6,67 ÷ 16,67 = 2,0 В, а не 3,33 В.

Практическое правило — делать R1 и R2 хотя бы в десять раз меньше сопротивления нагрузки или буферизовать выход повторителем на операционном усилителе.

Измерение батареи входом на 3,3 В

Чтобы считать батарею 12 В аналоговым входом на 3,3 В, уменьшите напряжение примерно до 2,8 В при полном заряде. С R1 = 33 кОм и R2 = 10 кОм: 12 × 10 ÷ 43 = 2,79 В, а делитель потребляет 12 ÷ 43 000 = 0,28 мА. Умножьте показание в программе на 4,3, чтобы получить напряжение батареи.

Частые ошибки

• Использовать делитель как источник питания. Всё, что потребляет заметный ток, тянет выход вниз. Используйте стабилизатор или понижающий преобразователь.
• Забыть о токе покоя. Делитель на батарее разряжает её постоянно. При 0,28 мА батарея на 2000 мА·ч разрядится примерно за 300 дней, даже если больше ничего не работает.
• Без последовательного резистора на сигнале 5 В. Деление логического сигнала работает, но проверьте, что пониженное напряжение всё ещё считается логической единицей для принимающей микросхемы, часто это 0,7 её питания.