Расчёт делителя напряжения
Не только напряжение на выходе, но и ток с мощностью — там, где делитель обычно и подводит.
3,837 В на выходе
- Формула
- Uвых = Uвх × R2 ÷ (R1 + R2)
- Ток через делитель
- 0,816 мА — течёт постоянно, даже когда схема ничего не делает
Формула верна, пока к выходу почти ничего не подключено. Нагрузка встаёт параллельно R2 и просаживает напряжение — стенд говорит об этом отдельной строкой.
Как это работает
Два резистора включены последовательно между питанием и землёй. Ток через них один и тот же, а напряжение делится пропорционально сопротивлениям. Выход снимают с точки между ними, то есть с нижнего плеча: Uвых = Uвх × R2 ÷ (R1 + R2).
Отсюда простое правило: важно не то, какие резисторы, а их отношение. Пара 10 кОм и 10 кОм даст ровно половину входного напряжения, и пара 1 кОм с 1 кОм — тоже. Разница между ними в другом: в токе, который делитель тянет впустую.
Три вещи, из-за которых делитель подводит
1. Нагрузка сажает напряжение
Формула верна, пока к выходу ничего не подключено. Как только вы подключаете нагрузку, она встаёт параллельно R2, снижает его эффективное сопротивление — и напряжение падает. Именно это происходит, когда делитель посчитан «правильно», а на плате даёт совсем не то. Рабочее правило: сопротивление нагрузки должно быть в десятки раз больше R2. Если нагрузка низкоомная или переменная, делитель не годится вовсе — нужен стабилизатор или повторитель на операционном усилителе.
2. Через делитель течёт ток, даже когда всё выключено
Делитель — это два резистора, замкнутых с питания на землю. Ток через них идёт постоянно, и в устройстве от батарейки он съедает заряд круглые сутки. Слишком маленькие номиналы разряжают источник; слишком большие делают выход чувствительным к наводкам и к нагрузке. Стенд показывает этот ток отдельной строкой — по нему и подбирают порядок номиналов.
3. Мощность рассеивается на резисторах
Ток, помноженный на напряжение своего плеча, греет резистор. Обычный выводной резистор рассчитан на 0,25 Вт, типовой SMD типоразмера 0805 — на 0,125 Вт, и брать деталь надо с запасом хотя бы вдвое: перегретый резистор уходит от номинала, а вместе с ним уходит и поделённое напряжение. Стенд считает мощность на каждом плече отдельно, потому что греются они по-разному.
Где делитель применяют
- Измерение напряжения батареи микроконтроллером: вход АЦП терпит 3,3 В, а мерить надо 12 В. Вход АЦП высокоомный, поэтому делитель здесь работает честно.
- Задание опорного напряжения — но только там, где ток с этой точки почти не берут.
- Смещение на базе транзистора в простых каскадах.
- Ослабление сигнала до безопасного уровня на входе прибора.
Полученные номиналы стенд округляет до ряда E24 — тех значений, которые действительно выпускают. Что искать в ящике по этому номиналу, подскажет обратный расчёт полос.