مقسم الجهد

إيجاد جهد الخرج من مقاومتين على التوالي

يستخدم مقسم الجهد مقاومتين على التوالي عبر جهد تغذية لإنتاج جهد خرج أصغر يمكن التنبؤ به عند النقطة الواقعة بينهما. أدخل جهد الدخل وقيمتي المقاومة، وستجد هذه الأداة جهد الخرج المأخوذ بين R1 وR2، بالإضافة إلى الجهد المتساقط عبر R1 والتيار المتدفق عبر الدائرة.

هذه واحدة من أكثر اللبنات الأساسية شيوعًا في الإلكترونيات التناظرية: تحجيم خرج مستشعر خام إلى نطاق دخل آمن، أو إنشاء جهد مرجعي ثابت، أو تحويل إشارة بين جهدي منطق مختلفين — كل ذلك بمقاومتين فقط.

المعادلة

$$V_{out} = V_{in} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2}$$

تقع R1 بين جهد الدخل ونقطة أخذ الخرج؛ وتقع R2 بين نقطة الأخذ والأرضي. نظرًا لأن المقاومتين على التوالي، يتدفق نفس التيار عبر كليهما، ويجمع الهبوطان دائمًا ليعطيا جهد الدخل الكامل.

مثال محلول

تغذية 12 فولت عبر R1 بقيمة 1000 أوم وR2 بقيمة 2000 أوم:

1. جهد الخرج: 12 × (2000 ÷ 3000) = 8 فولت.
2. الجهد عبر R1: 12 − 8 = 4 فولت.
3. التيار: 12 ÷ 3000 = 0.004 أمبير (4 مللي أمبير).

يتحقق الهبوطان: 4 فولت عبر R1 بالإضافة إلى 8 فولت عبر R2 يجمعان إلى تغذية 12 فولت الكاملة.

عوامل رئيسية يجب مراعاتها

• ينخفض جهد خرج مقسم جهد أساسي بشكل ملحوظ بمجرد أن يسحب حمل حقيقي تيارًا من نقطة الخرج. تفترض صيغة هذه الحاسبة خرجًا مثاليًا بدون حمل (دائرة مفتوحة) — توصيل حمل حقيقي بالتوازي مع R2 يغيّر فعليًا قيمة R2 في الدائرة، ما يسحب جهد الخرج الفعلي أقل من القيمة المثالية المحسوبة. مقسم الجهد البسيط مناسب أكثر للأحمال ذات الممانعة العالية التي تسحب تيارًا ضئيلًا جدًا.
• تحدد قيم المقاومة المطلقة (وليس النسبة فقط) مقدار التيار الذي تسحبه الدائرة باستمرار، وبالتالي مقدار الطاقة التي تهدرها كحرارة. ينتج زوجا مقاومة بنفس النسبة بالضبط نفس جهد الخرج، لكن زوجًا يستخدم قيم مقاومة أصغر بكثير يسحب تيارًا أكبر تناسبيًا ويهدر طاقة أكثر — يتضمن اختيار قيم المقاومة موازنة هذا الهدر في الطاقة مقابل حساسية الدائرة لحمل متصل.
• مقسم الجهد دائرة سلبية مقاومة بحتة — يمكنه فقط خفض الجهد، وليس رفعه أبدًا. بما أن نقطة الأخذ تقع دائمًا بين جهد الدخل والأرضي، لا يمكن أن يتجاوز جهد الخرج جهد الدخل أبدًا — يتطلب رفع الجهد دائرة مختلفة جوهريًا (مثل محول رفع)، وليس مقسم جهد مقاوم.
• مقسمات الجهد طريقة شائعة لربط مستشعر أو إشارة منطقية بأمان بين مستويي جهد مختلفين. استخدام واقعي كلاسيكي هو تحجيم إشارة متحكم دقيق 5 فولت إلى دخل آمن 3.3 فولت لرقاقة أخرى، أو العكس — هذا أحد أكثر التطبيقات العملية شيوعًا لنفس صيغة المقاومتين البسيطة التي تحسبها هذه الحاسبة.

أخطاء شائعة

• تبديل R1 وR2. تقع R1 دائمًا بين جهد الدخل ونقطة أخذ الخرج، وتقع R2 دائمًا بين نقطة الأخذ والأرضي — عكس أيهما هو أيهما يقلب النسبة الفعلية من جهد الدخل التي تظهر عند الخرج.
• افتراض أن جهد الخرج المحسوب سيبقى ثابتًا بمجرد توصيل حمل حقيقي. تفترض صيغة هذه الحاسبة خرجًا مثاليًا بدون حمل — يسحب الحمل الحقيقي تيارًا عبر R2 بالتوازي، ما يسحب جهد الخرج الفعلي أقل من القيمة المحسوبة ما لم تكن ممانعة الحمل أعلى بكثير من R2.
• توقع أن يرفع مقسم الجهد الجهد. يمكن للمقسم المقاوم فقط خفض الجهد، وليس رفعه أبدًا — يتطلب رفع الجهد دائرة نشطة مثل محول رفع، وليس مقاومتين.

معلومات مفيدة

• تريد التحقق من التيار والمقاومة الإجمالية التي تسحبها هذه الدائرة باستخدام قانون أوم مباشرة؟ حاسبة قانون أوم يحل للجهد أو التيار أو المقاومة من القيمتين الأخريين.
• تحتاج المقاومة المجمعة لـ R1 وR2 معًا، أو دائرة بأكثر من مقاومتين؟ حاسبة المقاومات على التوالي والتوازي يتعامل مع التوليفات التوالية والتوازية.