分圧

直列の2つの抵抗から出力電圧を求める

分圧回路は電源電圧にかかる直列の2つの抵抗を使用し、その間の点でより小さく予測可能な出力電圧を生成します。 入力電圧と2つの抵抗値を入力すると、この計算機はR1とR2の間で取り出される出力電圧、R1にかかる電圧、および回路を流れる電流を求めます。

これはアナログ電子工学における最も一般的な基本構成要素の一つです。センサーの生の出力を安全な入力範囲にスケーリングしたり、安定した基準電圧を作成したり、2つの異なるロジックレベル間で信号をシフトしたりするのに、2つの抵抗だけで実現できます。

計算式

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

R1は電源電圧と出力タップ点の間にあり、R2は出力タップ点とグラウンドの間にあります。2つの抵抗は直列なので同じ電流が両方を流れ、2つの電圧降下は常に合計して完全な電源電圧になります。

計算例

1,000 ΩのR1と2,000 ΩのR2を通る12Vの電源：

1. 出力電圧：12 × (2,000 ÷ 3,000) = 8 V。
2. R1にかかる電圧：12 − 8 = 4 V。
3. 電流：12 ÷ 3,000 = 0.004 A（4 mA）。

2つの降下は一致します：R1の4VとR2の8Vを足すと、完全な12Vの電源電圧に戻ります。

考慮すべき重要なポイント

• 基本的な分圧回路の出力電圧は、実際の負荷が出力タップから電流を引き出すと目に見えて低下します。 この計算機の計算式は理想的な無負荷(開回路)の出力を前提としています — 実際の負荷をR2と並列に接続すると、回路内のR2の実効値が事実上変化し、実際の出力電圧が計算上の理想値より低くなります。単純な分圧回路は、電流をほとんど引き出さない高インピーダンス負荷に最も適しています。
• 絶対的な抵抗値(単なる比率ではなく)が、回路が連続的にどれだけの電流を引き出すか、したがって熱としてどれだけの電力を無駄にするかを決定します。 同じ比率を持つ2つの抵抗のペアは同じ出力電圧を生成しますが、はるかに小さい抵抗値を使うペアは比例してより多くの電流を引き出し、より多くの電力を無駄にします — 抵抗値を選ぶことは、この電力の無駄と、接続された負荷に対する回路の感度とのバランスを取ることを意味します。
• 分圧回路は受動的な純抵抗回路であり、電圧を下げることしかできず、上げることはできません。 出力タップは常に入力電圧とグラウンドの間にあるため、出力電圧が入力電圧を超えることは決してありません — 電圧を上げるには、抵抗分圧回路ではなく根本的に異なる回路(昇圧コンバータなど)が必要です。
• 分圧回路は、センサーやロジック信号を2つの異なる電圧レベル間で安全にインターフェースする一般的な方法です。 典型的な実際の使用例は、5Vのマイクロコントローラー信号を別のチップ用の安全な3.3V入力にスケールダウンすること(またはその逆)です — これは、この計算機が計算する同じ単純な2抵抗の計算式が最も頻繁に登場する実際の応用の一つです。

よくある間違い

• R1とR2を取り違えること。 R1は常に入力電圧と出力タップ点の間にあり、R2は常にタップ点と グラウンドの間にあります — どちらがどちらかを逆にすると、実際に出力に現れる入力電圧の割合が 逆転してしまいます。
• 実際の負荷を接続した後も計算上の出力電圧が保たれると想定すること。 この計算機の計算式は 理想的な無負荷の出力を前提としています — 実際の負荷はR2と並列に電流を引き出すため、負荷の インピーダンスがR2よりはるかに高くない限り、実際の出力電圧は計算値を下回ります。
• 分圧回路が電圧を上げてくれると期待すること。 抵抗分圧回路は電圧を下げることしかできず、 上げることは決してできません — 電圧を上げるには昇圧コンバータのような能動回路が必要であり、 2つの抵抗だけでは実現できません。

知っておくと便利なこと

• この回路が引き出す電流と合成抵抗を、オームの法則で直接確認したいですか？ オームの法則計算機 は他の2つの値から電圧、電流、または抵抗を求めます。
• R1とR2を合わせた合成抵抗が必要ですか、または2つ以上の抵抗を持つ回路が必要ですか？ 直列並列抵抗計算機 が直列・並列の組み合わせに対応します。