직렬 저항 두 개로 출력 전압 구하기
전압 분배기는 공급 전압에 직렬로 연결된 두 저항을 사용하여 그 사이의 지점에서 더 작고 예측 가능한 출력 전압을 생성합니다. 입력 전압과 두 저항 값을 입력하면, 이 계산기는 R1과 R2 사이에서 취해지는 출력 전압과 R1에 걸리는 전압, 회로에 흐르는 전류를 구합니다.
이는 아날로그 전자공학에서 가장 흔한 기본 구성 요소 중 하나입니다. 센서의 원시 출력을 안전한 입력 범위로 스케일링하거나, 안정적인 기준 전압을 만들거나, 두 개의 서로 다른 논리 레벨 사이에서 신호를 이동시키는 데 저항 두 개만으로 사용됩니다.
공식
R1은 공급 전압과 출력 탭 지점 사이에 있고, R2는 탭 지점과 접지 사이에 있습니다. 두 저항이 직렬이므로 동일한 전류가 둘 다에 흐르며, 두 전압 강하는 항상 합산되어 전체 공급 전압이 됩니다.
계산 예시
1,000Ω R1과 2,000Ω R2를 통과하는 12V 공급:
- 출력 전압: 12 × (2,000 ÷ 3,000) = 8V.
- R1 양단 전압: 12 − 8 = 4V.
- 전류: 12 ÷ 3,000 = 0.004A(4mA).
두 강하가 일치합니다: R1의 4V와 R2의 8V를 더하면 전체 12V 공급 전압이 됩니다.
고려해야 할 주요 요소
- 기본 전압 분배기의 출력 전압은 실제 부하가 출력 탭에서 전류를 끌어가기 시작하면 눈에 띄게 처집니다. 이 계산기의 공식은 이상적이고 무부하(개방 회로) 출력을 가정합니다 — R2와 병렬로 실제 부하를 연결하면 회로 내 R2의 실효값이 사실상 바뀌어 실제 출력 전압이 계산된 이상값보다 낮아집니다. 단순한 전압 분배기는 전류를 아주 적게 끌어가는 고임피던스 부하에 가장 적합합니다.
- (단순한 비율뿐만 아니라) 저항의 절대값은 회로가 지속적으로 끌어가는 전류량, 그리고 따라서 열로 낭비되는 전력량을 결정합니다. 비율이 동일한 두 저항 쌍은 같은 출력 전압을 만들지만, 훨씬 작은 저항값을 사용하는 쌍은 비례적으로 더 많은 전류를 끌어가고 더 많은 전력을 낭비합니다 — 저항값을 선택하는 것은 이 전력 낭비와 연결된 부하에 대한 회로의 민감도 사이의 균형을 맞추는 일입니다.
- 전압 분배기는 수동적이고 순전히 저항성인 회로로, 전압을 낮출 수만 있지 절대 높일 수는 없습니다. 출력 탭이 항상 입력 전압과 접지 사이에 있으므로 출력 전압은 결코 입력 전압을 넘을 수 없습니다 — 전압을 높이려면 (부스트 컨버터 같은) 근본적으로 다른 회로가 필요하지, 저항성 분배기로는 불가능합니다.
- 전압 분배기는 두 서로 다른 전압 레벨 사이에서 센서나 로직 신호를 안전하게 연결하는 흔한 방법입니다. 대표적인 실제 사용 예로는 5V 마이크로컨트롤러 신호를 다른 칩을 위한 안전한 3.3V 입력으로 낮추거나 그 반대로 하는 것이 있습니다 — 이는 이 계산기가 계산하는 같은 단순한 두 저항 공식의 가장 흔한 실용적인 응용 사례 중 하나입니다.
흔한 실수
- R1과 R2를 바꿔 쓰는 것. R1은 항상 입력 전압과 출력 탭 지점 사이에 있고, R2는 항상 탭 지점과 접지 사이에 있습니다 — 어느 저항이 어느 것인지 뒤바꾸면 출력에 실제로 나타나는 입력 전압의 비율이 반대로 됩니다.
- 실제 부하가 연결된 후에도 계산된 출력 전압이 그대로 유지될 것이라고 가정하는 것. 이 계산기의 공식은 이상적인 무부하 출력을 가정합니다 — 실제 부하는 R2와 병렬로 전류를 끌어가므로, 부하의 임피던스가 R2보다 훨씬 높지 않은 한 실제 출력 전압은 계산된 값보다 낮아집니다.
- 전압 분배기가 전압을 높여줄 것이라고 기대하는 것. 저항성 분배기는 전압을 낮출 수만 있지 절대 높일 수 없습니다 — 전압을 높이려면 저항 두 개가 아니라 부스트 컨버터 같은 능동 회로가 필요합니다.
알아두면 유용한 정보
- 이 회로가 끌어가는 전류와 총 저항을 옴의 법칙으로 직접 확인하고 싶으신가요? 옴의 법칙 계산기는 나머지 두 값으로 전압, 전류, 또는 저항을 구합니다.
- R1과 R2를 합친 저항이 필요하거나, 저항이 두 개보다 많은 회로가 필요하신가요? 직렬 및 병렬 저항 계산기가 직렬 및 병렬 조합을 처리합니다.