분압 회로는 저항 두 개로 입력 전압의 일부만 꺼내는 가장 간단한 회로입니다. 센서 전압을 마이크로컨트롤러가 읽을 수 있는 범위로 낮추거나, 비교기의 기준 전압을 만들 때 자주 씁니다. 위 계산기는 R1, R2와 입력 전압으로 출력 전압을 계산하고, 출력에 부하를 연결했을 때 전압이 얼마나 떨어지는지도 함께 보여 줍니다.
공식
그림처럼 위쪽 R1과 아래쪽 R2를 직렬로 연결하고 둘의 연결점에서 출력을 꺼냅니다.
Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)
부하 저항(R부하)이 출력에 연결되면 R2와 부하가 병렬이 되어 아래쪽 저항이 작아지고, 그만큼 출력이 떨어집니다.
R2' = R2 × R부하 / (R2 + R부하) Vout = Vin × R2' / (R1 + R2')
예제
| Vin | R1 | R2 | 부하 | Vout |
|---|---|---|---|---|
| 5V | 10kΩ | 10kΩ | 없음 | 2.5V |
| 5V | 10kΩ | 10kΩ | 10kΩ | 약 1.67V |
| 5V | 1kΩ | 2kΩ | 없음 | 약 3.33V |
| 12V | 10kΩ | 3.3kΩ | 없음 | 약 2.98V |
두 번째 줄을 보면 같은 분압기라도 10kΩ 부하를 달자 출력이 2.5V에서 1.67V로 3분의 1이나 떨어졌습니다. 분압 회로가 "전압을 만드는 회로"가 아니라 "비율로 나누는 회로"라서 생기는 현상입니다.
설계 요령
- 부하 저항은 R2보다 10배 이상 크게 잡으세요. 그러면 하락이 약 10% 이내로 줄어듭니다. 부하가 ADC 입력처럼 입력 저항이 매우 큰 경우는 문제가 거의 없습니다.
- 분압기 전류는 부하 전류의 10배 이상으로 설계하면 출력이 안정되지만, 그만큼 전력을 낭비합니다. 배터리 회로에서는 수백 kΩ을 쓰기도 합니다.
- 전류를 많이 쓰는 부하에는 쓰지 마세요. 모터나 LED 같은 부하의 전원을 분압으로 만들면 효율이 나쁘고 전압이 흔들립니다. 이럴 때는 레귤레이터가 맞습니다.
- 허용 오차가 출력에 곱해집니다. ±5% 저항 두 개를 쓰면 출력 비율이 최대 약 ±5%까지 어긋날 수 있습니다. 정확한 기준 전압이 필요하면 ±1% 저항을 쓰세요.
분압 회로의 설계 원리는 분압 회로 설계와 부하 효과 가이드에서, 저항을 직렬·병렬로 합성하는 방법은 직렬·병렬 저항 계산기에서 이어서 볼 수 있습니다.