ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคืออะไรและทำงานอย่างไร

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าช่วยให้คุณแบ่งแรงดันไฟฟ้าหนึ่งออกเป็นชิ้นเล็กๆ ด้วยตัวต้านทาน คุณสามารถใช้วงจรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อรับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันจากแหล่งจ่ายไฟเดียว ลองนึกภาพตัวต้านทานสองตัวที่ต่อกันเป็นเส้นตรง หากคุณตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานตัวเดียว คุณจะได้เพียงบางส่วนของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมด การตั้งค่าที่ง่ายดายนี้ช่วยให้คุณจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า

วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า

คำนิยาม

วงจรแบ่งแรงดันช่วยแบ่งแรงดันไฟออกเป็นปริมาณที่น้อยลง วงจรเหล่านี้ใช้ตัวต้านทานเพื่อสร้างแรงดันไฟที่แตกต่างกันจากแหล่งจ่ายไฟเดียว คุณต่อตัวต้านทานเรียงกันเป็นแถวเพื่อสร้างวงจร แรงดันไฟจะลดลงที่ตัวต้านทานแต่ละตัว คุณสามารถตรวจสอบแรงดันไฟที่จุดต่างๆ ในวงจรได้ ด้วยวิธีนี้ คุณจะได้รับแรงดันไฟที่ต้องการสำหรับเซ็นเซอร์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

ฟังก์ชั่นพื้นฐาน

วงจรแบ่งแรงดันจะแบ่งแรงดันรวมระหว่างตัวต้านทาน โดยนำตัวต้านทานมาต่อกันเป็นเส้นตรงหรือแบบอนุกรม แรงดันจะถูกแบ่งตามค่าของตัวต้านทานแต่ละตัว หากต้องการแรงดันต่ำ ให้วัดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานเพียงตัวเดียว คุณสามารถเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตได้โดยการเลือกค่าตัวต้านทานที่แตกต่างกัน ทำให้วงจรแบ่งแรงดันมีประโยชน์สำหรับโครงการอิเล็กทรอนิกส์หลายอย่าง

เคล็ดลับ: วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าสามารถจ่ายไฟให้กับสิ่งของที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าไฟฟ้าหลักของคุณได้

ตัวอย่างง่ายๆ

นี่คือตัวอย่างง่ายๆ คุณมีแบตเตอรี่ที่ให้แรงดันไฟฟ้า 9 โวลต์ คุณต้องการเพียง 3 โวลต์สำหรับเซ็นเซอร์ คุณสามารถใช้ตัวต้านทานสองตัวเพื่อสร้างวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าได้ หากตัวต้านทานทั้งสองมีค่าเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าจะแบ่งเท่าๆ กัน ตัวต้านทานแต่ละตัวจะมีแรงดันไฟฟ้า 4.5 โวลต์ หากตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่า แรงดันไฟฟ้าก็จะมากขึ้น

นี่คือแผนภาพง่ายๆ:

[Battery]---[R1]---[R2]---[Ground]
           |             |
         Vout          0V

• R1 และ R2 เป็นตัวต้านทานทั้งคู่

• Vout คือแรงดันไฟฟ้าที่คุณตรวจสอบข้าม R2

• แรงดันไฟของแบตเตอรี่จะแบ่งระหว่าง R1 และ R2

คุณสามารถใช้วงจรนี้เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ลองใช้ค่าตัวต้านทานที่แตกต่างกันเพื่อดูว่าแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าช่วยให้คุณควบคุมแรงดันไฟฟ้าในโครงการของคุณได้

แรงดันตกและการคำนวณ

กฎของโอห์ม

คุณสามารถใช้กฎของโอห์มเพื่อทำความเข้าใจว่าแรงดันตกคร่อมเกิดขึ้นได้อย่างไรในวงจรแบ่งแรงดัน กฎของโอห์มกล่าวว่า แรงดันเท่ากับกระแสคูณความต้านทาน หากคุณมีตัวต้านทานในวงจร แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะขึ้นอยู่กับกระแสและค่าของตัวต้านทาน คุณสามารถเขียนสมการได้ดังนี้:

V = I × R

ถ้าคุณทราบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและค่าความต้านทานคุณก็สามารถหาค่ากระแสไฟฟ้าได้ กระแสไฟฟ้าจะคงที่ตลอดตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรอนุกรม คุณสามารถใช้กฎของโอห์มเพื่อหาอัตราส่วนแรงดันตกคร่อมของตัวต้านทานแต่ละตัวได้

หมายเหตุ: กฎของโอห์มช่วยให้คุณคาดการณ์ได้ว่าตัวต้านทานแต่ละตัวจะได้รับแรงดันไฟฟ้าเท่าใดในตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของคุณ

กฎของเคอร์ชอฟฟ์

กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์ช่วยให้คุณเห็นวิธีการแบ่งแรงดันไฟฟ้าในวงจร กฎนี้ระบุว่าแรงดันไฟฟ้ารวมรอบวงปิดมีค่าเท่ากับศูนย์ หากคุณรวมแรงดันตกคร่อมทั้งหมดในวงจรอนุกรม แรงดันตกคร่อมจะเท่ากับแรงดันขาเข้า คุณสามารถใช้กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์เพื่อตรวจสอบงานของคุณเมื่อสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น หากคุณมีตัวต้านทานสองตัวในวงจรและมีแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ผลรวมของแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า วิธีนี้จะช่วยให้คุณมั่นใจว่าสมการตัวหารแรงดันไฟฟ้าของคุณถูกต้อง

สมการสำคัญ

คุณต้องใช้สมการที่ถูกต้องเพื่อหาแรงดันเอาต์พุตในตัวแบ่งแรงดัน สมการหลักของตัวแบ่งแรงดันแบบตัวต้านทานสองตัวอย่างง่ายมีดังนี้:

Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))

• Vin คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

• Vout คือแรงดันไฟฟ้าขาออก

• R1 คือตัวต้านทานตัวแรก

• R2 คือตัวต้านทานตัวที่สอง

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนแรงดันตกคร่อมขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานอย่างไร คุณสามารถเปลี่ยนค่าเอาต์พุตได้โดยการเลือกค่าความต้านทานที่แตกต่างกัน หากคุณต้องการหาค่ากระแสในวงจร ให้ใช้สมการนี้:

I = Vin / (R1 + R2)

คุณสามารถใช้สมการเหล่านี้เพื่อออกแบบวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าของคุณเองได้

สัญลักษณ์	ความหมาย
Vin	แรงดันไฟฟ้าอินพุต
vout	แรงดันขาออก
R1	ตัวต้านทานตัวแรก
R2	ตัวต้านทานตัวที่สอง
I	ปัจจุบัน

การคำนวณตัวอย่าง

มาลองทำโจทย์ตัวอย่างกัน คุณต้องการแรงดันเอาต์พุต 3 โวลต์ จากแรงดันอินพุต 5 โวลต์ คุณใช้ตัวต้านทานสองตัวในวงจร R1 มีค่า 2 kΩ และ R2 มีค่า 3 kΩ

1. เขียนสมการตัวหารแรงดันไฟฟ้า:

   Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))
   

2. เสียบค่าเข้าไป:

   Vout = 5 × (3 / (2 + 3))
   Vout = 5 × (3 / 5)
   Vout = 5 × 0.6
   Vout = 3 volts
   

คุณจะได้แรงดันเอาต์พุต 3 โวลต์ อัตราส่วนแรงดันตกคร่อม R1 และ R2 อยู่ที่ 2:3 แรงดันตกคร่อม R1 เท่ากับ 2 โวลต์ แรงดันตกคร่อม R2 เท่ากับ 3 โวลต์ แรงดันตกคร่อมรวมเท่ากับแรงดันอินพุต

คุณยังสามารถหาค่ากระแสในวงจรได้:

I = Vin / (R1 + R2)
I = 5 / (2 + 3)
I = 5 / 5
I = 1 mA

เคล็ดลับ: ตรวจสอบเสมอว่าผลรวมของแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวเท่ากับแรงดันขาเข้า วิธีนี้จะช่วยให้วงจรของคุณปลอดภัยและทำงานได้

คุณสามารถใช้สมการเหล่านี้เพื่อออกแบบวงจรแบ่งแรงดันสำหรับเซ็นเซอร์ LED หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ลองเปลี่ยนค่าตัวต้านทานเพื่อดูว่าแรงดันเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร คุณจะเห็นว่าอัตราส่วนแรงดันตกคร่อมส่งผลต่อแรงดันเอาต์พุตอย่างไร

การใช้งานจริงของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

10% กฎ

เมื่อทำงานกับวงจรแบ่งแรงดัน คุณต้องคำนึงถึงกฎ 10% กฎนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการออกแบบวงจร ของคุณ จะให้แรงดันไฟที่คุณต้องการ กฎ 10% กล่าวว่า โหลดที่เชื่อมต่อกับวงจรแบ่งแรงดันควรดึงกระแสน้อยกว่า 10% ของกระแสที่ไหลผ่านวงจรแบ่งแรงดัน หากคุณปฏิบัติตามกฎนี้ คุณจะรักษาแรงดันไฟขาออกให้คงที่ และหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟอย่างมากเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์

เคล็ดลับ: ตรวจสอบอัตราส่วนกระแสระหว่างโหลดและตัวแบ่งเสมอ วิธีนี้จะช่วยให้แรงดันไฟฟ้าของคุณแม่นยำ

โหลดเอฟเฟกต์

ปรากฏการณ์โหลดเกิดขึ้นเมื่อคุณเชื่อมต่ออุปกรณ์เข้ากับวงจรแบ่งแรงดัน อุปกรณ์นั้นจะทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทานอีกตัวในวงจร ตัวต้านทานพิเศษนี้จะเปลี่ยนค่าความต้านทานรวมและอัตราส่วนแรงดัน หากโหลดดึงกระแสมากเกินไป แรงดันเอาต์พุตจะลดลง คุณจะพบปัญหานี้ในโครงการออกแบบวงจรหลายๆ โครงการ เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์โหลด คุณต้องเลือกค่าตัวต้านทานที่ทำให้แรงดันใกล้เคียงกับค่าเป้าหมายของคุณ

นี่คือตารางสั้นๆ เพื่อแสดงให้เห็นว่าเอฟเฟกต์การโหลดเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตอย่างไร:

ความต้านทานโหลด	แรงดันเอาท์พุท	การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วน
จุดสูง	มั่นคงมั่นคง	เล็ก
ต่ำ	หยด	ใหญ่

ตัวอย่างการออกแบบ

มาดูตัวอย่างการออกแบบที่ใช้กฎ 10% กัน คุณต้องการแรงดันไฟฟ้า 5 โวลต์จากแหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์สำหรับเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์ของคุณต้องการกระแส 1 มิลลิแอมป์ คุณเริ่มต้นการออกแบบวงจรโดยการเลือกกระแสสำหรับตัวแบ่ง หากคุณต้องการให้กระแสของตัวแบ่งมีอย่างน้อย 10 มิลลิแอมป์ อัตราส่วนของกระแสโหลดต่อกระแสตัวแบ่งคือ 1:10 คุณใช้สมการตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อหาค่าตัวต้านทาน คุณตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าโดยเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ของคุณ หากแรงดันไฟฟ้ายังคงใกล้เคียง 5 โวลต์ แสดงว่าการออกแบบของคุณใช้ได้ หากไม่เป็นเช่นนั้น คุณปรับค่าตัวต้านทานและทำซ้ำขั้นตอนนี้

จำไว้ว่า: การออกแบบวงจรที่ดีจะต้องตรวจสอบเอฟเฟกต์การโหลดเสมอ และใช้อัตราส่วนที่เหมาะสมเพื่อให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพ

คุณจะเห็นการใช้งานจริงของวงจรแบ่งแรงดันในวงจรเซ็นเซอร์ การควบคุมเสียง และอินพุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ เมื่อคุณปฏิบัติตามกฎ 10% คุณจะทำให้วงจรแบ่งแรงดันของคุณมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น คุณใช้สัดส่วนและขั้นตอนการออกแบบที่เหมาะสมเพื่อรักษาระดับแรงดันให้คงที่ในโครงการจริง

ความซับซ้อนของวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า

บันไดแรงดันไฟฟ้า

คุณสามารถสร้างบันไดแรงดันไฟฟ้าได้โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานหลายตัวเรียงกัน โครงสร้างนี้มีลักษณะคล้ายขั้นบันได ตัวต้านทานแต่ละตัวทำหน้าที่เป็นบันได คุณเชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของบันไดเข้ากับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า และปลายอีกด้านหนึ่งเข้ากับกราวด์ แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเล็กน้อยในแต่ละขั้น การติดตั้งนี้ช่วยให้คุณได้รับระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันมากมายจากแหล่งจ่ายเดียว

วงจรบันไดแรงดันไม่ได้ให้แค่แรงดันสองค่าเท่านั้น คุณสามารถต่อวงจรได้ที่แต่ละจุดระหว่างตัวต้านทาน แต่ละจุดต่อจะให้แรงดันที่แตกต่างกัน ทำให้วงจรบันไดแรงดันมีประโยชน์ในหลายๆ โครงการ คุณมักจะเห็นวงจรนี้ในตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลหรือวงจรเซ็นเซอร์ความเสถียรของแต่ละขั้นแรงดันขึ้นอยู่กับค่าตัวต้านทานที่คุณเลือก

เคล็ดลับ: ใช้ตัวต้านทานค่าเท่ากันสำหรับขั้นตอนแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากันในบันไดของคุณ

การคำนวณโหนด

คุณสามารถหาแรงดันไฟฟ้าที่แต่ละโหนดในบันไดแรงดันไฟฟ้าได้โดยใช้คณิตศาสตร์ง่ายๆ เริ่มต้นด้วยการนับจำนวนตัวต้านทานทั้งหมด หากคุณใช้ตัวต้านทานค่าเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างสม่ำเสมอที่แต่ละโหนด ตัวอย่างเช่น หากคุณมีตัวต้านทานสี่ตัวและแหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์ แต่ละขั้นจะลดลง 3 โวลต์

นี่คือวิธีที่รวดเร็วในการคำนวณแรงดันไฟฟ้าโหนด:

1. นับจำนวนตัวต้านทานทั้งหมด (N)

2. หารแรงดันไฟฟ้ารวมด้วย N เพื่อหาแรงดันตกต่อตัวต้านทาน

3. คูณการลดลงด้วยจำนวนขั้นตอนจากพื้นดินไปยังโหนดของคุณ

นี่คือตารางบันไดสี่ขั้นที่มีแหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์:

โหนด	แรงดัน (V)
0	0
1	3
2	6
3	9
4	12

คุณสามารถใช้วิธีนี้กับวงจรแบ่งแรงดันแบบใดก็ได้ วิธีนี้ช่วยให้คุณออกแบบวงจรที่มีระดับแรงดันคงที่ในแต่ละจุด ความซับซ้อนของวงจรแบ่งแรงดันจะชัดเจนขึ้นเมื่อคุณเห็นว่าแต่ละขั้นมีผลต่อความเสถียรและเอาต์พุตของวงจรอย่างไร

คุณได้เรียนรู้แล้วว่าวงจรแบ่งแรงดันสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันอย่างไร คุณยังได้เรียนรู้การใช้คณิตศาสตร์เพื่อหาแรงดันและกระแสไฟฟ้า การเลือกค่าตัวต้านทานที่ถูกต้องจะช่วยให้แรงดันคงที่ ซึ่งจะทำให้วงจรของคุณทำงานได้ดีขึ้น ลองสร้างวงจรแบ่งแรงดันหรือบันไดแรงดันของคุณเองดูสิ

• ใช้ค่าตัวต้านทานที่แตกต่างกันเพื่อดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น

• ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่แต่ละจุดในวงจรของคุณ

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติม ลองใช้เครื่องจำลองวงจรออนไลน์หรือชุดปฏิบัติจริง

คำถามที่พบบ่อย

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคืออะไร และทำไมจึงใช้มัน?

วงจรแบ่งแรงดันจะแบ่งแรงดันออกเป็นส่วนย่อยๆ ใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ต้องการแรงดันไฟน้อยเช่น ช่วยให้คุณสร้างแรงดันไฟที่แตกต่างกันสำหรับเซ็นเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์

คุณเลือกค่าตัวต้านทานสำหรับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

เลือกค่าตัวต้านทานเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ใช้สมการตัวหารแรงดันไฟฟ้าเพื่อช่วยคุณ ลองใช้ตัวต้านทานหลายคู่จนกว่าจะได้แรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง วิธีนี้จะช่วยให้คุณตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าสำหรับโครงการของคุณได้

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสามารถจ่ายไฟให้กับโหลดหนักได้หรือไม่?

ห้ามใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟสำหรับโหลดที่มีน้ำหนักมาก แรงดันไฟขาออกจะลดลงหากโหลดใช้กระแสไฟฟ้ามากเกินไป โปรดตรวจสอบโหลดและปฏิบัติตามกฎ 10% เสมอ วิธีนี้จะช่วยให้ตัวแบ่งแรงดันไฟของคุณทำงานได้ดี

เหตุใดเอาต์พุตจึงเปลี่ยนแปลงเมื่อคุณเชื่อมต่ออุปกรณ์กับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า?

การเชื่อมต่ออุปกรณ์จะเพิ่มตัวต้านทานอีกตัวเข้าไปในวงจร ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานรวมและแรงดันเอาต์พุต อัตราส่วนแรงดันตกคร่อมจะช่วยให้คุณคาดเดาสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับโหลดที่แตกต่างกัน

คุณเห็นวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าในชีวิตจริงได้ที่ไหน

คุณจะเห็นวงจรแบ่งแรงดันในวงจรเซ็นเซอร์และวงจรควบคุมเสียง นอกจากนี้ยังพบได้ในอินพุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ วงจรเหล่านี้ช่วยให้คุณได้แรงดันไฟที่เหมาะสมสำหรับแต่ละส่วน คุณใช้ตัวแบ่งแรงดันในโครงการอิเล็กทรอนิกส์มากมาย