电阻分压计算
两只电阻把电压按比例分下来,算出分压点的电压、电流和功耗,也提醒后级负载会把电压拉低多少。
阻值支持 10k、4k7、470 这类写法,不写单位默认是欧。
公式是 Vout = Vin × R2 ÷ (R1 + R2),输出电压从 R2 两端取。上电之前把 R1 和 R2 搞反是最常见的错误,接反了输出电压会变成 Vin 减掉目标值。
结果
6 V
输出电压是输入的 50%,分压点对地的输出阻抗是两只电阻的并联值(5 kΩ)。后级负载的输入阻抗要是远大于这个值才会接近上面算出来的电压,否则会把分压点拉低。
后级负载会拉低多少
分压点相当于一个内阻等于输出阻抗(5 kΩ)的电压源。负载的输入阻抗越小,拉低得越明显,下面是按不同负载阻抗估的偏差。
| 负载输入阻抗 | 分压点电压 | 与空载相比 |
|---|---|---|
| 50 kΩ | 5.4545 V | -9.09% |
| 500 kΩ | 5.9406 V | -0.99% |
| 5 MΩ | 5.994 V | -0.0999% |
负载阻抗是输出阻抗的一百倍时偏差约 1%,十倍时约 9%。但按这个比例反推还会低估,因为很多芯片的输入阻抗是直流的,采样瞬间还会额外抽走电荷,实际要按采样保持的要求留更多余量。
分压电路的常见坑
分压最大的坑是后级负载把电压拉低。公式算的是空载电压,后级只要吸取电流,分压点就会往下掉。掉多少取决于负载阻抗和分压点输出阻抗(两只电阻的并联值)的比值。想让误差控制在 1% 以内,负载阻抗至少要高于输出阻抗一百倍,否则要么换更小的电阻,要么加一级运放跟随。
接 ADC 采样要注意采样电容。很多单片机 ADC 采样时会瞬间从分压点抽取电流给内部采样电容充电。电阻取得太大,采样期间电压还没恢复就被读走了,读数会偏低。常用的折中是让分压点输出阻抗控制在几十千欧以内,并在分压点并一只小电容做电荷缓冲。
阻值越小越稳但越费电。小阻值分压抗干扰能力强、受负载影响小,代价是一直有电流流过、持续耗电,电池设备里这一点很致命。大阻值省电但容易被噪声和负载影响。这就是为什么分压电阻的取值总在「稳」和「省」之间权衡。
别忘了算电阻的功率。分压电阻长期通电,功率要按 I²R 逐只核算。高压场合比如把 300V 分压到几伏,流过毫安级电流时电阻上就可能耗掉零点几瓦,普通 1/4 瓦的电阻会明显发热甚至烧掉,这时要选 1 瓦以上的功率电阻或者改用更高阻值。
精度要按比值看。分压比只取决于两只电阻的比值。两只电阻如果同批次、同温度系数,误差中的共模部分会互相抵消,比「各自 1% 精度」听起来要好。要求高时可以选同一封装的排阻,两只的一致性更好。