直流電路分析:歐姆與克希荷夫定律

分壓器

分壓器是兩個電阻串聯跨在一個電壓上,並從它們之間的接點拉出一條線。它給你輸入電壓的某個指定比例。想像一把斜靠牆的梯子:頂端是完整的電源,底端是接地,而接點是你抓住的中途一階,讓你只爬到通往頂端的部分高度。它大概是整個電子學中最常見的小子電路。

輸出是 Vout = Vin times R2 / (R1 + R2),其中 R2 是下方那顆電阻,也就是介於分壓點與接地之間的那一顆。這個比例就是下方電阻佔總值的份額。例如上方 10 kohm、下方 5 kohm 跨在 9 V 上,得到 Vout = 9 times 5 / (10 + 5) = 3 V。兩個相等的電阻給出剛好一半的輸入。把兩顆電阻對調就改變你分到的比例,所以分壓器只要選好比值就很容易調整。

設計者每天都會用到分壓器:設定電晶體的偏壓點、做一個參考電壓、或把過大的訊號縮小到類比數位轉換器讀得到的範圍。但這裡有個關鍵的誠實之處。那條漂亮公式假設沒有任何東西從分壓點抽電流。接上真實負載,它就會把分壓點電壓拉下來,這叫做負載效應。解法是讓分壓器自身的電流遠大於負載電流,或在分壓器後面接一個緩衝器。

想從 5 V 電源軌做出 3.3 V 參考,取上方 R1 = 1 kohm、下方 R2 = 1.8 kohm:Vout = 5 times 1800 / (1000 + 1800) = 3.21 V,夠接近了,但前提是後級幾乎不抽電流。

下方電阻佔總值的份額決定分壓點電壓,前提是分壓點負載很輕。

簡單的分壓公式只在負載抽取的電流可忽略時成立。接上真實負載輸出就會下垂;把分壓器電流設得遠高於負載電流,或加一個緩衝器。

又稱
potential divider分壓電路