Voltage Divider Calculator: คำนวณ Vout วงจรแบบมี load และแก้ค่า R2 ย้อนกลับด้วยค่า E24

voltage divider คือวงจรแรกที่มือใหม่ทุกคนต้องเจอ มีตัวต้านทานแค่สองตัวกับสัญญาสัญหนึ่งว่า บรรทัดเดียวของสูตรคณิตศาสตร์จะเปลี่ยนแรงดันใดก็ได้ไปเป็นแรงดันที่ต้องการ แต่มันก็เป็นวงจรแรกที่เริ่มกำเริบทันทีที่ต้องจ่าย load จริง พอขอให้มันจ่ายไฟอะไรสักอย่าง เอาต์พุตตามตำราอันเรียบร้อยก็พังทันที ราง 6 V ที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถันกลับวัดได้แค่ 4 V บนมัลติมิเตอร์

เครื่องมือ voltage divider calculator ฟรี จัดการคณิตนี้ให้ทั้งสองทิศทาง โหมด forward คำนวณ Vout จาก Vin, R1 และ R2 พร้อมกระแสและกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานแต่ละตัว โมเดล loaded divider เพิ่ม RL ขนานกับ R2 ให้เห็นเอาต์พุตจริงก่อนบัดกรี ส่วนโหมด reverse แก้ย้อนกลับจากแรงดันเป้าหมายหาค่า R2 พร้อมปัดเป็นค่ามาตรฐาน E24 ที่หาซื้อได้จริง ทุกอย่างทำงานแบบ client-side 100% อัปเดตทันทีที่พิมพ์

ทำไมต้องใช้ Voltage Divider Calculator?

• คิดได้สองทิศทางในเครื่องมือเดียว: คำนวณ Vout จากค่าชิ้นส่วนที่มี หรือเริ่มจากแรงดันเป้าหมายแล้วแก้หา R2 ซึ่งเป็นจุดเริ่มของงานออกแบบจริงส่วนใหญ่
• จำลอง loaded divider ได้: ต่อ RL ขนานกับ R2 แล้วดูเอาต์พุตหดลงต่อหน้า เพื่อให้ "6 V" ไม่กลายเป็น 4 V อุบัติเหตุบนโต๊ะงาน
• อ่านค่ากระแสและกำลังไฟฟ้าได้: เห็นกำลังงานที่ตัวต้านทานแต่ละตัวกระจาย ไม่มีตัวไหนถูกเผาเงียบ ๆ ทั้งที่รับแค่ 0.25 W
• แก้ย้อนกลับแบบรู้เรื่อง E24: สูตรในอุดมคติได้ 7.14 kΩ เครื่องมือปัดเป็น 6.8 kΩ ที่หาซื้อได้ และบอกค่าที่จะวัดได้จริงมาให้ด้วย
• ไวและเป็นส่วนตัว: คำนวณทั้งหมดบนเบราว์เซอร์แบบสด ๆ ไม่มีการอัปโหลดหรือติดตามข้อมูล

ฟีเจอร์หลัก

• สลับโหมดได้ทันที เทียบดีไซน์ตามตำรากับพฤติกรรมตอนมี load ได้ในไม่กี่วินาที
• ค่ากำลังงานรายตัวต้านทานช่วยตรวจเรตติ้งวัตต์ก่อนสั่งซื้อชิ้นส่วนได้อีกชั้นหนึ่ง

วิธีใช้งาน

1. คำนวณแบบ forward ก่อน กรอก Vin, R1 และ R2 เช่น 12 V, 10 kΩ, 10 kΩ แล้วอ่าน Vout กระแสของ divider และกำลังงานรายตัวได้ทันที
2. อ่านตัวเลขประกอบ นอกจากเอาต์พุต 6.00 V ให้สังเกตกระแส 0.6 mA และกำลังงาน 3.6 mW ต่อตัว ที่ยืนยันว่า divider ใช้รับรู้ค่า ไม่ใช่จ่ายไฟ
3. จำลอง load ใส่ค่า RL แล้วดูเอาต์พุต ถ้าโหลด 10 kΩ ต่อเข้าไปกับ divider นี้ แรงดันจะหายจาก 6.00 V เหลือ 4.00 V
4. แก้ย้อนกลับหาค่า R2 สลับไปโหมด reverse ใส่ Vout เป้าหมาย เครื่องมือจะหาค่าความต้านทานที่ต้องใช้พร้อมปัดเป็นค่า E24 ที่ใกล้ที่สุด
5. ตรวจผลจริงแล้วลงมือต่อ เป้าหมาย 5 V จากราง 12 V โดยมี R1 = 10 kΩ จะไปเจอ 6.8 kΩ ให้เอาต์พุตจริง 4.86 V ตัดสินใจได้ว่าใกล้พอหรือไม่

สูตรคำนวณและกับดักที่ต้องระวังเมื่อมี load

สูตรพื้นฐาน

วงจร divider ที่ไม่มี load คือตัวต้านทานสองตัวอนุกรมกันคั่นแหล่งจ่าย โดยดึงเอาต์พุตที่จุดบรรจบ:

Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

เอาต์พุตก็คือสัดส่วนของความต้านทานรวมที่ R2 แทนอยู่ ถ้า Vin = 12 V และ R1 = R2 = 10 kΩ จะได้ Vout = 6.00 V พอเพิ่ม R2 เป็น 22 kΩ ค่าก็ไต่ขึ้นเป็น 8.25 V

กระแสและกำลังไฟฟ้าในตัวต้านทานแต่ละตัว

กระแสไหลผ่านตัวต้านทานทั้งสองเท่ากัน:

I = Vin / (R1 + R2)

ในตัวอย่าง 12 V กับ 20 kΩ กระแสคือ 0.6 mA ตัวต้านทานแต่ละตัวจึงกระจายกำลัง P = I² × R เพียง 3.6 mW เบากว่าเรตติ้ง 0.25 W ของตัวธรรมดาอยู่ห่างเหมือนฟ้ากับเหว

กับดักของ divider เมื่อมี load

พอต่อ load RL เข้าไป มันจะขนานกับ R2 ทำให้ความต้านทานด้านล่างที่มีผลจริงกลายเป็น (R2 × RL) / (R2 + RL) ซึ่งเล็กกว่า R2 เสมอ ด้านล่างเล็กลงเอาต์พุตก็หดตาม

ตัวเลขจริงทำให้เห็นความเสียหายชัด ต่อ load 10 kΩ เข้ากับ divider 12 V, 10 kΩ, 10 kΩ ตัว ค่าขนานจะเหลือ 5 kΩ นั่นคือ Vout = 12 × 5/15 = 4.00 V หายไปหนึ่งในสามจาก load ที่ "ไม่น่า" มีผล อินพุตไมโครคอนโทรลเลอร์ที่กินไมโกแอมป์แทบไม่ขยับค่า แต่คอยล์รีเลย์หรือ LED ล่ะก็ขยับแน่ การใส่ RL ไว้ตั้งแต่แรกเปลี่ยนกับดักคลาสสิกนี้เป็นการตรวจห้าวินาที

แก้หาค่า R2 ย้อนกลับด้วยค่า E24

งานออกแบบส่วนใหญ่เริ่มจากสเปก ไม่ใช่ชิ้นส่วนในลิ้นชัก จัดรูปสูตรใหม่จะได้ค่าความต้านทานที่ต้องใช้:

R2 = R1 × Vout / (Vin - Vout)

ถ้าต้องการ 5 V จากราง 12 V โดยมี R1 = 10 kΩ คณิตในอุดมคติบอกว่า 10 × 5/7 = 7.14 kΩ ค่าที่ไม่มีร้านไหนมีขาย ตัวแก้ย้อนกลับจะปัดไปค่า E24 ที่ใกล้ที่สุดคือ 6.8 kΩ แล้วคำนวณเอาต์พุตจริงใหม่: 12 × 6.8/16.8 = 4.86 V รู้ตั้งแต่ต้นว่าค่านี้ใกล้พอหรือควรเติม trimmer เพิ่ม

divider หรือ regulator?

divider ไว้รับรู้ค่า regulator ไว้จ่ายไฟ ใช้ divider เมื่อกระแส load น้อยจนเฉยเมย — ปรับสเกลสัญญาณเซนเซอร์ bias ทรานซิสเตอร์ หรือเลี้ยงอินพุต ADC แต่ทันทีที่วงจรต้องจ่ายกระแสจริงที่แรงดันคงที่ ต้องใช้ LDO หรือ switching regulator เพราะทุกมิลลิแอมป์ที่ load ดึงไปจะลากเอาต์พุตหายลงเรื่อย ๆ

ตัวอย่างการใช้งานจริง

ปรับสเกลแรงดันเซนเซอร์

เซนเซอร์ 5 V ที่จะเข้า ADC 3.3 V ต้องลดสเกลก่อน ผ่าน divider 10 kΩ กับ 15 kΩ สัญญาณจะมานั่งที่ 3.0 V อยู่ในช่วงปลอดภัยพร้อม source impedance ที่เหมาะสม ตรวจสเกลแฟกเตอร์ให้เรียบร้อยก่อนตัดสายเส้นแรก

การต่อ potentiometer

potentiometer ก็คือ voltage divider ที่ปรับค่าได้ด้วยมือ ขาปลายต่อเข้าเลี้ยงกับกราวด์ ขา wiper คือ Vout มุมมองนี้อธิบายว่าทำไม pot 10 kΩ เลี้ยงหูฟังได้แย่ แต่ทำหน้าที่ปรับเสียงเข้าอินพุต impedance สูงได้เพราะเป๊ะ — นั่นคือคณิต loaded divider ที่สวมปุ่มหมุนมาให้

เครือข่าย bias

สเตจขยายสัญญาณทรานซิสเตอร์ใช้ divider bias ตรึงเบสไว้ที่จุดทำงานที่ออกแบบไว้ โดยตั้งกระแส divider ไว้ราวสิบเท่าของกระแสเบสเพื่อความนิ่ง ซึ่งเช็กง่าย ๆ ด้วยค่ากระแสที่เครื่องมือรายงาน

บทเรียนเรื่อง level shift

การใช้ divider ลดสัญญาณลอจิก 5 V ลงเป็น 3.3 V ใช้ได้จริงกับสัญญาณช้าที่ไปทางเดียว การลองเดินตัวเลขจะเห็นขอบเขตชัด: output impedance สูงขึ้น ขอบสัญญาณช้าลง และบัสความเร็วสูงเริ่มมีปัญหา — นั่นคือเหตุผลที่ level shifter ของแท้ต้องมีอยู่

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด

• ตั้งกระแส divider ไว้ราวสิบเท่าของกระแส load อัตราส่วนนี้ทำให้เอาต์พุตอยู่ใกล้ค่านอมินัลแม้ load แปรผัน
• อย่าเลี้ยง load ด้วย divider ใช้มันรับรู้และอ้างอิงค่า ส่วนอะไรที่กินกระแสจริงให้ไปหา regulator
• เผื่อ tolerance ของตัวต้านทานไว้เสมอ ตัว 5 เปอร์เซ็นต์สองตัวในสถานการณ์แย่สุดทำให้เอาต์พุตนอมินัล 6.00 V วัดได้ตั้งแต่ 5.56 V ถึง 6.30 V ก่อนมี load ด้วยซ้ำ
• ดู input impedance ของตัวที่มาอ่าน Vout อุปกรณ์อ่านค่าก็คือ load หนึ่ง ความต้านทานของมันควรใส่ในช่อง RL ไม่ใช่เขียนไว้ในเชิงอรรถ
• จับตาค่ากำลังงานเวลาลดค่าความต้านทาน divider ที่แข็งขึ้นแลกด้วยความร้อน ให้ค่ากำลังงานอยู่ต่ำกว่าเรตติ้งของแต่ละตัวอย่างดี
• เชื่อค่าจริงหลังปัด E24 ไม่ใช่เป้าหมายในอุดมคติ ของจริงบนโต๊ะวัดค่าที่ปัดแล้ว การออกแบบก็ควรยึดค่านั้น

เริ่มออกแบบ voltage divider อย่างมั่นใจ

ตัวต้านทานสองตัวดูเรียบง่าย จนกระทั่ง load เดินเข้ามาแล้วสูตรกับมัลติมิเตอร์เลิกเห็นพร้อมหน้ากัน เปิด voltage divider calculator ใส่แหล่งจ่ายกับชิ้นส่วนของคุณ จำลอง load แล้วให้การปัดค่า E24 ส่งมอบดีไซน์ที่ซื้อของมาต่อได้จริงพร้อมตัวเลขเอาต์พุตที่ซื่อสัตย์

เครื่องมือที่เกี่ยวข้องที่คุณอาจสนใจ:

• LED Resistor Calculator — หาค่าตัวต้านทานจำกัดกระแสให้งาน LED ของคุณ
• Ohm's Law Calculator — ตรวจสอบแรงดัน กระแส และกำลังไฟฟ้าทุกจุดในวงจร
• 555 Timer Calculator — เปลี่ยนความถี่เป้าหมายเป็นวงจร astable และ monostable ด้วยค่า E24 ที่หาซื้อได้

ขอให้สนุกกับการต่อวงจรครับ

คำถามที่พบบ่อย

ถ: voltage divider ใช้ทำอะไรได้บ้าง?

ตอบ: มันสร้างแรงดันเป็นสัดส่วนที่รู้ค่าของแรงดันอินพุต สำหรับงานรับรู้และอ้างอิง เช่น ปรับสัญญาณเซนเซอร์ให้อยู่ในช่วง ADC bias เบสทรานซิสเตอร์ หรือสร้างแรงดันอ้างอิง แต่ไม่ใช่แหล่งจ่ายไฟ เพราะกระแส load จะดึงเอาต์พุตหายลงเสมอ

ถ: ทำไมเอาต์พุตของ divider ถึงหดลงเมื่อต่อ load?

ตอบ: เพราะ load ขนานอยู่กับ R2 ทำให้ความต้านทานด้านล่างที่มีผลจริงเล็กลง ในวงจร 12 V ที่ใช้ 10 kΩ กับ 10 kΩ เมื่อต่อ load 10 kΩ ด้านล่างจะเหลือ 5 kΩ เอาต์พุตจึงหายจาก 6.00 V เหลือ 4.00 V โมเดล loaded divider ในเครื่องมือจะโชว์เรื่องนี้ให้ก่อนลงมือต่อ

ถ: ค่า E24 คืออะไร แล้วทำไมเครื่องมือถึงปัดไปที่ค่าเหล่านี้?

ตอบ: E24 คือซีรีส์ค่ามาตรฐานที่นิยมใช้ นั่นคือเลข 10, 12, 15, 22, 33, 47, 68 ที่ซ้ำกันในทุกเลขขั้น ร้านชิ้นส่วนทุกแห่งมีขายทั่วไป เครื่องมือจึงปัดค่าไปที่ซีรีส์นี้แล้วคำนวณเอาต์พุตจริงจากค่าที่ปัดกลับมาให้ด้วย

ถ: เครื่องมือส่งค่าที่กรอกไปไหนหรือเปล่า?

ตอบ: ไม่ การคำนวณทั้งหมดทำงานแบบ client-side ในเบราว์เซอร์ของคุณ ไม่มีการอัปโหลดหรือจัดเก็บข้อมูลใด ๆ และยังใช้งานแบบออฟไลน์ได้หลังโหลดหน้าเว็บแล้ว