Máy tính chia áp

Hai điện trở nối tiếp chia điện áp đầu vào theo tỷ lệ. Đầu ra tại điểm nối: Vout = Vin × R2 ÷ (R1 + R2). Dòng tải rút ra từ vòi làm giảm Vout - công thức này giả định dòng tải không đáng kể.

Bộ chia đặt điện áp tham chiếu, cảm biến tỷ lệ và bóng bán dẫn phân cực. Để đầu ra ổn định khi có tải, hãy sử dụng bộ khuếch đại thuật toán đệm hoặc điện trở có kích thước đủ nhỏ để dòng điện tải không đáng kể (xem công suất tiêu tán).

Ví dụ: Đầu vào 5 V, R1 = 10 kΩ, R2 = 10 kΩ → Vout = 2,5 V. Dòng điện qua bộ chia = 5 V 20 kΩ = 0,25 mA.

Các điện trở bằng nhau cung cấp một nửa nguồn cung cấp ở điểm giữa - tham chiếu 2,5 V cổ điển từ logic 5 V. Các giá trị không bằng nhau có tỷ lệ từ gần 0 V đến gần Vin tùy thuộc vào tỷ lệ R1:R2.

Công suất tiêu tán trên mỗi điện trở là I2R. Điện trở có giá trị cao giảm thiểu dòng điện nhưng trở nên nhạy cảm với tiếng ồn; giá trị thấp ổn định điện áp khi tải nhẹ nhưng gây lãng phí điện năng — hãy chọn giải pháp thỏa hiệp cho cảm biến chạy bằng pin.

Ví dụ hoạt động với giá trị mặc định: Vin = 5 V, R1 = R2 = 10 kΩ → Vout = 2,5 V, dòng chia 0,25 mA. Nếu tải lấy dòng điện đáng kể từ Vout, điện áp đo được sẽ ở mức dưới 2,5 V trừ khi được đệm.

Tỷ lệ ADC ánh xạ đầu ra cảm biến 0–5 V vào phạm vi vi điều khiển 3,3 V bằng cách sử dụng các bộ chia không bằng nhau. Nếu Vin = 5 V và bạn cần Vout ≈ 3,3 V, tỷ lệ R2/(R1+R2) = 0,66 - giải R1 và R2 từ các giá trị E24 tiêu chuẩn, sau đó xác minh dòng điện chia vẫn ở mức thấp. Các bộ chia không bằng nhau chia tỷ lệ cảm biến 0–5 V thành phạm vi ADC 3,3 V — chọn cặp E24 gần R2/(R1+R2) ≈ 0,66 trước khi bố trí.

Tương đương Thevenin tại vòi là R1∥R2 song song. Tải 10 kΩ trên bộ chia 10 kΩ∥10 kΩ (5 kΩ Thevenin) kéo Vout xuống dưới 2,5 V một cách đáng kể — hoặc là bộ đệm có op-amp hoặc kích thước R1/R2 ở mức thấp hơn tải dự kiến. Tải 10 kΩ trên vòi 5 kΩ Thevenin làm chùng Vout — bộ đệm có op-amp khi tải dòng chia hiện tại của đối thủ.

Thay đổi R1 từ 10 kΩ thành 20 kΩ trong khi R2 giữ nguyên 10 kΩ giảm Vout từ 2,5 V xuống 5 × 10/(20+10) ≈ 1,67 V. Dung sai điện trở nhỏ (±1%) sẽ dịch chuyển vòi ra hàng chục mV — rất quan trọng khi cấp nguồn cho ADC 10 bit kéo dài 3,3 V trên nguồn 5 V mặc định.