電圧分圧計算機

抵抗分圧回路の出力電圧、電流、消費電力を計算します。

入力電圧と 2 つの抵抗値を入力すると、出力電圧、回路電流、各抵抗の消費電力を求められます。

電圧分圧計算機
抵抗分圧回路の出力電圧、電流、消費電力を計算します。

電圧分圧計算機について

電圧分圧器は、電子回路の中でも最も基本的な回路の 1 つです。電源と GND の間に 2 つの抵抗を直列接続し、その中間点から出力電圧を取り出します。入力電圧を抵抗値に比例したより小さな電圧へ分ける回路で、オームの法則と直列抵抗のルールに従います。 基本式は Vout = Vin × R2 / (R1 + R2) です。この式は 2 行で導けます。直列回路を流れる全電流はオームの法則より I = Vin / (R1 + R2)、R2 にかかる電圧は I × R2 です。これを代入すると分圧式になります。R2 は分子と分母の両方に現れるため、正の抵抗である限り出力電圧は必ず入力電圧より低くなります。抵抗値が等しければ電源電圧のちょうど半分になり、異なる値なら比率に応じて出力が変わります。 電圧分圧器は電子回路全般で使われます。センサー接続では、R1 = 2.2 kΩ、R2 = 3.3 kΩ を選ぶことで、0–5 V のセンサー出力をマイコン ADC に適した 0–3.3 V に変換できます。トランジスタのバイアス回路では、分圧器がバイポーラ接合トランジスタのベース電圧と静止動作点を決めます。オーディオ機器では、可変抵抗器は連続的に調整できる分圧器として音量を制御します。デジタル論理のレベル変換でも、2 本の抵抗で 5 V ロジック出力を受信側の 3.3 V 閾値に合わせることがあります。 消費電力は重要な設計要素です。各抵抗の損失は P = I² × R [W] で、合計損失は Vin² / (R1 + R2) になります。低い抵抗値を選ぶと負荷電流の影響を受けにくくなりますが、消費電力は増えます。計算した損失が抵抗の定格電力を十分に下回ることを必ず確認してください。一般的な安全基準としては少なくとも 50 % のディレーティングを行い、250 mW の抵抗なら連続使用で 125 mW を超えないようにします。 無負荷の分圧式は、理想電圧源と理想抵抗に対して正確です。実際には、R2 に接続された負荷は並列になって有効抵抗を下げ、Vout を無負荷時より低くします。正確に負荷条件を扱うには、負荷抵抗を R2 の少なくとも 10 倍にするか、並列合成を設計に反映してください。

電圧分圧の例

公式が実際にどう働くかを示す、3 つの実用例です。

Vin / R1 / R2Vout注記
10 V, R1 = 1 kΩ, R2 = 1 kΩ5 V抵抗が等しいと、入力電圧のちょうど半分になります。電流 = 5 mA、合計電力 = 50 mW。
5 V, R1 = 2.2 kΩ, R2 = 3.3 kΩ3 V5 V センサーを 3.3 V マイコン ADC に接続する際によく使う、定番の 5 V から 3 V へのレベル変換です。
12 V, R1 = 10 kΩ, R2 = 5 kΩ4 VR2 / (R1 + R2) = 5/15 = 1/3 なので、Vout = 12 × 1/3 = 4 V。合計電力 = 9.6 mW、電流 = 0.8 mA。

電圧分圧計算機の使い方

  1. 電源電圧 (Vin) を入力します。これは R1 + R2 全体にかかる電圧です。
  2. R1 の値を入力します。これは電源と出力ノードの間にある上側の抵抗です。
  3. R2 の値を入力します。これは出力ノードと GND の間にある下側の抵抗です。
  4. ［計算］をクリックすると、出力電圧、回路電流、各抵抗の消費電力が表示されます。
  5. 例ボタンでよく使う分圧構成を読み込むか、［リセット］でやり直せます。

電圧分圧計算機 FAQ

電圧分圧の式は何ですか？
式は Vout = Vin × R2 / (R1 + R2) です。これはオームの法則から直接導かれます。直列抵抗には同じ電流が流れるため、各抵抗にかかる電圧はその抵抗値に比例します。分子にある R2 と、分母の総和 (R1 + R2) によって、出力に現れる電源電圧の割合が決まります。
負荷をつなぐと出力電圧が変わるのはなぜですか？
R2 に並列につながる負荷抵抗 Rload は、R2 との並列合成を作り、有効な下側抵抗を R2 より小さくします。その結果、R2_eff / (R1 + R2_eff) が下がり、Vout も低下します。負荷による誤差を最小化するには、Rload ≥ 10 × R2 を選ぶか、オペアンプのバッファで分圧器出力にほぼ無限大の入力インピーダンスを見せてください。
指定した出力電圧に対して R1 と R2 はどう選べばよいですか？
まず Vout / Vin = R2 / (R1 + R2) の比率から考えます。許容できる電流に応じて R2 を決め、その後 R1 = R2 × (Vin / Vout − 1) を解きます。たとえば 5 V から 3.3 V を得たい場合、Vout/Vin = 0.66 なので、R1 = R2 × (1/0.66 − 1) ≈ 0.515 × R2 です。R2 = 10 kΩ なら R1 ≈ 5.15 kΩ となり、最も近い標準値に丸めます。
必要な抵抗の定格電力はどれくらいですか？
各抵抗の消費電力は P = I² × R、ここで I = Vin / (R1 + R2) です。計算した損失の少なくとも 2 倍の定格電力を持つ抵抗を選んでください。たとえば計算結果が 80 mW なら、十分な安全余裕を確保するため 1/4 W (250 mW) の抵抗を使います。
電圧分圧器は大きな電流を負荷に供給できますか？
精度を保つには向いていません。電圧分圧器は信号やバイアス用で、電力供給用ではありません。負荷電流が分圧器の待機電流 (I = Vin / (R1 + R2)) と同程度になると、出力電圧は下がります。比較的大きな負荷電流が必要なら、電圧レギュレータかオペアンプのバッファを使ってください。