전압 분배기 계산기
저항 분압 회로의 출력 전압, 전류, 전력 손실을 계산합니다.
입력 전압과 두 저항값을 입력하면 출력 전압, 회로 전류, 각 저항의 전력 손실을 구할 수 있습니다.
전압 분배기 계산기
저항 분압 회로의 출력 전압, 전류, 전력 손실을 계산합니다.
전압 분배기 계산기 소개
전압 분배기는 전자공학에서 가장 기본적인 회로 중 하나입니다. 전원과 접지 사이에 두 개의 저항을 직렬로 연결하고, 그 중간 지점에서 출력 전압을 가져옵니다. 이 회로는 입력 전압을 저항값에 비례하는 더 작은 출력 전압으로 나누며, 오옴의 법칙과 직렬 저항 규칙을 따릅니다.
핵심 공식은 Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)입니다. 이 식은 두 줄로 유도할 수 있습니다. 직렬 연결 전체에 흐르는 전류는 오옴의 법칙에 따라 I = Vin / (R1 + R2)이고, R2 양단의 전압은 I × R2입니다. 이를 대입하면 분압 공식이 됩니다. R2가 분자와 분모에 모두 들어가므로, 저항이 양수인 한 출력 전압은 항상 입력 전압보다 낮습니다. 저항이 같으면 공급 전압의 정확히 절반이 되고, 값이 다르면 비율에 따라 출력이 달라집니다.
전압 분배기는 전자 회로 전반에서 널리 쓰입니다. 센서 인터페이스에서는 R1 = 2.2 kΩ, R2 = 3.3 kΩ를 선택해 0–5 V 센서 출력을 마이크로컨트롤러 ADC에 맞는 0–3.3 V로 낮추는 경우가 많습니다. 트랜지스터 바이어스 회로에서는 분배기가 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 전압과 동작점을 정합니다. 오디오 장비에서는 가변 저항이 연속적으로 조절 가능한 분배기로 작동해 볼륨을 제어합니다. 디지털 로직 레벨 시프팅도 두 저항 분배기를 사용해 5 V 로직 출력을 수신 장치의 3.3 V 임계값에 맞춥니다.
전력 손실은 중요한 설계 요소입니다. 각 저항은 P = I² × R 와트의 전력을 소모하며, 전체 손실은 Vin² / (R1 + R2)입니다. 낮은 저항값을 쓰면 부하 전류의 영향에 덜 민감하지만 전력 낭비는 커집니다. 계산된 소모 전력이 저항의 정격보다 충분히 낮은지 반드시 확인하세요. 일반적인 안전 기준은 최소 50% 디레이팅이며, 250 mW 저항은 연속 사용 시 125 mW를 넘기지 않는 것이 좋습니다.
무부하 분압 공식은 이상적인 전압원과 이상적인 저항에 대해서는 정확합니다. 실제로는 R2에 연결된 부하가 병렬로 작용해 유효 저항을 낮추고, Vout을 무부하 값보다 떨어뜨립니다. 정확한 부하 조건을 다루려면 부하 저항이 R2의 최소 10배 이상이어야 하며, 그렇지 않다면 병렬 조합까지 포함해 설계해야 합니다.
전압 분배기 예제
공식이 실제로 어떻게 동작하는지 보여 주는 3개의 실용 예제입니다.
| Vin / R1 / R2 | Vout | 참고 |
|---|---|---|
| 10 V, R1 = 1 kΩ, R2 = 1 kΩ | 5 V | 저항이 같으면 입력 전압의 정확히 절반이 됩니다. 전류 = 5 mA, 총 전력 = 50 mW. |
| 5 V, R1 = 2.2 kΩ, R2 = 3.3 kΩ | 3 V | 5 V 센서를 3.3 V 마이크로컨트롤러 ADC 입력에 연결할 때 쓰는 전형적인 5 V → 3 V 레벨 변환입니다. |
| 12 V, R1 = 10 kΩ, R2 = 5 kΩ | 4 V | R2 / (R1 + R2) = 5/15 = 1/3 이므로 Vout = 12 × 1/3 = 4 V입니다. 총 전력 = 9.6 mW, 전류 = 0.8 mA입니다. |
전압 분배기 계산기 사용 방법
- 전원 전압(Vin)을 입력하세요. 이는 전체 R1 + R2 직렬 조합에 걸리는 전압입니다.
- R1 값을 입력하세요. 전원과 출력 노드 사이에 연결된 위쪽 저항입니다.
- R2 값을 입력하세요. 출력 노드와 접지 사이에 연결된 아래쪽 저항입니다.
- 계산을 클릭하면 출력 전압, 회로 전류, 각 저항의 전력 손실이 표시됩니다.
- 예제 버튼으로 자주 쓰는 분배기 구성을 불러오거나, 초기화를 눌러 다시 시작할 수 있습니다.
전압 분배기 계산기 FAQ
전압 분배 공식은 무엇인가요?
공식은 Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)입니다. 이는 오옴의 법칙에서 바로 나옵니다. 직렬 저항에는 같은 전류가 흐르므로 각 저항의 전압은 저항값에 비례합니다. 분자에 있는 R2와 분모의 전체합(R1 + R2)이 출력에 나타나는 공급 전압의 비율을 결정합니다.
부하를 연결하면 왜 출력 전압이 달라지나요?
R2에 걸린 부하 저항 Rload는 R2와 병렬 조합을 이루어 유효 하단 저항을 R2보다 작게 만듭니다. 그 결과 R2_eff / (R1 + R2_eff) 비율이 낮아져 Vout도 줄어듭니다. 부하 오차를 최소화하려면 Rload ≥ 10 × R2를 선택하거나, 연산 증폭기 버퍼를 사용해 분배기 출력에 거의 무한대의 입력 임피던스를 보이게 하세요.
주어진 출력 전압에 맞게 R1과 R2는 어떻게 정하나요?
먼저 Vout / Vin = R2 / (R1 + R2) 비율에서 시작하세요. 허용 가능한 전류에 따라 R2를 정한 뒤 R1 = R2 × (Vin / Vout − 1)을 풉니다. 예를 들어 5 V에서 3.3 V를 얻으려면 Vout/Vin = 0.66이므로 R1 = R2 × (1/0.66 − 1) ≈ 0.515 × R2입니다. R2 = 10 kΩ이면 R1은 약 5.15 kΩ이며, 가장 가까운 표준값으로 반올림하면 됩니다.
어떤 저항 전력 정격이 필요한가요?
각 저항의 소모 전력은 P = I² × R이며, 여기서 I = Vin / (R1 + R2)입니다. 계산된 소모 전력의 최소 두 배 정격을 가진 저항을 선택하세요. 예를 들어 계산 결과가 80 mW라면 충분한 안전 여유를 위해 1/4 W(250 mW) 저항을 사용합니다.
전압 분배기로 큰 전류를 부하에 공급할 수 있나요?
정확도를 유지하려면 적합하지 않습니다. 전압 분배기는 전력 공급이 아니라 신호와 바이어스용입니다. 부하 전류가 분배기의 정지 전류(I = Vin / (R1 + R2))와 비슷해지면 출력 전압이 떨어집니다. 더 큰 부하 전류가 필요하면 전압 레귤레이터나 연산 증폭기 버퍼를 사용하세요.