2つの抵抗 + 負荷
見えない電圧を分けよう。
2つの抵抗で5 Vから別の電圧を作れます。出力に部品を追加するとどうなるでしょう？
- ADC · アナログ・デジタル変換器
- Analog-to-digital converter. 測定したアナログ電圧をデジタル機器が使える数値に変換します。読み物で紹介しますが、ここではシミュレーションしません。
実験台
回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。
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隣の部品がルールを変える。
理想的な5 V電源。1 kΩの負荷は下側の抵抗と並列。誤差や発熱は考慮しません。
R₁が上、R₂が下です。無負荷ではV出力 = 5 × R₂ / (R₁ + R₂)。負荷ありではR₂をR₂ ∥ R負荷に置き換えます。分圧回路は信号に便利ですが、機器の電源には通常適しません。
難易度
組み立て · 電源の半分
負荷なしで電源を入れ、出力を2.5 V ±0.05 Vにしよう。
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同じ抵抗値なら電圧は半分になります。
探究 · 予想外の隣人
R₁ = R₂ = 1 kΩで負荷をつなぎ、約1.67 Vになる理由を考えよう。
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1 kΩとR₂の並列は500 Ω。出力は5 × 500 / 1500。
自力で解く · 電圧を取り戻す
負荷を接続したまま、出力を2.4–2.6 Vにしよう。
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R₁を下側の合成抵抗と同じに。R₂ = 1 kΩ、R₁ = 500 Ωを試そう。
追加の読み物と回路レシピ
分圧回路はセンサーの通訳になる
2つの抵抗で電源電圧を分けます。接続点から低い測定電圧や基準電圧を取り出せます。片方をセンサーにすれば、物理的な変化が電気信号になります。
出力が無負荷の場合
Vout = Vs × R2 / (R1 + R2)
1 kΩを2つ、5 Vにつなぐと出力は2.5 V。下側に1 kΩの負荷を並列につなぐと合成抵抗は500 Ωとなり、出力は約1.67 Vに下がります。
同じ比率でも消費は違う
無負荷なら1 kΩ + 1 kΩも10 kΩ + 10 kΩも電源の半分を出力します。後者の電流は10分の1です。
測ることで値が変わる
中点に負荷をつなぐと電流の経路が増えます。下側の抵抗と並列になり、出力電圧を下げます。
つまみは動く分圧器
可変抵抗器には抵抗体と摺動端子があります。軸を回すと抵抗体の2つの区間の比率が変わり、端子の電圧が変わります。
避けたい落とし穴
分圧器は信号用で、万能な電源レギュレーターの代わりにはなりません。負荷が変わると出力も変わります。ADC 入力では電圧範囲や整定時間にも注意が必要です。
下側の1 kΩに1 kΩの負荷を並列接続。出力は…
- 2.5 Vより上がる
- 2.5 Vのまま
- 2.5 Vより下がる
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下側の合成抵抗が小さくなり、受け持つ電源電圧の割合も小さくなります。
3分の1の基準電圧
無負荷で5 Vから約1.67 Vを作ろう。
下側の抵抗が全体の3分の1の電圧を受け持ちます。
負荷付き分圧器を救う
実験の固定負荷1 kΩを補正しよう。
下側の1 kΩと負荷の1 kΩで500 Ω。上側も500 Ωなら出力は2.50 Vに戻ります。