分圧回路とは?
分圧回路(ボルテージディバイダ)は、電子回路の中でも最も基本的な回路のひとつです。2本の抵抗R1とR2を直列につなぎ、その両端に入力電圧Vinを加えます。出力電圧VoutはR2の両端から取り出します。キルヒホッフの電圧則により、2本の抵抗には同じ電流が流れ、入力電圧はそれぞれの抵抗値の比に応じて分配されます。
この計算ツールの使い方
入力電圧(Vin、単位:V)、上側の抵抗R1(単位:Ω)、下側の抵抗R2(単位:Ω)を入力してください。R2両端の出力電圧、ループ電流(mA単位)、直列合成抵抗、そして分圧回路全体の消費電力(mW単位)が即座に表示されます。
計算式の解説
基本となる関係式は \(V_{out} = \text{V}_{in} \cdot \frac{\text{R2}}{\text{R1} + \text{R2}}\) です。分母の(R1 + R2)は電源から見た合成抵抗を表します。R2/(R1+R2)という比率が、全体の電圧のうちR2に現れる割合を示しています。ループ電流は \(I = \frac{\text{V}_{in}}{\text{R1} + \text{R2}}\)、全体の消費電力は \(P = \text{V}_{in} \cdot I\) で求められます。
計算例
たとえばVin = 12 V、R1 = 1000 Ω、R2 = 2000 Ωの場合を考えてみましょう。合成抵抗は3000 Ωです。 $$V_{out} = 12 \times \frac{2000}{3000} = 8 \text{ V}$$ となります。ループ電流は \(12 / 3000 = 0.004 \text{ A} = 4 \text{ mA}\)、消費電力は \(12 \times 0.004 = 0.048 \text{ W} = 48 \text{ mW}\) です。
よくある質問(FAQ)
負荷をつなぐと出力は変わりますか? 変わります。この計算ツールは、負荷をかけない理想的な分圧回路を前提としています。R2の両端に負荷抵抗をつなぐと、実効的なR2の値が下がり、Voutも低下します。
消費電力を確認する理由は? 全体の消費電力を把握しておくことで、十分なワット数(定格電力)を持つ抵抗を選べ、発熱による故障を防げます。
R1とR2を入れ替えてもよいですか? 入れ替えると出力電圧を測る抵抗が変わるため、2本の抵抗値が等しい場合を除き、Voutも変化します。