전압 분배기 계산기

계산 입력

입력 전압 Vin (V)

저항 R1 (Ω)

저항 R2 (Ω)

결과

출력 전압 (Vout)

6

볼트

분배비 (R2 / (R1+R2))	0.6667
분배기에 흐르는 전류	0.003 A
소비 전력	0.027 W

전압 분배기란?

전압 분배기는 전자공학에서 가장 기본이 되는 회로 중 하나로, 두 개의 저항을 전원 전압에 직렬로 연결한 구조입니다. 두 저항 사이의 접점에서 출력을 뽑아내면 입력 전압의 일정 비율에 해당하는 전압을 얻을 수 있습니다. 신호의 크기를 줄이거나, 바이어스 동작점을 설정하거나, 기준 전압을 만들거나, 가변 저항(포텐쇼미터)이나 서미스터 같은 센서 값을 읽어 들이는 데 두루 쓰입니다.

기본 전압 분배기: 입력 전압을 직렬 저항 2개에 걸고 출력은 R2에서 얻는다.

계산기 사용 방법

먼저 두 저항 양단에 걸리는 전원 전압인 입력 전압 Vin을 입력하고, 위쪽 저항 값 R1과 출력 전압을 측정하는 기준이 되는 아래쪽 저항 값 R2를 차례로 입력하세요. 계산기는 출력 전압, 분배비, 직렬 전류, 그리고 회로 전체에서 소비되는 전력을 한 번에 보여줍니다.

공식 풀이

출력 전압은 $$V_{out} = \text{V}_{in} \cdot \frac{\text{R}_2}{\text{R}_1 + \text{R}_2}$$로 구합니다. 두 저항에는 같은 전류가 흐르기 때문에 전압은 저항 값에 비례해서 나뉩니다. 여기서 \(\frac{\text{R}_2}{\text{R}_1 + \text{R}_2}\)가 바로 분배비이며, 이 값에 \(V_{in}\)을 곱하면 \(V_{out}\)이 됩니다. 직렬 전류는 \(I = \frac{\text{V}_{in}}{\text{R}_1 + \text{R}_2}\)이고, 소비 전력은 \(P = I^2(\text{R}_1 + \text{R}_2)\)로 계산합니다. 이 공식은 출력단에 걸리는 부하가 거의 없다고 가정한 것이며, R2와 병렬로 큰 부하가 연결되면 Vout이 낮아진다는 점에 유의하세요.

Vout은 Vin에 R2 나누기 R1 더하기 R2의 비를 곱한 값과 같다.

계산 예시

Vin = 9 V, R1 = 1000 Ω, R2 = 2000 Ω인 경우를 살펴보겠습니다. 이때 $$V_{out} = 9 \times \frac{2000}{1000 + 2000} = 9 \times \frac{2000}{3000} = 9 \times 0.6667 = 6 \text{ V}$$가 됩니다. 직렬 전류는 \(\frac{9}{3000} = 0.003 \text{ A}\)(3 mA)이고, 전체 소비 전력은 \(0.003^2 \times 3000 = 0.027 \text{ W}\)입니다.

자주 묻는 질문

왜 실제 출력 전압이 계산값보다 낮게 나오나요? R2 양단에 부하를 연결하면 R2와 부하가 병렬로 묶여 합성 저항이 작아지고, 그 결과 출력 전압도 떨어집니다. 분배기 임피던스를 부하보다 충분히 낮게 설계하거나, 연산 증폭기(OP 앰프)로 버퍼를 두어 해결할 수 있습니다.

어느 것이 R1이고 어느 것이 R2인가요? R2는 출력 전압을 측정하는 기준이 되는 저항으로, 출력 노드와 접지(GND) 사이에 위치합니다. R1은 입력단과 출력 노드 사이에 놓인 저항입니다.

R1과 R2를 바꿔도 되나요? 가능합니다. 둘을 바꾸면 보수 관계의 비율이 적용되어 Vout은 \(\text{V}_{in} \times \frac{\text{R}_1}{\text{R}_1 + \text{R}_2}\)가 됩니다.