전압 분배기란?
전압 분배기(Voltage Divider)는 전자공학에서 가장 기본이 되는 회로 중 하나로, 전원 전압에 두 개의 저항을 직렬로 연결한 구조입니다. 출력은 두 저항 사이의 접점에서 끌어내며, 입력 전압보다 작고 예측 가능한 비율의 전압을 얻을 수 있습니다. 이 회로는 바이어스 전압 설정, 센서 신호를 측정 가능한 범위로 조정, 기준 전압 생성, ADC(아날로그-디지털 변환기) 입력 공급 등에 폭넓게 활용됩니다.
계산기 사용 방법
입력(공급) 전압 Vin, 상단 저항 R1(Vin과 출력 노드 사이), 하단 저항 R2(출력 노드와 접지 사이)를 입력하세요. 계산기는 R2 양단에서 측정되는 출력 전압과 함께, 직렬 루프에 흐르는 전류, 그리고 저항에서 소비되는 총 전력을 알려줍니다.
공식 풀이
출력 전압은 다음과 같이 구합니다.
$$V_{out} = \text{Vin} \cdot \frac{\text{R2}}{\text{R1} + \text{R2}}$$R1과 R2에는 같은 전류가 흐르기 때문에, 전압은 저항 값에 정비례하여 나뉩니다. 루프 전류는 \(I = \dfrac{\text{Vin}}{\text{R1} + \text{R2}}\), 총 전력은 \(P = \text{Vin} \cdot I\) 입니다. 단, 이 식은 출력에 부하가 없거나(무부하) 매우 높은 임피던스의 입력을 구동하는 경우를 전제로 합니다. 실제 부하가 R2와 병렬로 연결되면 Vout은 더 낮아집니다.
계산 예시
Vin = 12 V, R1 = 1000 Ω, R2 = 2000 Ω 인 경우를 생각해 봅시다. 전체 저항은 3000 Ω 이므로 전류는 \(12 / 3000 = 4\ \text{mA}\) 입니다. 출력 전압은 \(12 \times 2000 / 3000 = 8\ \text{V}\) 이고, 총 전력은 \(12 \times 0.004 = 48\ \text{mW}\) 입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
부하가 출력에 영향을 주나요? 네. R2 양단에 부하 저항을 연결하면 R2와 병렬로 보아야 합니다. 이때 실효 R2 값이 작아져 Vout이 낮아집니다. 정확도를 높이려면 분배기 저항을 부하 저항보다 훨씬 작게 선택하세요.
저항이 작을수록 전력 소비가 더 큰 이유는? 저항이 작으면 같은 전압에서도 더 많은 전류가 흐르므로 소비 전력이 커집니다. 저항이 크면 전력은 절약되지만 부하의 영향을 더 크게 받습니다.
저항 값을 거꾸로 구할 수도 있나요? 공식을 변형하면 됩니다. 원하는 Vout에 대해 \(R1 = R2 \times (\text{Vin} - \text{Vout}) / \text{Vout}\) 으로 계산할 수 있습니다.
