Bộ chia điện áp là gì?
Bộ chia điện áp là một trong những mạch cơ bản nhất trong điện tử: hai điện trở mắc nối tiếp đặt qua một nguồn điện áp. Ngõ ra được lấy tại điểm nối giữa hai điện trở, cho ra một phần của điện áp đầu vào. Mạch này được dùng để giảm tỷ lệ tín hiệu, thiết lập điểm phân cực, tạo điện áp tham chiếu, và đọc giá trị từ các cảm biến như biến trở hay nhiệt điện trở (thermistor).
Cách sử dụng máy tính
Nhập điện áp đầu vào Vin (nguồn điện áp đặt qua cả hai điện trở), giá trị của điện trở phía trên R1, và điện trở phía dưới R2 (điện trở mà ngõ ra được đo trên đó). Máy tính sẽ trả về điện áp ngõ ra, tỷ lệ chia, dòng điện chạy nối tiếp, và tổng công suất tiêu tán.
Giải thích công thức
Điện áp ngõ ra được tính bằng $$V_{out} = \text{V}_{in} \cdot \frac{\text{R}_2}{\text{R}_1 + \text{R}_2}$$ Vì cùng một dòng điện chạy qua cả hai điện trở, điện áp được chia tỷ lệ theo giá trị điện trở. Phần \(\frac{\text{R}_2}{\text{R}_1 + \text{R}_2}\) chính là tỷ lệ chia — nhân nó với Vin sẽ ra Vout. Dòng điện nối tiếp là \(I = \frac{\text{V}_{in}}{\text{R}_1 + \text{R}_2}\), và công suất tiêu tán là \(P = I^2(\text{R}_1 + \text{R}_2)\). Công thức này giả định tải ở ngõ ra là không đáng kể; nếu mắc một tải lớn song song với R2 thì Vout sẽ bị kéo thấp xuống.
Ví dụ minh họa
Giả sử Vin = 9 V, R1 = 1000 Ω và R2 = 2000 Ω. Khi đó $$V_{out} = 9 \times \frac{2000}{1000 + 2000} = 9 \times \frac{2000}{3000} = 9 \times 0{,}6667 = 6 \text{ V}$$ Dòng điện nối tiếp là \(\frac{9}{3000} = 0{,}003 \text{ A}\) (3 mA), và tổng công suất là \(0{,}003^2 \times 3000 = 0{,}027 \text{ W}\).
Câu hỏi thường gặp
Vì sao ngõ ra thực tế thấp hơn giá trị tính toán? Khi mắc một tải song song với R2, nó tạo thành mạch song song làm giảm điện trở hiệu dụng và kéo điện áp ngõ ra xuống. Hãy giữ trở kháng của bộ chia nhỏ so với tải, hoặc dùng một op-amp để đệm tín hiệu.
Đâu là R1 và đâu là R2? R2 là điện trở mà ngõ ra được đo trên đó (giữa nút ngõ ra và đất). R1 nằm giữa ngõ vào và nút ngõ ra.
Có thể hoán đổi R1 và R2 không? Có — khi hoán đổi sẽ ra phần bù của tỷ lệ, nên Vout trở thành \(\text{V}_{in} \times \frac{\text{R}_1}{\text{R}_1 + \text{R}_2}\).
