電圧分圧器（抵抗分圧器・ポテンシャルディバイダ）

基本原理と式

2抵抗分圧器では、Vinと出力ノードの間の抵抗をR1、出力ノードとグラウンドの間の抵抗をR2とすると、無負荷時の出力電圧は、よく知られた関係式 Vout = Vin × R2 / (R1 + R2) に従う。この単純な式により、設計者はVinの所望の割合を得るための抵抗値を選択できる。単一のポテンショメータは、その摺動子が直列要素から電圧を取り出すことで、可変分圧器として機能する。

構成部品、動作と実用上の考慮点

主な特性には、出力インピーダンス、電力損失、および負荷に対する感度がある。分圧器の出力ノードの源インピーダンスは、おおむねR1とR2の並列合成抵抗に等しい。これらの値に匹敵する抵抗値の負荷を接続すると電圧が変化し、負荷はR2と並列に現れる。この負荷効果は、分圧器をテブナン等価回路に置き換えて解析されることが多い。

一般的な用途と例

• トランジスタ段およびオペアンプ入力用の電圧基準またはバイアス。
• より大きな電圧をアナログ・デジタル変換器の入力範囲内に収めるための信号減衰。
• オーディオの音量調整用ポットなど、分圧器として用いるポテンショメータによる可変制御。
• センサを分圧器の一方の脚にして、抵抗変化を電圧変化へ変換する単純なセンサ回路。

設計者は複数のトレードオフを考慮しなければならない。抵抗値を大きくすると待機電流は減少するが、出力インピーダンスとノイズの影響を受けやすさは増す。小さな値では電源としての剛性は高まる一方、熱として電力を浪費する。安定した、または低インピーダンスの基準電圧には、負荷による誤差を防ぐため、オペアンプの使用などによる能動バッファリングが望ましい。

さらに読むことで専門的な事項を確認できる。電圧分圧器の基本理論と例、部品チュートリアルなどの電子工作ガイドにおける実用的な設計上の注意と計算、ポテンショメータの解説で示される使用法と配線を参照できる。解析ツールや回路等価については、テブナンおよびノートンの資料、または回路シミュレーションガイドのシミュレーション例を参照する。