分圧回路 計算ツール — エンジニアリングガイド

このインタラクティブな分圧計算ツールを使って、抵抗分圧ネットワークの**出力電圧（Vout）**を求めることができます。分圧回路は、センサーインターフェース、レベルシフト、バイアスネットワーク、フィードバックループなど、電子回路で最も頻繁に使用される回路の一つです。

分圧回路の公式

基本的な分圧方程式は：

Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

各パラメータ：

• Vin = 入力（ソース）電圧
• R1 = 上側抵抗（Vinに接続）
• R2 = 下側抵抗（グランドに接続）
• Vout = 出力電圧（R2の両端で測定）

動作原理

分圧回路は、入力電圧を2つの直列抵抗の抵抗値の比率に応じて分配します。出力電圧はR1とR2の接続点から取り出されます。

重要なポイントは、両方の抵抗に同じ電流が流れる（直列接続のため）ことで、各抵抗の電圧降下はその抵抗値に比例します。

実用的な設計例

5Vから3.3Vへのレベルシフト

5Vマイコン出力を3.3V入力にインターフェースするには：

1. 目標比率：Vout/Vin = 3.3/5 = 0.66
2. R2 = 10 kΩを選択
3. R1を計算：R1 = R2 × (Vin/Vout − 1) = 10k × (5/3.3 − 1) = 5.15 kΩ
4. 最も近い標準値：5.1 kΩ（E24系列）
5. 実際のVout = 5 × 10k / (5.1k + 10k) = 3.31V ✓

ADC基準電圧

5V電源からADC用の2.5V基準を作成：

1. 2つの等しい抵抗を使用：R1 = R2 = 10 kΩ
2. Vout = 5 × 10k / (10k + 10k) = 2.5V
3. ノイズフィルタリングのため出力に100 nFバイパスコンデンサを追加

センサーバイアス

温度測定用のサーミスタ（NTC）分圧回路：

1. サーミスタをR2に配置（可変素子）
2. R1をサーミスタの25°Cにおける公称抵抗値に等しく選択
3. 公称温度付近で最大感度が得られます

負荷効果

正確な結果を得るには、負荷インピーダンスがR2の少なくとも10倍以上であることを確認してください。例えば、R2 = 10 kΩの場合、負荷は100 kΩ以上が必要です。

負荷時の出力公式：

Vout(負荷時) = Vin × (R2 ∥ RL) / (R1 + R2 ∥ RL)

ここで R2 ∥ RL = (R2 × RL) / (R2 + RL)

設計ガイドライン

1. 全体の抵抗値を適切に保つ — 低すぎると電力を浪費（I = Vin/(R1+R2)）、高すぎるとノイズや負荷に敏感になります。
2. 一般的な範囲： ほとんどの用途で1 kΩ〜100 kΩ。
3. 精密用途には1%精度の抵抗を使用 — 標準的な5%抵抗は出力に大きな誤差を生じる可能性があります。
4. 負荷インピーダンスがR2に匹敵する場合はバッファアンプ（ボルテージフォロワ/オペアンプ）を追加してください。
5. 温度係数を考慮 — TCRが一致した抵抗器は、温度変化に対して比率の精度を維持します。

一般的な用途

• マイコンADC入力 — センサー電圧をADC範囲にスケーリング
• フィードバックネットワーク — オペアンプやレギュレータ回路のゲイン設定
• バイアス回路 — トランジスタやコンパレータの動作点設定
• レベル変換 — 異なる電圧ロジックレベル間のインターフェース
• ポテンショメータ — ポットは基本的に可変分圧器

関連ツール

• オームの法則計算ツール — V、I、R、Pの関係を計算
• 分流回路計算ツール — 並列分岐間の電流を分割
• 抵抗計算ツール — 直列/並列の組み合わせを計算
• LED抵抗計算ツール — LED用電流制限抵抗値を算出