전압 분배기 계산기

저항 두 개를 직렬로 연결하면 같은 전류가 두 저항을 지나므로, 각 저항에 걸리는 전압은 저항값에 비례해 나뉩니다. 아래쪽 저항 R2에 걸린 전압을 꺼내 쓰면 입력보다 작은 전압을 얻을 수 있는데, 이것이 전압 분배기입니다. 배터리 전압 측정, 센서 신호 레벨 맞추기, 레귤레이터 출력 전압 설정(피드백 분배기), 5 V 신호를 3.3 V 입력에 맞추는 간단한 레벨 변환에 두루 쓰입니다.

Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)
R1 = R2 × (Vin − Vout) / Vout
R2 = R1 × Vout / (Vin − Vout)
I = Vin / (R1 + R2),  Rout = R1 ∥ R2 = R1·R2 / (R1 + R2)

계산 예 — 12 V 배터리를 3.3 V ADC로 읽기

R1 = 10 kΩ, R2 = 3.9 kΩ이면 Vout = 12 × 3.9 / 13.9 = 3.37 V로 이미 ADC 기준 전압(3.3 V)을 넘습니다. 게다가 자동차·납축전지는 충전 중 14.4 V까지 올라가므로 최대 입력 기준으로 다시 잡아야 합니다. 목표 비율 3.3 / 14.4 ≈ 0.229로 계산기에 넣으면 표준값 조합을 오차순으로 보여 주고, 3 V 정도로 여유를 두면 ADC 입력 보호도 쉬워집니다.

• 분배기로 부하에 전원을 공급하기: 부하 전류가 R2와 병렬로 흐르면서 출력이 크게 떨어집니다. 전원이 필요하면 LDO나 벅 컨버터를 쓰세요.
• 부하 저항 무시: ADC 입력, 다음 단 회로의 입력 저항이 R2와 병렬이 됩니다. 계산기의 '부하 영향 확인'에 넣어 보고, 오차가 1%를 넘으면 저항을 낮추거나 버퍼를 넣으세요.
• 저항을 너무 크게 잡기: 전류는 줄지만 노이즈와 누설 전류, ADC 샘플링 오차가 커집니다. 수 MΩ 분배기에는 ADC 핀에 10~100 nF 커패시터를 다는 것이 보통입니다.
• 허용오차 누적: ±1% 저항 두 개면 출력 비율 오차가 최악 약 ±2% × (1 − 비율)까지 납니다. 기준 전압용이면 0.1% 저항을 고려하세요.
• 고전압에서 저항 내전압 무시: 칩 저항은 사이즈마다 최대 사용 전압이 있습니다. 높은 전압은 R1을 여러 개 직렬로 나눠 다세요.

레귤레이터의 출력 전압 설정 저항도 같은 계산입니다. 피드백 핀 전압(Vref)이 R2에 걸리므로, 계산기에서 '구할 값'을 R1로 두고 Vin 칸에 원하는 출력 전압, Vout 칸에 데이터시트의 Vref를 넣으면 R1이 바로 나옵니다. 배터리 제품에서는 분배기가 항상 전류를 흘려 대기 전력을 잡아먹으므로, 측정할 때만 MOSFET으로 분배기를 켜는 방식도 자주 씁니다. 배치할 때는 분배기를 ADC 핀 가까이 두고, 출력 노드에 노이즈가 큰 배선이 지나가지 않게 하세요.