계산 원리
저항 두 개가 직렬로 연결된 분배기에서 출력은 하단 저항 R2 양단의 전압입니다. 무부하일 때 식은 다음과 같습니다.
Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)I = Vin / (R1 + R2)PR1 = I² × R1, PR2 = I² × R2
부하 저항 RL이 있으면 R2와 RL을 병렬로 본 값 R2′ = R2 × RL / (R2 + RL)을 써서 Vout = Vin × R2′ / (R1 + R2′)로 계산합니다. 부하가 R2와 같은 크기이면 출력 전압은 무부하의 3분의 2로 떨어집니다.
역방향 계산은 R2를 고정하고 R1 = R2 × (Vin / Vout − 1)로 이론값을 구합니다. 그다음 E24 또는 E96 표준 계열에서 가장 가까운 값을 고르고, 그 값으로 실제 Vout과 목표 대비 오차(%)를 보여 줍니다. E96은 E24보다 간격이 촘촘해 오차가 줄어듭니다.
사용 예
Vin 12 V, R1 = R2 = 10 kΩ이면 무부하 Vout은 6.00 V, 전류는 0.600 mA, 각 저항의 소비 전력은 3.60 mW입니다. 여기에 RL = 10 kΩ을 달면 R2′ = 5 kΩ이 되어 Vout은 4.00 V, 전압 강하는 33.3 %입니다.
목표 3.3 V, R2 = 10 kΩ이면 R1 이론값은 26.4 kΩ입니다. E24의 27 kΩ을 쓰면 Vout은 약 3.24 V(−1.7 %), E96의 26.1 kΩ을 쓰면 약 3.32 V(+0.7 %)가 됩니다.
설계 팁
- 분배기 전류는 피드백 입력 바이어스 전류나 부하 전류의 10배 이상으로 잡는 것이 보통입니다. 전류가 너무 작으면 바이어스 오차가 커지고, 너무 크면 대기 손실이 늘어납니다.
- 부하가 분배기 출력에 직접 붙는 경우가 많습니다. 부하 저항이 R2의 10배 이하라면 전압 강하가 수 %를 넘으므로 버퍼 앰프를 검토하세요.
- 정밀 전압이 필요하면 E96 계열과 0.1 % 저항을 쓰고, 같은 로트의 매칭 저항을 고르면 비율 오차를 줄일 수 있습니다.
- 입력 전압이 높으면 상단 저항 하나에 전압이 집중됩니다. 칩 저항의 전압 정격과 소비 전력 정격을 함께 확인하세요.
주의사항
- 부하 저항은 단순 저항으로 가정합니다. 실제 부하가 전류원이거나 비선형이면 결과와 차이가 납니다.
- E24와 E96은 표준 근사값입니다. 실제 조합의 오차는 저항 허용오차와 함께 판단해야 합니다.
- 저항의 온도계수와 자기 발열에 의한 변화는 반영하지 않습니다.
자주 묻는 질문
부하가 연결되면 분배 전압이 얼마나 떨어지나요?
부하 저항이 R2와 병렬로 붙어 R2가 작아진 것처럼 동작합니다. 예를 들어 R2가 10 kΩ이고 RL이 100 kΩ이면 전압 강하는 약 5 % 정도입니다. 계산기의 전압 강하 값으로 바로 확인할 수 있습니다.
분배기 전류는 얼마로 잡아야 하나요?
피드백 입력의 바이어스 전류나 부하 전류의 10배 이상이 보통입니다. 너무 작으면 바이어스 전류에 의한 오차가 생기고, 너무 크면 대기 손실이 커집니다.
역방향 계산에서 E24와 E96 중 무엇을 쓰나요?
E24는 간격이 넓어 목표 대비 오차가 꽤 날 수 있고, E96은 간격이 촘촘해 오차가 훨씬 작습니다. 정밀 전압이면 E96을, 저항 종류를 줄이고 싶다면 E24를 쓰세요.