מחשבון מחלק מתח – מתח יציאה וערכי נגדים
חשב מתח יציאה, ערכי נגדים וזרם למעגלי מחלק מתח. מחשבון אלקטרוניקה חינמי לתוצאות מיידיות. ללא הרשמה.
מהו מחלק מתח?
מחלק מתח הוא אחד המעגלים הפשוטים והשימושיים ביותר באלקטרוניקה – שני נגדים בטור שמפצלים מתח לחלק קטן יותר. אם אתה צריך 3.3V ממקור 5V, או שאתה רוצה לדרג יציאת חיישן לכניסת ADC, מחלק מתח הוא הפתרון שלך.
נוסחת מתח היציאה היא: Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)
כאשר R1 הוא הנגד העליון (בין Vin ל-Vout), ו-R2 הוא הנגד התחתון (בין Vout לאדמה). היחס R2/(R1+R2) קובע איזה חלק מהכניסה מופיע ביציאה.
נוסחאות מחלק מתח
| למצוא | נוסחה | בהינתן |
|---|---|---|
| מתח יציאה | Vout = Vin × R2 / (R1 + R2) | Vin, R1, R2 |
| R1 (נגד עליון) | R1 = R2 × (Vin/Vout − 1) | Vin, Vout, R2 |
| R2 (נגד תחתון) | R2 = R1 × Vout / (Vin − Vout) | Vin, Vout, R1 |
| זרם דרך המחלק | I = Vin / (R1 + R2) | Vin, R1, R2 |
| הספק מפוזר | P = Vin² / (R1 + R2) | Vin, R1, R2 |
דוגמה: Vin = 12V, R1 = 10kΩ, R2 = 5kΩ: Vout = 12 × 5000/(10000+5000) = 12 × 0.333 = 4V. זרם = 12/15000 = 0.8mA. הספק = 12²/15000 = 9.6mW.
בחירת ערכי נגדים
בחירת ערך נגד כוללת פשרות בין צריכת חשמל, אפקטי עומס ורעש:
- ערכי נגד נמוכים (100Ω – 1kΩ): אפקט עומס מינימלי, אך זרם גבוה ופיזור הספק. טוב למעגלים קריטיים להספק.
- ערכים בטווח הביניים (1kΩ – 100kΩ): איזון הטוב ביותר לרוב היישומים. נפוץ לממשקי חיישנים והסטת רמות לוגיות.
- ערכי נגד גבוהים (100kΩ – 1MΩ): משיכת זרם נמוכה מאוד, אך רגישים לרעש ועומס ממעגלים במורד הזרם.
לכניסות ADC של מיקרו-בקרים, השתמש בהתנגדות כוללת של 10kΩ–100kΩ. אם העומס שלך מושך זרם משמעותי (< 10× מזרם המחלק), מחלק מתח לבדו לא ישמור על מתח יציאה יציב – השתמש במייצב מתח או חוצץ אופ-אמפ במקום.
יישומים נפוצים של מחלק מתח
| יישום | דוגמה | הערות |
|---|---|---|
| המרת רמה לוגית | 5V ל-3.3V עבור Arduino/ESP32 | השתמש בנגדים; שקול מסיט רמה דו-כיווני לאותות |
| כיול חיישן | חיישן 0–10V → ADC 0–3.3V | היחס צריך להתאים לטווח חיישן לטווח ADC |
| ניטור מתח סוללה | סוללת 12V → פין ADC 3.3V | הוסף קבל פירוק ביציאה |
| יצירת מתח הטיה | הגדרת מתח ייחוס אופ-אמפ | השתמש בקבל גדול לרעש נמוך |
| פוטנציומטר | מחלק מתח משתנה | R2 הוא משתנה, מאפשר כוונון Vout |
💡 האם ידעת?
- הפוטנציומטר (נגד משתנה) הוא בעצם מחלק מתח עם כנה מתכוונן – זו הסיבה שנקרא גם "פוט".
- מחלק מתח עובד היטב כמקור חשמל רק כאשר התנגדות העומס גדולה הרבה יותר מהתנגדות המחלק. בהעמסה כבדה, Vout יורד משמעותית.
- מחלקי מתח משמשים כמעט בכל מעגל המממשק אותות מתח גבוה עם מיקרו-בקרים וחיישנים בעלי מתח נמוך.
שאלות נפוצות
האם ניתן להשתמש במחלק מתח לאספקת חשמל למכשיר?
בדרך כלל לא – לא לכל דבר שמושך זרם משמעותי. מתח יציאה של מחלק מתח יורד כאשר נמשך זרם, כיוון שהעומס הופך ל-R2 במקביל. לאספקת חשמל למכשירים, השתמש בייצב מתח לינארי (כמו LM7805) או ייצב מיתוג. מחלקי מתח מתאימים ביותר להגדרת מתחי ייחוס לכניסות עם עכבה גבוהה כמו פיני ADC או כניסות אופ-אמפ.
כיצד ממירים לוגיקת 5V ל-3.3V?
השתמש ב-R1 = 1kΩ ו-R2 = 2kΩ: Vout = 5 × 2/(1+2) = 3.33V. זה עובד לאותות איטיים כמו I2C או GPIO. לאותות מהירים (SPI, UART בקצב baud גבוה), השתמש בשבב מסיט רמה ייעודי (כמו TXB0108 או 74LVC245). שיטת מחלק המתח מכניסה עיכוב RC שעלול לפגוע באותות מהירים.
איזו סבילות נגד צריך להשתמש?
לרוב יישומי מחלק מתח, מומלצים נגדים בסבילות 1% (סדרת E96). לנגדים סטנדרטיים 5% (E24) יש מספיק שונות שמתח היציאה בפועל יכול להיות שונה עד 10% מהמחושב. למעגלים מדויקים, השתמש בנגדים מותאמים 0.1% או IC מחלק מתח מדויק ייעודי.
מהו אפקט העומס?
כאשר מחברים עומס ליציאת מחלק המתח, התנגדות העומס מופיעה במקביל ל-R2, מה שמפחית את R2 האפקטיבי ובכך מוריד את Vout. השגיאה זניחה כאשר התנגדות העומס גדולה פי 10 לפחות מ-R2. בדוק תמיד שעכבת הכניסה של המעגל שלך גדולה הרבה יותר מ-R2 לחלוקת מתח מדויקת.