När man som elektronikhobbyist kastar sig in i projekt med sensorer och olika mikrokontrollerplattformar kan man stöta på att driftspänningarna mellan komponenterna inte alltid är desamma. Kanske en Raspberry Pi kör på 3,3V och sensorn går på 5V. Det är här spänningsdelaren kommer in i bilden. Det är räddaren som kan skapa en brygga mellan komponenter och mikrokontroller.
En spänningsdelare är ofta en underkrets i en större krets, där två eller flera motstånd används för att så kallad dela upp i lika många mindre spänningar. Bilden nedan visar att det finns två motstånd i serie. Genom att variera värdena på motstånden R1 och R2 kan vi bestämma spänningen som kan mätas vid V1 och V2. Beroende på R1- och R2-värdena kan dessa två spänningar vara lika eller långt ifrån varandra.
DERIVERING AV FORMEL
Följande visar en härledning av formeln som används för att beräkna komponentvärdena för R1 och R2, så att den önskade utspänningen uppnås.
Först skrivs KVL ned, förutsatt att ingen ström flyter till Vout:
Nu isolerad i:
Om vi gör KVL för Vout, tittar k bara på utgången:
Formel för spänningsdelare
Det är nu möjligt att skriva ner spänningsdelarformeln, som kan användas för att beräkna det okända värdet. Längre ner kommer även länkar till miniräknare på internet.
Ansökningar
Sensormätningar
Ofta när du använder sensorer i ditt projekt kommer den digitala utgången ofta att vara 5 volt eller högre. Om ADC:n på din mikrokontroller har ett ingångsarbetsområde mellan 0 och 5V och din sensor har 0 -10V, kommer det att finnas mycket av signalen som du inte kan mäta. Med andra ord, allt över 5V ses som 5V. Allt från 5V till 10V går förlorat.
Exemplet nedan visar hur en spänningsdelare kan eliminera detta system. Här tas sensorns 5V ner till 3,3V, vilket Raspberry Pi kan avläsa i det här fallet.
Högspänningsmätning
En spänningsdelare kan även skala ner en mycket hög spänning så att det går att mäta spänningen på en voltmeter. Det finns ofta sonder (de man mäter med) med inbyggd spänningsdelare.Logisk nivåförskjutning
En spänningsdelare kan användas som en grov logisk nivåväxling för att koppla samman två system som arbetar med två olika spänningar. Lite som nämnts i avsnittet ovan med sensormätningar. Ett mycket klassiskt exempel skulle vara att få ett system som går på 5V att prata med ett som går på 3,3V. Det kan till exempel vara över UART eller SPI . Ofta när man kopplar ihop Arduino och Raspberry Pi måste en logisk nivåväxling användas. En enkel spänningsdelare kan användas här. Har vi en 1000 ohm liggande i lådan kan vi enkelt räkna ut den andra. Vi antar att 1000 ohm är R2.
Användbara miniräknare
Länken nedan är en enkel kalkylator som du kan ange värden för och sedan räkna ut de du behöver hitta.
Spänningsdelarkalkylator | DigiKey
En miniräknare erbjuds även för flera motstånd i serie i din spänningsdelare. Här beräknar den sedan spänningen som kommer att vara mellan varje motstånd kontinuerligt.
Voltage Divider Calculator - Verktyg för elteknik och elektronik (allaboutcircuits.com)
