전압 분배기 계산기
입력 전압과 두 저항으로 출력 전압을 구하고, 원하는 출력 전압에 맞는 E24 표준 저항 조합도 찾아줍니다.
부하를 연결하면
공식과 주의점
Vout = Vin × (R2)/(R1 + R2). 출력에 부하가 연결되면 R2와 병렬이 되어 전압이 내려갑니다. 부하 저항은 R1과 R2 병렬값의 10배 이상이면 오차가 10% 안쪽이고, 간단히 R2의 10배 이상으로 잡으면 더 넉넉합니다. MCU의 ADC 입력처럼 전류를 거의 먹지 않는 곳에 쓰기 좋습니다.
직접 해 보기: 전압 분배기에 부하를 걸면
R2 양단에 부하 RL을 연결하면 출력이 이상적인 값보다 떨어집니다. RL을 움직여 부하가 영향을 주지 않는 지점을 찾아보세요.
- 부하 없을 때 출력
- 3.33 V
- RL을 연결한 출력
- 3.13 V
- 이상값 대비 변화
- −6.25%
- 출력 저항 Rth = R1 ∥ R2
- 6.67 kΩ
- 부하 전류
- 31.3 µA
- 오차 1% 미만이 되는 RL
- 660 kΩ
출력 쪽에서 보면 전압 분배기는 부하 없을 때의 전압 Vth에 저항 R1 ∥ R2가 직렬로 붙은 전원과 같습니다. 부하를 연결하면 이 저항과 부하가 또 하나의 분배기를 만들어서, 출력이 조금씩 떨어집니다.
경험칙: 오차를 10% 미만으로 하려면 RL을 Rth의 10배 이상, 1% 정도로 하려면 약 100배 이상으로 둡니다. 그래서 분배기는 ADC 입력이나 계측기처럼 입력 저항이 큰 곳에 맞고, 분배 저항을 작게 하면 부하에 강해지는 대신 전류가 더 흐릅니다.
풀이 예제: 5 V 신호를 3.3 V로
- 필요한 분배비: (3.3 V)/(5 V) = 0.66
- E24 값 중 (R2)/(R1 + R2)가 0.66에 가장 가까운 조합: R1 = 4.7 kΩ, R2 = 9.1 kΩ
- 출력: Vout = 5 V × (9.1 kΩ)/(13.8 kΩ) = 3.297 V (오차 0.09%)
자주 쓰는 분배 저항 조합 (E24)
| 변환 | R1 | R2 | 실제 출력 | 오차 |
|---|---|---|---|---|
| 변환5 V → 3.3 V | R14.7 kΩ | R29.1 kΩ | 실제 출력3.297 V | 오차0.09% |
| 변환12 V → 5 V | R118 kΩ | R213 kΩ | 실제 출력5.032 V | 오차0.65% |
| 변환12 V → 3.3 V | R124 kΩ | R29.1 kΩ | 실제 출력3.299 V | 오차0.03% |
| 변환24 V → 5 V | R19.1 kΩ | R22.4 kΩ | 실제 출력5.009 V | 오차0.17% |
| 변환9 V → 5 V | R112 kΩ | R215 kΩ | 실제 출력5.000 V | 오차0.00% |
| 변환5 V → 2.5 V | R15.1 kΩ | R25.1 kΩ | 실제 출력2.500 V | 오차0.00% |
| 변환3.3 V → 1.8 V | R110 kΩ | R212 kΩ | 실제 출력1.800 V | 오차0.00% |
| 변환24 V → 3.3 V | R147 kΩ | R27.5 kΩ | 실제 출력3.303 V | 오차0.08% |
E24 표준 저항값
| 1.0 | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.5 | 1.6 | 1.8 | 2.0 |
| 2.2 | 2.4 | 2.7 | 3.0 | 3.3 | 3.6 | 3.9 | 4.3 |
| 4.7 | 5.1 | 5.6 | 6.2 | 6.8 | 7.5 | 8.2 | 9.1 |
굵은 값은 E12 계열에도 있는 값입니다. 실제 저항값은 여기에 10, 100, 1k, 10k… 를 곱한 값입니다 (예: 4.7 → 47 Ω, 4.7 kΩ).
실험대에서 확인: 비율은 맞고, 계측기는 끼어든다
아래 숫자는 이 사이트 운영자가 실험 수업에서 직접 기록한 값에서 계산했습니다. 측정값은 고치지 않았습니다.
1 kΩ과 3 kΩ 분배기의 실측 전압으로 비율을 구했습니다. 전원 대신 두 저항 전압의 합으로 나눈 것은, 직렬로 들어간 전류계에 걸린 전압을 빼기 위해서입니다.
| 전원 | VR1 (1 kΩ) | VR2 (3 kΩ) | 실측 비율 | 공칭 0.75와 차이 |
|---|---|---|---|---|
| 전원10 V | VR1 (1 kΩ)2.480 V | VR2 (3 kΩ)7.503 V | 실측 비율0.7516 | 공칭 0.75와 차이+0.21% |
| 전원16 V | VR1 (1 kΩ)3.963 V | VR2 (3 kΩ)11.856 V | 실측 비율0.7495 | 공칭 0.75와 차이−0.07% |
비율은 공칭값과 0.3% 안에서 맞았습니다. 분배기 출력은 저항 절댓값이 아니라 비율로 정해지므로, 두 저항이 같은 방향으로 치우치면 오차가 서로 지워집니다.
큰 저항 분배기는 측정하는 순간 값이 바뀝니다. MOSFET 바이어스 가이드의 게이트 분배기(560 kΩ, 160 kΩ, 10 V)를 이 계산기에 넣으면 2.222 V입니다. 그런데 입력 저항 10 MΩ인 일반 멀티미터를 R2에 대면 R2가 157.5 kΩ로 줄어든 것과 같아서 2.195 V(−1.2%)로 읽힙니다. 이 표의 1 kΩ 분배기에서는 같은 효과가 0.01%도 안 됩니다. 수백 kΩ 분배기를 잴 때는 계산기의 R2 자리에 'R2와 계측기 입력 저항의 병렬값'을 넣어 보세요. 이 값은 측정이 아니라 계산입니다.
분배기 설계 실전
목표 전압에서 저항 한 쌍까지
- 입력 전압과 저항 두 개(위쪽 R1, 접지 쪽 R2)를 넣으면 부하가 없을 때의 출력이 나옵니다.
- 설계할 때는 목표 출력 칸에 원하는 전압을 적고 추천된 E24 저항 쌍을 씁니다.
- 부하 그래프를 확인합니다. 출력에 연결한 회로가 전류를 끌어가면 실제 출력은 무부하 값보다 낮아집니다.
출력이 계산보다 낮게 나오는 이유
- 분압기로 전원을 공급하기. 분압기는 기준 전압을 만드는 회로이지 전원이 아닙니다. 부하 전류가 분압기 전류와 비슷해지면 출력이 바로 내려갑니다. 수백 µA 이상 쓰는 회로에는 레귤레이터를 쓰세요.
- 저항값이 너무 크거나 작음. MΩ급 분압기는 잡음을 타고, 멀티미터의 10 MΩ 입력에도 전압이 끌려 내려갑니다. 100 Ω급은 전력을 낭비합니다. 마이크로컨트롤러 ADC 입력이라면 R1과 R2의 병렬 저항을 10 kΩ 안팎 이하로 맞추세요.
- 허용오차를 잊기. 5% 저항 두 개면 비율이 5% 가까이 어긋날 수 있어서, "3.3 V" 출력이 대략 3.15 V에서 3.45 V 사이로 나올 수 있습니다.
저항 크기 고르기
부하 오차를 10% 안쪽으로 줄이려면 부하 저항을 R1과 R2 병렬값의 10배 이상으로 잡으면 됩니다. 배터리 전압 감시용이라면 100 kΩ대 저항으로 대기 전류를 줄이고, 출력과 접지 사이에 100 nF 커패시터를 달면 ADC 값이 안정됩니다. 멀티미터로 출력을 잴 때는 멀티미터 자체도 부하라는 점을 기억하세요. 큰 저항으로 만든 분압기에서는 측정값이 몇 % 낮게 나올 수 있습니다.
자주 묻는 질문
5 V 신호를 3.3 V로 낮추려면 저항을 어떻게 고르나요?
R1 = 10 kΩ, R2 = 20 kΩ을 쓰면 출력이 약 3.33 V가 됩니다. 두 값 모두 E24 표준값이라 구하기 쉽습니다. 위 계산기에 목표 전압을 넣으면 다른 조합도 찾을 수 있습니다.
전압 분배기로 모터나 LED에 전원을 공급해도 되나요?
권장하지 않습니다. 부하 전류가 흐르면 출력 전압이 크게 떨어지고, 저항에서 전력이 낭비됩니다. 전원 공급에는 전압 레귤레이터를 쓰고, 분배기는 ADC 입력처럼 전류가 거의 흐르지 않는 곳에 씁니다.