分压器指南：公式、电路设计与计算器
分压器公式
分压器使用两个电阻产生一个为输入电压一部分的输出电压：
Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)
- Vin = 输入电压
- Vout = 输出电压（R2两端）
- R1 = 上电阻（串联）
- R2 = 下电阻（接地端）
常用分压器输出
| Vin | R1 | R2 | Vout | 比例 |
|---|---|---|---|---|
| 12V | 10 kΩ | 10 kΩ | 6.00V | 50% |
| 12V | 20 kΩ | 10 kΩ | 4.00V | 33% |
| 12V | 10 kΩ | 20 kΩ | 8.00V | 67% |
| 5V | 10 kΩ | 10 kΩ | 2.50V | 50% |
| 5V | 33 kΩ | 10 kΩ | 1.16V | 23% |
| 24V | 100 kΩ | 10 kΩ | 2.18V | 9.1% |
| 220V（交流） | 100 kΩ | 10 kΩ | 20.0V | 9.1% |
带负载分压器
当负载连接到 Vout 时，它与 R2 并联，降低输出电压：
Vout(带载) = Vin × (R2 ‖ RL) / (R1 + R2 ‖ RL)
其中 R2 ‖ RL = (R2 × RL) / (R2 + RL)
负载效应示例
空载：12V，R1=10kΩ，R2=10kΩ → Vout = 6.00V
接10kΩ负载：R2‖RL = 5kΩ → Vout = 12 × 5/(10+5) = 4.00V（下降33%！）
接100kΩ负载：R2‖RL = 9.09kΩ → Vout = 12 × 9.09/19.09 = 5.71V（下降5%）
接1MΩ负载：R2‖RL = 9.90kΩ → Vout = 12 × 9.90/19.90 = 5.97V（下降0.5%）
设计规则：RL >> R2
为获得稳定输出，负载电阻应至少为R2的10倍。这样可将负载效应控制在10%以内。
对于大电流负载，请使用稳压器（LM7805、LM317）代替分压器。
实际应用
- ADC输入缩放：将12V缩放为3.3V供微控制器ADC使用（R1=26.4kΩ，R2=10kΩ）
- 电池电压监测：将12V电池分压至<5V供Arduino模拟输入
- 基准电压：从稳压电源产生精确基准电压
- 晶体管偏置：设置BJT放大电路的基极电压
- 传感器信号调理：将传感器输出缩放至ADC输入范围
常见错误
- 用分压器做电源：分压器仅适用于信号级电流。1kΩ/1kΩ的分压器无法驱动100mA负载——仅分压器自身就消耗 12V / 2kΩ = 6mA，且输出会严重下降。
- 忽略负载效应：务必检查 RL >> R2。如果 RL 与 R2 相当，输出电压将远低于预期。
- 功率耗散：小电阻可能过热。R1=R2=100Ω，Vin=12V时：PR1 = (12−6)²/100 = 0.36W——至少需要½W电阻。
标准参考
- IEEE 标准 100 — 电气术语定义
- IEC 60063 — 电阻器优先数系
- GB/T 5094 — 电气设备结构编码
- IPC-2221 — PCB设计（电压间距）
常见问题
什么是分压器？
分压器是由两个串联电阻组成的简单电路，输出电压为输入电压的一部分。公式为 V_out = V_in × R2 / (R1 + R2)。用于信号缩放、基准电压和传感器调理——不能用于给负载供电。
如何计算分压器？
使用 V_out = V_in × R2 / (R1 + R2)。例如12V输入，R1=33kΩ，R2=10kΩ：V_out = 12 × 10/(33+10) = 12 × 10/43 = 2.79V。输出始终小于输入。选择 R2/(R1+R2) 来获得所需的分压比。
可以用分压器当电源吗？
不行。分压器仅适用于信号级电流（微安到几毫安）。它们浪费功率、调节能力差，输出电压随负载变化剧烈。电源应用请使用稳压器（如LM78xx、LDO或降压转换器）。
给分压器加负载会怎样？
负载电阻与R2并联，降低有效R2值，从而降低输出电压。如果 R_L = R2，输出约降至空载值的67%。保持 R_L > 10× R2 可将电压降控制在10%以内。
如何选择分压器的电阻值？
使用中等阻值（1kΩ~1MΩ）。太小（<1kΩ）浪费功率。太大（>1MΩ）易受噪声干扰且驱动能力差。ADC输入常用10kΩ~100kΩ。电池监测用100kΩ~1MΩ可最小化电流消耗。