分圧器ガイド：公式・回路設計・計算機

分圧器の公式

分圧器は2つの抵抗を使用して、入力電圧の一部を出力します：

V_out = V_in × R₂ / (R₁ + R₂)

• V_in = 入力電圧
• V_out = 出力電圧（R₂の両端）
• R₁ = 上側抵抗（直列）
• R₂ = 下側抵抗（接地側）

一般的な分圧器出力

負荷接続時の分圧器

V_out に負荷を接続すると、R₂ と並列抵抗として働き、出力電圧が低下します：

V_{out(負荷時)} = V_in × (R₂ ‖ R_L) / (R₁ + R₂ ‖ R_L)

ここで R₂ ‖ R_L = (R₂ × R_L) / (R₂ + R_L)

負荷効果の例

無負荷：12V、R1=10kΩ、R2=10kΩ → V_out = 6.00V

10kΩ負荷：R2‖RL = 5kΩ → V_out = 12 × 5/(10+5) = 4.00V（33%低下！）

100kΩ負荷：R2‖RL = 9.09kΩ → V_out = 12 × 9.09/19.09 = 5.71V（5%低下）

1MΩ負荷：R2‖RL = 9.90kΩ → V_out = 12 × 9.90/19.90 = 5.97V（0.5%低下）

設計ルール：R_L >> R₂

安定した出力のため、負荷抵抗はR₂の少なくとも10倍以上であるべきです。これにより負荷効果を10%未満に抑えられます。

大電流負荷には、分圧器の代わりにレギュレータ（LM7805、LM317）を使用してください。

実用的な応用

• ADC入力スケーリング：12Vを3.3VにスケーリングしてマイコンADCに入力（R1=26.4kΩ、R2=10kΩ）
• バッテリー電圧監視：12Vバッテリーを<5Vに分圧してArduinoのアナログ入力に接続
• 基準電圧：安定化電源から精密な基準電圧を生成
• トランジスタバイアス：BJT増幅回路のベース電圧を設定
• センサー信号処理：センサー出力をADC入力範囲にスケーリング

よくある間違い

• 電源として分圧器を使用：分圧器は信号レベルの電流専用です。1kΩ/1kΩの分圧器では100mAの負荷を駆動できません——分圧器自体が 12V / 2kΩ = 6mA を消費し、出力が大幅に低下します。
• 負荷効果の無視：R_L >> R₂ であることを必ず確認してください。R_L が R₂ と同程度の場合、出力電圧は予想より大幅に低くなります。
• 電力損失：小さな抵抗が過熱する可能性があります。R1=R2=100Ω、V_in=12Vの場合：P_R1 = (12−6)²/100 = 0.36W——½W以上の抵抗が必要です。

標準参考

• IEEE Standard 100 — 電気用語定義
• IEC 60063 — 抵抗器優先数系列
• JIS C 5201 — 抵抗器
• IPC-2221 — PCB設計（電圧クリアランス）

よくある質問

分圧器とは何ですか？

分圧器は2つの直列接続された抵抗を使用して、入力電圧の一部を出力するシンプルな回路です。公式は V_out = V_in × R2 / (R1 + R2) です。信号スケーリング、基準電圧、センサー信号処理に使用され、負荷への電力供給には使用できません。

分圧器の計算方法は？

V_out = V_in × R2 / (R1 + R2) を使用します。12V、R1=33kΩ、R2=10kΩの場合：V_out = 12 × 10/(33+10) = 12 × 10/43 = 2.79V です。出力は常に入力より小さくなります。R2/(R1+R2) を調整して目的の比率を得てください。

分圧器を電源として使えますか？

いいえ。分圧器は信号レベルの電流（マイクロアンペアから数ミリアンペア）専用です。電力の浪費、調整性能の低下、負荷による出力電圧の劇的な変動があります。電源用途にはレギュレータ（LM78xx、LDO、またはDC-DCコンバータ）を使用してください。

分圧器に負荷を接続するとどうなりますか？

負荷抵抗がR2と並列になり、実効R2が減少し、出力電圧が低下します。R_L = R2 の場合、出力は無負荷時の約67%に低下します。R_L > 10× R2 を維持すれば、電圧低下を10%未満に抑えられます。

分圧器の抵抗値はどうやって選べばいいですか？

中程度の値（1kΩ～1MΩ）を使用してください。低すぎると（<1kΩ）電力が浪費されます。高すぎると（>1MΩ）ノイズの影響を受けやすく、駆動能力が低下します。ADC入力には10kΩ～100kΩが一般的です。バッテリー監視には100kΩ～1MΩで電流消費を最小化できます。