Как работает делитель напряжения
Два резистора, включённые последовательно между питанием и общим проводом, делят напряжение пропорционально своим сопротивлениям. Напряжение в точке их соединения относительно общего провода равно U_вых = U_вх × R2 ÷ (R1 + R2). Формула прямо следует из закона Ома: через оба резистора идёт один ток I = U_вх ÷ (R1 + R2), и на нижнем резисторе падает U = I × R2.
Из формулы видно, что важны не абсолютные номиналы, а их отношение. Пары 10 кОм / 10 кОм и 100 Ом / 100 Ом обе дают ровно половину входного напряжения. Разница — в токе, текущем через делитель: при 12 В пара 10 кОм даёт 0,6 мА и рассеивает 7 мВт, пара 100 Ом — 60 мА и 720 мВт. Большие номиналы экономичнее, малые — устойчивее к влиянию нагрузки и наводок.
Главное ограничение делителя: он рассчитан на работу практически без нагрузки. Любой подключённый к выходу потребитель включается параллельно R2, уменьшая его эффективное сопротивление и просаживая выходное напряжение. Правило: сопротивление нагрузки должно быть минимум в 10 раз больше R2, а лучше в 100 раз. Поэтому делитель годится для формирования опорных напряжений, для подачи сигнала на высокоомный вход АЦП микроконтроллера, для смещения базы транзистора — но категорически не годится для питания нагрузки. Попытка «понизить 12 В до 5 В» делителем для питания устройства заканчивается тем, что напряжение проваливается почти до нуля, а резисторы греются.
Практические применения делителя: измерение напряжения выше, чем допускает вход микроконтроллера (например, 12 В аккумулятора приводят к 3,3 В для АЦП); схемы с датчиками, где переменным плечом служит терморезистор, фоторезистор или потенциометр; задание опорного уровня для компаратора; регулировка громкости в аудиотракте. Для реального понижения напряжения под нагрузкой применяют стабилизаторы — линейные (7805, LM317) или импульсные DC-DC преобразователи, которые вдобавок гораздо экономичнее.