ค้นหาบทความที่นี่

บทความทั้งหมด

[พื้นฐาน 101] ตอนที่ 4 : วงจรแบ่งแรงดัน

4 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

Publish : 27 August 2021

หลังจากที่เราพูดถึงวงจรอนุกรมกันไปแล้ว สิ่งที่อ้างอิงมาถึงตรงนี้คือ วงจรอนุกรมสามารถนำไปใช้งานในรูปแบบของวงจรแบ่งแรงดันได้ งั้นเรามาพูดเรื่องวงจรแบ่งแรงดันกันต่อเลยครับ

วงจรแบ่งแรงดัน (Voltage Divider หรือ Potential Divider) เป็นวงจรเชิงเส้นที่ใช้แบ่งแรงดันขาออก (Output) ให้มีขนาดต่างไปจากแรงดันที่รับเข้ามา (Input)
แรงดันไฟฟ้าขาออก (Output) มีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทาน
กระแสไฟฟ้า มีค่าเท่ากันทั้งวงจร (เช่นเดียวกับวงจรอนุกรม)
โดยทั่ว ๆ ไป วงจรแบ่งแรงดันจะใช้ตัวต้านทาน 2 ตัวต่ออนุกรมกัน

จากรูปสมมติให้ตัวต้านทานด้านบนคือ R₁ และด้านล่างคือ R₂ จ่ายแรงดันให้วงจร V กระแสไหลผ่านวงจร I จะมีสูตรในการคำนวณ คือ

สำหรับการได้มาซึ่งสมการดังกล่าว เป็นการคำนวณจากกฏของโอห์ม V = IR แต่มันจะยาวไปครับ ไม่ทำให้ดู ใครนึกสนุกไปลองทำดูก็ได้ครับ

ตัวอย่าง วงจรแบ่งแรงดันจะมีแรงดัน Output เท่าไร และมีกระแสเท่าไร เมื่อต่อไปใช้งานดังรูป

ขอเริ่มจากการคิดกระแสก่อนครับ ในวงจรอนุกรมมีกระแสไหลเท่ากันทั้งวงจร

จากนั้นคือแรงดัน Output จากสูตรที่ให้ไว้

หรืออีกวิธีคือการหาแรงดันย่อยที่ตกคร่อม R2 วิธีคิดจากบทที่แล้ว ก็จะพบว่าได้ค่าเท่ากัน

ฉะนั้นก็แก้โจทย์ตัวอย่างนี้ได้แล้วครับ แรงดัน Output จะมีค่า 7.5 Volt และมีกระแสของวงจร 0.0075 Amp หรือ 7.5 mA

Voltage Tapping Points
หลังจากเราใช้วงจรแบ่งแรงดันแบบชั้นเดียว มีตัวต้านทาน 2 ตัว ทีนี้หากมีตัวต้านทานเยอะ ๆ หลาย ๆ ตัวล่ะ ใช่แล้วครับ เราแตะที่จุดต่าง ๆ ก็จะได้แรงดัน Output ที่ต่างกัน ลองดูวงจรกันก่อนครับ สมมติว่ามีตัวต้านทาน 4 ตัว

จากรูป หากเราจิ้มที่จุด B และ E ก็จะได้คนละค่ากับจิ้มที่จุด D และ E นั่นเอง

ตัวอย่าง มาลองทำกันดูครับ หากจิ้มที่จุด B และ E จะมีแรงดันเท่าไร
พิจารณาจากสูตรข้างบน ค่อย ๆ คิดตามนะครับ สูตรข้างบนสำหรับวงจรที่มีตัวต้านทาน 2 ตัว มีความต้านทานที่เราจะวัดคร่อม หารด้วย ความต้านทานทั้งหมด แล้วคูณด้วยแรงดันแหล่งจ่ายไฟ ทีนี้มี 4 ตัว ทำยังไง? ไม่ยากครับ ไอ้ความต้านทานที่เราจะคร่อมจากจุด B ไป E มันมี 3 ตัว คือ R₂, R₃ และ R₄ ให้เรามองเป็นตัวเดียวไปเลย คือการนำมันมารวมกันนั่นเอง เนื่องจากวงจรอนุกรมเอาความต้านทานมารวมกันดื้อ ๆ อยู่แล้ว การมีหลายตัว จับรวมเป็นตัวเดียวก็ไม่ยากครับ
กลับมาที่โจทย์ เราจะต่อจุด B และ E ไปใช้งาน ก็จะได้แรงดัน ดังนี้

ได้คำตอบแล้วครับ หากจิ้มที่จุด B และ E จะได้แรงดัน 9.45 Volt

ตัวอย่าง ต่อไปเราต่อที่จุด A และ C จะได้แรงดันเท่าไร
ทีนี้ปัญหาอยู่ที่สูตรที่เราให้มา สังเกตมั๊ยครับว่ามันใช้กับการที่เราจิ้มจุดใด ๆ กับกราวด์ของวงจร (คือจุดล่างสุดหากเราวาด จุดที่ต่อกับ GND ของแหล่งจ่ายไฟ) แล้วถ้าเราไม่ได้ต่อกับ GND ล่ะ? ก็ไม่ยากเลยครับ คิดแรงดันย่อยจากสูตรของวงจรอนุกรมไง
เริ่มแรกเราต้องคิดกระแสทั้งหมดของวงจรก่อน

จากนั้นเราก็หาแรงดันย่อยที่ตกคร่อม R₁ และ R₂ ได้แล้ว แต่มันมีสองตัว? ก็มองให้มันเป็นตัวเดียวครับ เอามารวมกันนั่นแหละ แก้ปัญหาได้แล้วครับ

เท่านี้ก็ได้คำตอบแล้ว หากเราจิ้มที่จุด A และ C เราจะได้แรงดัน 19.95 Volt.

สำหรับวันนี้ พอจะเข้าใจ รู้เรื่อง วงจรแบ่งแรงดันกันบ้างมั๊ยครับ ซึ่งจริง ๆ มันก็ไม่ได้มีอะไรเลย ถ้าเราเข้าใจเรื่องวงจรอนุกรมก็สามารถนำมาคำนวณวงจรแบ่งแรงดันได้ทั้งหมด สำหรับการนำไปใช้งานนั้น ก็เช่น เรามีโซล่าร์เซลล์ที่ถ้าแดดจัด ๆ จะให้แรงดันถึง 18 V เราอยากใช้ Arduino วัดแรงดัน แต่ถ้านำ 18 V ต่อเข้าที่ A0 รับรองครับว่า Arduino บึ้มแน่เพราะมันรับแรงดันได้แค่ 5V เราก็ใช้วงจรแบ่งแรงดัน คำนวณลงมาให้จาก 18 เหลือ 5 คงพอเข้าใจกันบ้างนะครับเรื่องการนำไปใช้งาน ซึ่งจริง ๆ วงจรแบ่งแรงดันนี้ใช้ในโมดูลที่มีขายอยู่ก็หลายตัวเลย เอาหล่ะ วันนี้ก็พอสมควรแล้ว ขอลาไว้ตรงนี้เลย สวัสดีครับ