ในทางอิเล็กทรอนิกส์วงจรแบ่งแรงดัน (หรือที่เรียกว่าวงจรแบ่งศักย์ ) เป็นวงจรเชิงเส้นแบบพาสซีฟ ที่สร้างแรงดัน เอาต์พุต ( Vout ₎ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแรงดันอินพุต ( Vin ₎ การแบ่งแรงดันเป็นผลมาจากการกระจายแรงดันอินพุตไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของวงจรแบ่งแรงดัน ตัวอย่างง่ายๆ ของวงจรแบ่งแรงดันคือตัวต้านทานสองตัวที่ต่ออนุกรมกันโดยแรงดันอินพุตถูกป้อนเข้าที่ตัวต้านทานทั้งสอง และแรงดันเอาต์พุตออกมาจากจุดเชื่อมต่อระหว่างตัวต้านทานทั้งสอง

วงจรแบ่งแรงดันแบบใช้ตัวต้านทานมักใช้เพื่อสร้างแรงดันอ้างอิง หรือเพื่อลดขนาดของแรงดันเพื่อให้สามารถวัดได้ และอาจใช้เป็นตัวลดทอน สัญญาณที่ความถี่ กระแสสลับต่ำสำหรับกระแสตรงและความถี่กระแสสลับค่อนข้างต่ำ วงจรแบ่งแรงดันอาจมีความแม่นยำเพียงพอหากทำจากตัวต้านทานเพียงอย่างเดียว ในกรณีที่ ต้องการ การตอบสนองความถี่ในช่วงกว้าง (เช่นใน โพรบของ ออสซิลโลสโคป ) วงจรแบ่งแรงดันอาจมี ส่วนประกอบ ของตัวเก็บประจุเพิ่มเติมเพื่อชดเชยความจุของโหลด ในการส่งกำลังไฟฟ้าวงจรแบ่งแรงดันแบบตัวเก็บประจุใช้สำหรับการวัดแรงดันสูง

วงจรแบ่งแรงดันที่ต่อกับกราวด์_{สร้าง}ขึ้นโดยการต่ออิมพีแดนซ์ไฟฟ้าสองตัว_{แบบอนุกรม}ดังแสดงในรูปที่ 1 แรงดันอินพุตจะถูกป้อนเข้าที่อิมพีแดนซ์อนุกรมZ1และZ2และแรงดันเอาต์พุตคือแรงดันที่ตกคร่อมZ2 โดย_ที่Z1 และ Z2 อาจประกอบด้วยองค์ประกอบใดๆ ก็ได้ เช่นตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บ ประจุ

ถ้ากระแสในสายเอาต์พุตเป็นศูนย์ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าขา_เข้าVinและแรงดันไฟฟ้าขาออก_Vout จะเป็นดังนี้:

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }}$

พิสูจน์ (โดยใช้กฎของโอห์ม ):

${\displaystyle V_{\mathrm {in} }=I\cdot (Z_{1}+Z_{2})}$

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }=I\cdot Z_{2}}$

${\displaystyle I={\frac {V_{\mathrm {in} }}{Z_{1}+Z_{2}}}}$

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }=V_{\mathrm {in} }\cdot {\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}}$

ฟังก์ชันถ่ายโอน (หรือที่เรียกว่า อัตราส่วนแรงดันของตัวแบ่ง แรงดัน ) ของวงจรนี้คือ:

${\displaystyle H={\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {Z_{2}}{Z_{1}+Z_{2}}}}$

โดยทั่วไป ฟังก์ชันถ่ายโอนนี้เป็นฟังก์ชันเชิงซ้อนและ เชิง ตรรกะ ของความถี่

ตัวแบ่งแรงดันแบบตัวต้านทาน คือกรณีที่อิมพีแดนซ์ทั้งสองZ ₁และZ ₂เป็นตัวต้านทานล้วน (รูปที่ 2)

เมื่อแทนค่าZ ₁  = R ₁และZ ₂  = R ₂ลงในนิพจน์ก่อนหน้าจะได้:

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }}$

ถ้าR ₁  = R ₂แล้ว

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }={\frac {1}{2}}\cdot V_{\mathrm {in} }}$

ถ้าVout  = 6 V และVin = 9 V ( _{ซึ่ง เป็นแรงดันไฟฟ้า ที่}  ใช้กันทั่วไปทั้งคู่) แล้ว:

${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}={\frac {6}{9}}={\frac {2}{3}}}$

และเมื่อแก้สมการโดยใช้พีชคณิต จะ ได้ ว่าR ₂ต้องมีค่าเป็นสองเท่าของR ₁

เพื่อหาค่าR ₁ :

${\displaystyle R_{1}={\frac {R_{2}\cdot V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-R_{2}=R_{2}\cdot \left({{\frac {V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-1}\right)}$

เพื่อหาค่าR ₂ :

${\displaystyle R_{2}=R_{1}\cdot {\frac {1}{\left({{\frac {V_{\mathrm {in} }}{V_{\mathrm {out} }}}-1}\right)}}}$

อัตราส่วนV _out  / V _inที่มากกว่า 1 นั้นเป็นไปไม่ได้ กล่าวคือ การใช้ตัวต้านทานเพียงอย่างเดียวไม่สามารถกลับขั้วแรงดันไฟฟ้าหรือเพิ่มV _outให้สูงกว่าV _inได้

พิจารณาวงจรแบ่งแรงดันที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุดังแสดงในรูปที่ 3

เมื่อเปรียบเทียบกับกรณีทั่วไป เราจะเห็นว่าZ ₁  = RและZ ₂คือค่าความต้านทานของตัวเก็บประจุ ซึ่งกำหนดโดย

${\displaystyle Z_{2}=-\mathrm {j} X_{\mathrm {C} }={\frac {1}{\mathrm {j} \omega C}}\ ,}$

โดยที่X _Cคือค่ารีแอกแทนซ์ของตัวเก็บประจุ, Cคือค่าความจุของตัวเก็บประจุ, jคือหน่วยจินตภาพและω (โอเมกา) คือความถี่เชิงมุมของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

ตัวแบ่งแรงดันนี้จะมีอัตราส่วนแรงดันดังนี้:

${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {\frac {1}{\mathrm {j} \omega C}}{{\frac {1}{\mathrm {j} \omega C}}+R}}={\frac {1}{1+\mathrm {j} \omega RC}}\ .}$

ผลคูณτ (เทา) = RCเรียกว่าค่าคงที่เวลาของวงจร

อัตราส่วนจึงขึ้นอยู่กับความถี่ ในกรณีนี้จะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น วงจรนี้เป็นตัวกรองความถี่ต่ำ แบบพื้นฐาน ( อันดับแรก ) อัตราส่วนประกอบด้วยจำนวนเชิงซ้อน และที่จริงแล้วประกอบด้วยข้อมูลทั้งแอมพลิจูดและการเปลี่ยนแปลงเฟสของตัวกรอง หากต้องการแยกเฉพาะอัตราส่วนแอมพลิจูด ให้คำนวณขนาดของอัตราส่วน ดังนี้:

${\displaystyle \left|{\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}\right|={\frac {1}{\sqrt {1+(\omega RC)^{2}}}}\ .}$

ตัวแบ่งแรงดัน แบบเหนี่ยวนำจะแบ่งแรงดันไฟ AC ตามค่าความเหนี่ยวนำ :

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }={\frac {L_{2}}{L_{1}+L_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }}$

(โดยมีส่วนประกอบอยู่ในตำแหน่งเดียวกับรูปที่ 2)

สมการข้างต้นใช้สำหรับตัวเหนี่ยวนำที่ไม่เกิดปฏิสัมพันธ์กันการเหนี่ยวนำร่วมกัน (เช่นในหม้อแปลงอัตโนมัติ ) จะทำให้ผลลัพธ์เปลี่ยนแปลงไป

ตัวแบ่งแรงดันแบบเหนี่ยวนำจะแบ่งแรงดันไฟกระแสสลับตามค่ารีแอกแทนซ์ขององค์ประกอบต่างๆ เช่นเดียวกับตัวแบ่งแรงดันแบบตัวต้านทานที่กล่าวมาข้างต้น

ตัวแบ่งแรงดันแบบคาปาซิเตอร์ไม่ส่งผ่านกระแสตรง (DC)

สำหรับอินพุตกระแสสลับ สมการความจุอย่างง่ายคือ:

${\displaystyle V_{\mathrm {out} }={\frac {Xc_{2}}{Xc_{1}+Xc_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {1/C_{2}}{1/C_{1}+1/C_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }={\frac {C_{1}}{C_{1}+C_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }}$

(โดยมีส่วนประกอบอยู่ในตำแหน่งเดียวกับรูปที่ 2)

กระแสรั่วไหลใดๆ ในส่วนประกอบตัวเก็บประจุจำเป็นต้องใช้สูตรทั่วไปที่มีอิมพีแดนซ์สองตัว โดยการเลือก ส่วนประกอบ RและC แบบขนาน ในสัดส่วนที่เหมาะสม จะสามารถรักษาอัตราส่วนการแบ่งเดียวกันไว้ได้ในช่วงความถี่ที่ใช้งานได้ นี่คือหลักการที่ใช้ใน โพรบ ออสซิลโลสโคป แบบชดเชย เพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์การวัด

แรงดันเอาต์พุตของตัวแบ่งแรงดันจะแปรผันตามกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลดไฟฟ้า ภายนอก อิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดที่มีประสิทธิภาพจากตัวแบ่งแรงดันZ ₁และZ ₂ ดังที่กล่าวมาข้างต้น จะเป็นZ ₁ขนานกับZ ₂ (บางครั้งเขียนว่าZ ₁ || Z ₂ ) นั่นคือ: ( Z ₁ Z ₂ ) / ( Z ₁  + Z ₂ ) = HZ ₁

เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่เสถียรเพียงพอ กระแสเอาต์พุตจะต้องเสถียร (และต้องนำมาคำนวณค่าตัวแบ่งแรงดันด้วย) หรือจำกัดไว้ที่เปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของกระแสอินพุตของตัวแบ่งแรงดัน ความไวต่อโหลดสามารถลดลงได้โดยการลดอิมพีแดนซ์ของตัวแบ่งแรงดันทั้งสองส่วน แม้ว่าวิธีนี้จะเพิ่มกระแสอินพุตขณะหยุดทำงานของตัวแบ่งแรงดันและส่งผลให้มีการใช้พลังงานสูงขึ้น (และเกิดความร้อนสูญเปล่า) ในตัวแบ่งแรงดัน^{[ 1 ]}ตัวควบคุมแรงดันมักใช้แทนตัวแบ่งแรงดันแบบพาสซีฟเมื่อจำเป็นต้องรองรับกระแสโหลดสูงหรือผันผวน

วงจรแบ่งแรงดันใช้สำหรับปรับระดับสัญญาณ ให้ไบแอสแก่อุปกรณ์แอคทีฟในวงจรขยายสัญญาณ และใช้สำหรับวัดแรงดัน ทั้ง วงจรบริดจ์วีทสโตนและมัลติมิเตอร์ต่างก็มีวงจรแบ่งแรงดันอยู่ภายใน ส่วนโพเทนชิโอมิเตอร์ นั้น ใช้เป็นตัวแบ่งแรงดันแบบปรับได้ในระบบควบคุมระดับเสียงของวิทยุหลายรุ่น

วงจรแบ่งแรงดันสามารถใช้เพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถวัดความต้านทานของเซ็นเซอร์ได้^{[ 2 ]}เซ็นเซอร์จะต่ออนุกรมกับความต้านทานที่ทราบค่าเพื่อสร้างวงจรแบ่งแรงดัน และแรงดันที่ทราบค่าจะถูกจ่ายให้กับวงจรแบ่งแรงดัน ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลของไมโครคอนโทรลเลอร์จะเชื่อมต่อกับจุดกึ่งกลางของวงจรแบ่งแรงดัน เพื่อให้สามารถวัดแรงดันที่จุดกึ่งกลางได้ และโดยใช้แรงดันที่วัดได้ ความต้านทานที่ทราบค่า และแรงดันที่ทราบค่า จะสามารถคำนวณความต้านทานของเซ็นเซอร์ได้ เทคนิคนี้มักใช้ในการวัดความต้านทานของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เช่นเท อร์มิสเตอร์และRTD

อีกตัวอย่างหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือการใช้โพเทนชิโอมิเตอร์ (ตัวต้านทานปรับค่าได้) เป็นองค์ประกอบต้านทานอย่างหนึ่ง เมื่อหมุนแกนของโพเทนชิโอมิเตอร์ ความต้านทานที่เกิดขึ้นจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานจะสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมของแกน หากต่อกับแหล่งอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร แรงดันไฟฟ้าขาออกสามารถป้อนเข้าสู่ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล และจอแสดงผลสามารถแสดงค่ามุมได้ วงจรดังกล่าวใช้กันทั่วไปในการอ่านค่าจากปุ่มควบคุม

วงจรแบ่งแรงดันสามารถใช้ลดแรงดันสูง มาก ให้สามารถวัดได้ด้วยโวลต์มิเตอร์โดยจะจ่ายแรงดันสูงผ่านวงจรแบ่งแรงดัน และวัดแรงดันที่ได้จากวงจรแบ่งแรงดันซึ่งอยู่ในช่วงแรงดันที่มิเตอร์สามารถวัดได้ หัววัดแบบตัวต้านทานแบ่งแรงดันแรงดันสูงที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับงานนี้สามารถใช้วัดแรงดันได้ถึง 100 กิโลโวลต์ ตัวต้านทานแรงดันสูงพิเศษจะถูกใช้ในหัววัดดังกล่าว เนื่องจากต้องทนต่อแรงดันอินพุตสูง และเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ ต้องมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ ที่ตรงกัน และค่าสัมประสิทธิ์แรงดันต่ำมาก โดยทั่วไปแล้วจะใช้หัววัดแบบตัวเก็บประจุแบ่งแรงดันสำหรับแรงดันที่สูงกว่า 100 กิโลโวลต์ เนื่องจากความร้อนที่เกิดจากการสูญเสียพลังงานในหัววัดแบบตัวต้านทานแบ่งแรงดันที่แรงดันสูงเช่นนี้อาจมากเกินไป

วงจรแบ่งแรงดันสามารถใช้เป็นตัวเปลี่ยนระดับลอจิก อย่างง่าย เพื่อเชื่อมต่อวงจรสองวงจรที่ใช้แรงดันใช้งานต่างกัน ตัวอย่างเช่น วงจรลอจิกบางวงจรทำงานที่ 5 โวลต์ ในขณะที่วงจรอื่นทำงานที่ 3.3 โวลต์ การเชื่อมต่อเอาต์พุตลอจิก 5 โวลต์เข้ากับอินพุต 3.3 โวลต์โดยตรงอาจทำให้วงจร 3.3 โวลต์เสียหายถาวร ในกรณีนี้ อาจใช้ตัวแบ่งแรงดันที่มีอัตราส่วนเอาต์พุต 3.3/5 เพื่อลดสัญญาณ 5 โวลต์ให้เหลือ 3.3 โวลต์ เพื่อให้วงจรสามารถทำงานร่วมกันได้โดยไม่ทำให้วงจร 3.3 โวลต์เสียหาย เพื่อให้เป็นไปได้ ความต้านทานของแหล่งจ่าย 5 โวลต์และความต้านทานของอินพุต 3.3 โวลต์ต้องมีค่าเล็กน้อย หรือต้องมีค่าคงที่ และค่าตัวต้านทานของตัวแบ่งแรงดันต้องคำนึงถึงความต้านทานเหล่านั้นด้วย หากความต้านทานของอินพุตเป็นแบบคาปาซิทีฟ ตัวแบ่งแรงดันที่เป็นตัวต้านทานอย่างเดียวจะจำกัดอัตราการส่งข้อมูล ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้คร่าวๆ โดยการเพิ่มตัวเก็บประจุแบบอนุกรมกับตัวต้านทานตัวบน เพื่อให้ขาของวงจรแบ่งแรงดันทั้งสองขาเป็นทั้งตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน

• ตัวแบ่งกระแส
• ตัวแปลง DC เป็น DC
• เครื่องขยายแรงดันไฟฟ้า

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า

• เครื่องคำนวณตัวแบ่งแรงดัน