TÀI LIỆU KỸ THUẬT · VD CALC
Máy tính Bộ chia điện áp
Công cụ tính toán cấu hình điện trở chia áp tối ưu từ các chuỗi tiêu chuẩn công nghiệp (E12, E24, E96). Phần mềm sử dụng thuật toán quét vét cạn để đảm bảo sai số điện áp đầu ra luôn ở mức thấp nhất có thể.
1. Nguyên lý Mạch chia điện áp
Mạch chia áp (Voltage Divider) là một mạch điện tuyến tính sử dụng hai điện trở mắc nối tiếp để tạo ra một điện áp đầu ra (Vout) là một phần tỷ lệ của điện áp đầu vào (Vin).
Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)
Tính điện áp đầu ra
R1 = R2 × (Vin – Vout) / Vout
Tính R1 lý tưởng theo R2
I_Q = Vin / (R1 + R2)
Tính Dòng tĩnh tiêu thụ
Ký hiệu dùng trong công cụ: Vin là điện áp nguồn vào, Vout là điện áp đầu ra mong muốn, R1 là điện trở kéo lên nguồn, R2 là điện trở kéo xuống mass (GND).
2. Đại lượng và đơn vị
| Đại lượng | Ký hiệu | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| Điện áp vào / ra | Vin / Vout | volt (V) |
| Điện trở trên / dưới | R1 / R2 | ohm (Ω) |
| Dòng tĩnh tiêu thụ | I_Q | ampere (A) |
| Sai số điện áp | Error | phần trăm (%) |
3. Thuật toán TI Exhaustive Search
- Hệ thống lấy giới hạn dải điện trở (R Min, R Max).
- Quét toàn bộ giá trị R2 trong chuỗi tiêu chuẩn đã chọn.
- Với mỗi R2, tính toán R1 lý tưởng và đối chiếu tìm giá trị thực tế gần nhất.
- Lựa chọn cấu hình R1, R2 tạo ra Vout có độ bám sát hoàn hảo nhất với mục tiêu.
Thuật toán này mô phỏng chính xác cách các kỹ sư Texas Instruments tính toán linh kiện hồi tiếp (Feedback Divider) cho các IC quản lý nguồn LDO và DC-DC.
4. Các chuỗi điện trở tiêu chuẩn (E-Series)
Chuỗi E12 (10%)
Có 12 giá trị cơ bản trên mỗi thập phân. Thường dùng cho các mạch chung không yêu cầu độ chính xác cao.
Chuỗi E24 (5%)
Có 24 giá trị cơ bản. Cực kỳ phổ biến, được sử dụng trong hầu hết các thiết kế điện tử dân dụng thông thường.
Chuỗi E96 (1%)
Có 96 giá trị cơ bản. Chuyên dụng cho các mạch nguồn, module ADC đòi hỏi sai số điện áp cực thấp.
Để mạch chia áp đạt được sai số thấp nhất, khuyến nghị luôn chọn Chuỗi E96 hoặc điện trở có độ chính xác 1% trong thiết kế phần cứng của bạn.
5. Cách sử dụng công cụ
- Chọn chế độ tính toán phù hợp ở bảng điều khiển.
- Nhập chính xác điện áp nguồn Vin và Vout mục tiêu.
- Chỉ định dải điện trở cho phép (thông thường để mặc định từ 1kΩ đến 1MΩ).
- Nhấn Tính toán để phần mềm xuất ra cấu hình linh kiện tối ưu.
6. Ví dụ kiểm tra
Chia áp cho vi điều khiển 3.3V từ nguồn 5V
Vin=5, Vout=3.3, E96 ➔ R1 = 5.11 kΩ, R2 = 9.76 kΩ
Hạ áp chân tín hiệu cảm biến 12V xuống 5V
Vin=12, Vout=5, E96 ➔ R1 = 14.0 kΩ, R2 = 10.0 kΩ
7. Phạm vi áp dụng và lưu ý kỹ thuật
- Công cụ tính toán với giả định dòng tải I_load = 0. Phương pháp này chỉ hoàn toàn chính xác khi nối Vout vào các chân ngõ vào có trở kháng rất cao (ví dụ chân ADC, ngõ vào OP-AMP, Logic Input).
- Nếu mạch có kết nối với tải tiêu thụ thật, nội trở của tải sẽ bị mắc song song với R2, làm giảm điện áp Vout thực tế. Khi đó cần chèn thêm một bộ đệm (Op-amp Voltage Follower).
- Việc chọn cặp điện trở có giá trị quá nhỏ sẽ làm dòng tĩnh tiêu thụ I_Q = Vin / (R1 + R2) tăng cao, gây hao phí công suất vô ích và sinh nhiệt cho mạch.
- Ngược lại, cặp điện trở có giá trị quá lớn (ví dụ > 1 MΩ) sẽ khiến mạch chia áp nhạy cảm với nhiễu điện từ trường (EMI) và bị suy hao bởi dòng rò (Leakage current) của vi điều khiển.
- Với các ứng dụng điện tử phổ thông, tổng trở R1 + R2 nằm trong khoảng 10 kΩ đến 100 kΩ là điểm làm việc lý tưởng và cân bằng nhất.
VD CALC | MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ
00:00:00
NHẬP THÔNG SỐ
TÍNH V VÀ R
TÍNH I
TÍNH P
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
KẾT QUẢ
– – –
CHỜ NHẬP DỮ LIỆU
ĐIỆN TRỞ R1
–
ĐIỆN TRỞ R2
–
VOUT THỰC TẾ
–
VỊ TRÍ ĐIỂM LÀM VIỆC
SAI SỐ ĐIỆN ÁP (ERROR)
–
E = |Vout_thực – Vout_mục_tiêu| / Vout_mục_tiêu
DÒNG TIÊU THỤ (I_Q)
–
I = Vin / (R1 + R2)
CÔNG THỨC ĐANG DÙNG
VOUT = VIN × [ R2 / (R1 + R2) ]
DÒNG ĐIỆN (I)
–
CÔNG SUẤT (P)
–
THÔNG SỐ MẠCH
ĐIỆN ÁP (V)
–
ĐIỆN TRỞ (R)
–
CÔNG THỨC ĐANG DÙNG
I = V / R | P = V × I
CÔNG SUẤT (P)
–
ĐIỆN TRỞ (R)
–
THÔNG SỐ MẠCH
ĐIỆN ÁP (V)
–
DÒNG ĐIỆN (I)
–
CÔNG THỨC ĐANG DÙNG
P = V × I | R = V / I
VỀ TÁC GIẢ
