วงจรแบ่งแรงดันและวงจรแบ่งกระแส

เนื่องจากภายในวงจรไฟฟ้านั้น อาจประกอบด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างหลายชนิด ซึ่งอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละชนิดนั้น อาจจะมีความต้องการแรงดันไฟฟ้า (voltage) หรือกระแสไฟฟ้า (current) แตกต่างกัน จึงมีความจำเป็นที่จะต้องแบ่ง แรงดันไฟฟ้า หรือกระแสไฟฟ้าออกเป็นส่วนๆ เพื่อนำไปใช้เลี้ยงอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ไฟฟ้านั้นๆ นอกจากนี้ยังเป็นการทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆเหล่านั้นทำงานได้เต็มประสิทธิภาพและไม่สร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านั้น

เป็นวงจรที่ใช้สำหรับแบ่งค่าแรงดันไฟฟ้าออกเป็นหลายๆ ค่า เพื่อใช้เลี้ยงอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในวงจรโดยใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าเพียงแหล่งเดียว โดยนำตัวต้านทาน (resistor) มาเป็นตัวแบ่งแล้วนำกฎของโอห์มมาประยุกต์ใช้ในการแบ่งแรงดันไฟฟ้าในวงจร

วงจรแบ่งแรงดันนี้เป็นวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปโดยต่ออนุกรมกันกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า (electric source) วงจงแบ่งแรงดันนี้แบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ

1. วงจะแบ่งแรงดันแบบไม่มีโหลด (unloaded voltage divider circuit)

2. วงจะแบ่งแรงดันแบบมีโหลด (loaded voltage divider circuit)

1.1 วงจรแบ่งแรงดันแบบไม่มีโหลด (unloaded voltage divider circuit)

การออกแบบวงจรแบ่งแรงดันแบบไม่มีโหลด สามารถทำได้โดยใช้กฎของโอห์มเข้ามาช่วยดังนี้

รูปที่ 2 วงจะแบ่งแรงดันแบบไม่มีโหลด

จากรูปที่ 2 สามารถหา RT ได้จาก

จากกฎของโอห์มสามารถหา I ได้จาก

และ

แทนค่า กระแสไฟฟ้า (I) จาก (1.2) ลงใน (1.3) จะได้

จากสมการที่ (1.1) แทนค่าลงในสมการที่ (1.4) จะได้

จากกฎของโอห์ม

แทนค่า กระแสไฟฟ้า (I) จาก (1.2) ลงใน (1.6) จะได้

จากสมการที่ (1.1) แทนค่าลงในสมการที่ (1.7) จะได้

ตัวอย่าง 1.1 จากรูปวงจรแบ่งแรงดันแบบไม่มีโหลด จงหาค่า V1, V2, VT เมื่อ R2 = 60Ω, R1 = 40Ω และ E = 20V

วิธีทำจากรูป

1.2 วงจรแบ่งแรงดันแบบมีโหลด (loaded voltage divider circuit)

การต่อตัวต้านทานหรือโหลดเข้ากับแหล่งจ่ายไฟฟ้า จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร ซึ่งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน หรือโหลดแต่ละตัวที่ทำหน้าที่แบ่งแรงดันอยู่นั้นเรียกว่ากระแสบรีดเดอร์ (bleeder current) ซึ่งค่ากระแสบรีดเดอร์ควรมีค่าน้อย 10-20% ของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโหลด (IL) ที่มีการต่อวงจร

รูปที่ 3 วงจะแบ่งแรงดันแบบมีโหลด

จากรูปที่ 1.3 E คือ แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

R1, R2 คือ ความต้านทานในวงจร

RL คือ ความต้านทานของโหลด

RT1 คือ ความต้านทานรวม R1 และ RL

RT คือ ความต้านทานรวมทั้งวงจร

IT คือ กระแสไฟฟ้ารวมในวงจร

I1 คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน R1

IL คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโหลด

VL คือ แรงดันตกคล่อมโหลด

V2 คือ แรงดันตกคล่อมความต้านทาน R2

จากรูปที่ 1.3 จะได้ความสัมพันธ์ดังนี้

ดังนั้นจะได้สมการค่าแรงดันคือ

หรืออาจหา 𝑉2 ด้วย 𝑉2 = 𝐸 − 𝑉𝐿 ก็ได้จะได้สมการค่ากระแสไฟฟ้าคือ

ตัวอย่างที่ 1.2 จากวงจรแบ่งแรงดันดังรูป จงหา VL, V2, I1, IL และ IT กำหนดให้ E = 12V

วิธีทำ หา 𝑅𝑇1 จาก

จะได้ 𝑅𝑇 เท่ากับ

ดังนั้นจะได้แรงดัน

หรือหา 𝑉2 ได้จาก

หาค่ากระแสได้จาก

สรุปวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า

1. วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า จะประกอบด้วยตัวต้านทานตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไป ต่ออนุกรมกัน

2. ค่าความต้านทานในวงจรจะแบ่งแรงดันไฟฟ้าในวงจรออกเป็นค่าต่างๆ

3. วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า มี 2 แบบ คือ

3.1 วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบไม่มีโหลด (unloaded voltage divider) เป็นวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าในขณะที่ยังไม่มีการต่อโหลดเข้ามาในวงจร

3.2 วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบมีโหลด (loaded voltage divider) เป็นวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีการนำโหลดมาต่อร่วมด้วย โดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวที่ทำหน้าที่แบ่งแรงดัน เรียกว่า กระแสบรีดเดอร์ (bleeder current)

เป็นวงจรที่ใช้สำหรับแบ่งค่ากระแสไฟฟ้าออกเป็นหลายๆค่า เพื่อใช้เลี้ยงอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆในวงจร โดยใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าเพียงแหล่งเดียวเช่นเดียวกับวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าซึ่งทำได้โดยนำตัวต้านทาน (resistor) มาเป็นตัวแบ่ง แล้วนำกฎของโอห์มมาประยุกต์ใช้ในการแบ่งค่ากระแสไฟฟ้าในวงจร

ตัวอย่างการนำความรู้เรื่องวงจรแบ่งกระแสไฟฟ้าคือ ถ้ามีแหล่งจ่ายไฟฟ้าขนาด 24V, 10A อยู่แต่วงจรที่มีต้องการแรงดันไฟฟ้าแค่ 6A วงจรแบ่งกระแสไฟฟ้านี้สามารถแบ่งกระแสไฟฟ้าจาก 10A ให้เหลือ 6A ได้ และยังนำกระแสไฟฟ้าส่วนที่เหลือไปใช้ต่อกับวงจรอื่นได้อีกโดยไม่ต้องซื้อแหล่งจ่ายไฟใหม่