Dzielnik napięcia — jak zmierzyć napięcie akumulatora mikrokontrolerem

Dzielnik napięcia to dwa rezystory połączone szeregowo. Napięcie rozkłada się na nich proporcjonalnie do ich rezystancji, więc w punkcie między nimi dostajemy część napięcia wejściowego. To najprostszy sposób, by np. zmierzyć 12 V wejściem mikrokontrolera, które przyjmuje najwyżej 3,3 V lub 5 V.

Wzór

Uwy = Uwe × R2 ÷ (R1 + R2)

R1 łączy wejście z wyjściem, R2 — wyjście z masą. Wynika to wprost z prawa Ohma: przez oba rezystory płynie ten sam prąd I = Uwe ÷ (R1 + R2), a napięcie na R2 to I × R2.

Przykład: akumulator 12 V i Arduino

Napięcie akumulatora samochodowego zmienia się od ok. 11,5 V (rozładowany) do ponad 14 V (podczas ładowania). Przyjmijmy zapas do 15 V, a wejście Arduino Uno mierzy 0–5 V.

1. Potrzebny podział: 15 V → najwyżej 5 V, czyli R2 ÷ (R1 + R2) ≤ 1/3.
2. Dobieramy wartości z szeregu: R1 = 22 kΩ, R2 = 10 kΩ → podział 10/32 = 0,3125. Przy 15 V na wyjściu będzie 4,69 V — bezpiecznie.
3. Prąd: 15 V ÷ 32 kΩ ≈ 0,47 mA — akumulatora to nie rozładuje szybko, ale przy długim postoju warto odłączać dzielnik.

Przeliczenie odczytu 10-bitowego przetwornika (0–1023) na napięcie akumulatora:

U = odczyt ÷ 1023 × Uref × (R1 + R2) ÷ R2 np. 820 ÷ 1023 × 5 V × 3,2 = 12,83 V

Dla płytek zasilanych 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico) podział musi być większy — np. R1 = 39 kΩ i R2 = 10 kΩ. Pary rezystorów dobierze automatycznie kalkulator dzielnika napięcia.

Dokładność

• Rezystory 5% mogą dać błąd pomiaru kilku procent. Użyj rezystorów 1% albo skalibruj program, porównując odczyt z multimetrem.
• Napięcie odniesienia przetwornika (np. zasilanie 5 V z USB) też bywa niedokładne — to częsta przyczyna błędów.
• Zbyt duże rezystancje (setki kΩ) sprawiają, że przetwornik nie zdąży naładować swojego kondensatora próbkującego. Pomaga kondensator 100 nF między wyjściem dzielnika a masą.

Wartości rezystorów w szufladzie odczytasz z pasków — zobacz jak czytać kod paskowy.

Czego dzielnik nie zrobi

• Nie zasili urządzenia. Odbiornik podłączony do wyjścia zmniejsza napięcie — tym bardziej, im więcej prądu pobiera. Do zasilania służą stabilizatory i przetwornice.
• Nie zabezpieczy przed przepięciami — skok napięcia na wejściu przejdzie proporcjonalnie na wyjście. Przy instalacjach samochodowych dodaj diodę Zenera lub transil.
• Nie zapewnia izolacji. Nigdy nie mierz w ten sposób napięcia sieci 230 V — do tego służą przetworniki z separacją galwaniczną, a prace przy sieci wymagają uprawnień.

Inne zastosowania

Potencjometr to regulowany dzielnik napięcia. Dzielnik bywa też używany do obniżenia poziomu sygnału z 5 V do 3,3 V (np. linia RX modułu), choć przy szybkich sygnałach lepsze są dedykowane konwertery poziomów.