電壓分壓器入門指南：原理、應用與 FSR 整合

電壓分壓器是什麼？

電壓分壓器是一種基礎電路，透過兩顆串聯電阻來輸出一個比例性的電壓。這個輸出電壓會根據電阻的比例來決定，常用於微控制器（如 Arduino）的類比輸入中，用來讀取感測器的訊號。

公式：

V_out = V_in × (R₂ / (R₁ + R₂))

• V_in ​: 輸入電壓
• V_out ​: 輸出電壓（取自 R1 和 R2 中間的節點）
• R₁, R₂​ : 串聯的兩顆電阻（R2 通常接地）

為什麼要使用電壓分壓器？

• 將電阻變化轉換成電壓變化：像 FSR、光敏電阻、熱敏電阻這類感測器，其輸出是阻值變化，分壓器可以將這些變化轉換成可以被讀取的電壓。
• 電路簡單、成本低廉：只需要兩個電阻即可實作。

數值範例說明

假設我們的輸入電壓為 10V，接上兩顆電阻：

• V_in = 10V
• R₁=10kΩ, R₂=10kΩ

則：

V_out = 10V × (10kΩ / (10kΩ + 10kΩ)) = 10V × 1/2 = 5V

如果我們改成：

• R₁=10kΩ, R₂=5kΩ

則：

V_out = 10V × (5kΩ / (10kΩ + 5kΩ)) = 10V × 1/3 ≈ 3.33V

This shows how resistor ratios affect the output voltage.

將 FSR 與分壓器結合使用

電路範例：

5V ── FSR ──┬── Rfixed ── GND
            │
         Analog In (Vout)

• 無壓力時，FSR 阻值高 → 幾乎沒電流 → Vout 接近 0V
• 壓力增加時，FSR 阻值降低 → 電流增加 → Vout 上升

這樣就能讓 Arduino 的 analogRead() 讀出對應的壓力變化。

固定電阻怎麼選？

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建議原則：選擇一個與 FSR 在實際使用時平均阻值接近的電阻，能讓輸出電壓變化落在最理想的範圍。

實作技巧與注意事項

• 匹配 FSR 範圍：選擇與 FSR 預期阻值相近的固定電阻值。
• 最大化 ADC 解析度：調整電阻比例，讓輸出電壓覆蓋 0~5V 越多越好。
• 避免極端值：阻值太低或太高可能使電壓變化範圍過小。
• 實際測試與微調：可準備多組（例如 4.7kΩ、10kΩ、47kΩ）進行實測比對壓力讀值效果。

小結

電壓分壓器是一個簡單又實用的電路，尤其適合用來將像 FSR 這類變阻型感測器的輸出轉換成電壓。透過合理選擇固定電阻，就可以在開發板上快速建立壓力感測功能。

下一篇，我們將介紹「反相運算放大器（Inverting Op-Amp）」如何進一步優化 FSR 訊號的穩定性與線性。