Circuito Divisor De Voltaje

[Colby DuLin]

Un divisor de voltaje es un circuito simple que convierte un voltaje grande en uno ms pequeo. Usando solo dos resistencias en serie, y un voltaje de entrada, podemos crear un voltaje de salida que es una fraccin del de entrada. Los divisores de voltaje son uno de los circuitos ms fundamentales en la electrnica. Si aprender la Ley de Ohm era como una introduccin al abecedario, aprender sobre los divisores de voltaje ser como aprender a deletrear gato.

Vamos a referirnos a la resistencia ms cerca del voltaje de entrada (Vin) como R1, y a la resistencia ms cercana a la tierra como R2. La cada de voltaje a travs de R2 se llama Vout, ese es el voltaje dividido el cual es la razn de la existencia de nuestro circuito.

La ecuacin del divisor de voltaje asume que conoce tres valores del circuito anterior: Voltaje de Entrada (Vin), y los dos valores de las resistencias (R1 y R2). Dado esos valores, podemos usar esta ecuacin para encontrar el voltaje de salida (Vout):

Esta ecuacin dice que el voltaje de salida es directamente proporcional al voltaje de entrada y a la razn de R1 y R2. Si quieres conocer de dnde proviene esto, revisa la seccin donde es la ecuacin derivada. Pero por ahora, solo escrbela y acurdate de ella.

Los divisores de voltaje tienen un montn de aplicaciones, estn entre los circuitos ms usados de los ingenieros elctricos. Aqu hay solo un poco de los varios lugares donde podra encontrar divisores de voltajes.

Al interior del potencimetro hay una sola resistencia y una escobilla metalica, la cual corta la resistencia en dos y se mueve para ajustar la razn entre las dos mitades. Externamente, hay 3 pines: 2 pines conectan a cada punta del resistor, y el tercero conecta al wiper del potencimetro.

Si los pines externos se conectan a una fuente de voltaje (uno a tierra, el otro a Vin), la salida (Vout el pin del medio) va a imitar un divisor de voltaje. Gire el potencimetro hasta tope en un sentido y el voltaje sera cercano a cero; gralo en el otro sentido y el voltaje de salida se acercar al de entrada; una escobilla metalica en posicin media significa que el voltaje ser la mitad que el de la entrada.

Los potencimetros vienen en una variedad de paquetes, y pueden tener aplicaciones propias. Pueden ser usados para crear un voltaje de referencia, ajustar estaciones de radio, medir la posicin en un joystick, o en muchas aplicaciones ms que requieran un voltaje de entrada variable.

Muchos sensores en el mundo real son dispositivos resistivos simples. Una fotocelda es una resistencia variable, la cual produce una resistencia proporcional a la cantidad de luz que sense. Otros dispositivos como sensores flex, resistencias sensibles a la fuerza, y termistores, tambin son resistencias variables.

Resulta que el voltaje es muy fcil de medir para los microcontroladores (esos con convertidores anlogo-digital por lo menos). La resistencia? No tanto. Pero, al agregar otra resistencia a los sensores resistivos, podemos crear un divisor de voltaje. Una vez que es conocida la salida del divisor de voltaje, podemos devolvernos y calcular la resistencia del sensor.

Por ejemplo, en la siguiente imagen la resistencia de la fotocelda vara entre 1kΩ en la luz y alrededor de 10kΩ en la oscuridad. Si combinamos eso con una resistencia esttica de un valor en el medio, digamos 5.6KΩ, podemos obtener un amplio rango del divisor de voltaje.

Los sensores ms complicados pueden transmitir sus lecturas usando protocolos e interfaces, como UART, SPI, o I2C. Muchos de esos sensores operan en un voltaje relativamente bajo (3.3V) para poder conservar energa. Desafortunadamente, no es raro que estos sensores de bajo voltaje estn interconectados con un microcontrolador que opera en un sistema de voltaje ms alto (5V). Esto crea un problema de cambio de nivel, lo cual tiene varias soluciones, incluyendo la divisin de voltaje.

Por ejemplo, un acelermetro ADXL345 permite un voltaje mximo de entrada de 3.3V, as que si tratas de interconectarlo con un Arduino (asumiendo que opera con 5V), algo se debe hacer para bajar la seal de 5V a 3.3V. Un divisor de voltaje! Todo lo que necesitas son un par de resistencias cuya razn divide la seal de 5V a alrededor de 3.3V. Las resistencias en el rango de 1kΩ-10kΩ son generalmente las mejores para tal aplicacin; tengamos en mente que esto solo funciona en una nica direccin. Un divisor de voltaje nunca va a poder cambiar un voltaje menor a uno mayor.

Las resistencias 3.3kΩ (Naranjo, Naranjo, Rojo) Son las R2, las resistencias1.8kΩ resistores son las R1. Un ejemplo de divisores de voltajes en un protoboard, cambiando de nivel seales de 5V a 3.24V.

Cualquier corriente que la carga requiera tambin va a correr a travs de R1. La corriente y el voltaje a travs de R1 producen potencia, la cual es disipada en forma de calor. Si esa potencia excede la tolerada por la resistencia (generalmente entre 1/8 W y 1W), el calor comienza a ser un gran problema, potencialmente derritiendo la pobre resistencia.

Eso ni si quiera mencionado cuan ineficiente podra ser una fuente de poder creada con un divisor de voltaje. Bsicamente, no ocupes un divisor de voltaje como fuente de voltaje para nada que requiera incluso una modesta cantidad de potencia. Si necesitas bajar un voltaje para usar como una fuente de poder, utiliza los reguladores de voltaje y fuentes de voltaje como transformadores o fuentes switching.

Si an no te cansas de los divisores de voltaje, en esta seccin evaluaremos como la Ley de Ohm se aplica para producir la ecuacin de los divisores de voltaje. Este es un ejercicio entretenido, pero no es importante para entender que hacen con los divisores de voltaje. Si estas interesado, preparate para divertirse con la Ley de Ohm y Algebra.

Entonces que sucede si intentamos medir el voltaje que existe en Vout? Cmo podra la Ley de Ohm aplicarse para crear una frmula para calcular el voltaje ah? Asumamos que conocemos los valores de Vin, R1, y R2, entonces saquemos nuestra ecuacin de Vout en trmino a esos valores.

Qu Bueno! Conocemos el valor de R2, pero, Qu ocurre con I2? Ese es un valor desconocido, pero sabemos un poco sobre l. Podemos asumir (y esto es una asuncin bastante grande) que I1 es equivalente a I2. Bueno, Eso cmo nos ayuda? Ya veremos eso. Nuestro circuito ahora se ve as, donde I es igual a I1 y I2.

Que sabemos sobre Vin? Bueno, Vin es el voltaje que circula a travs de ambas resistencias R1 y R2. Esas resistencias estn en serie. Las resistencias en serie se suman y forman un valor, por lo tanto podramos decir que:

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Muchas veces, cuando trabajamos con Arduinos, nos encontramos en la situacin de tener que usar algn sensor que en lugar de 5v utilizar 3.3v. Una manera sencilla y efectiva de bajar la tensin o voltaje, es utilizando lo que se llama un divisor de voltaje. En este instructable muestro como hacerlo

En la foto se muestra el circuito. Como ven, son dos resistencias una despus de otra. Por un lado se conecta la corriente de entrada Vin, y por el otro la tierra GND. Justo en el medio de las dos resistencias se conecta un cable, y de all el voltaje de salida es una fraccin que viene dada por la formula que ven en la foto que sigue.

Lo ms sencillo es utilizar 3 resistencias de 10K Ohmn (que son muy comunes en kits de Arduino). Como se muestra en la foto, nuestro circuito se hace colocando en serie (uno despus de otro) las tres resistencias. En la siguiente foto se muestran los clculos para ver si nos sirve. Noten como, cuando se colocan las resistencias en serie, simplemente se suman.

Con ese circuito simple se puede construir un cable especial para poder hacer las conexiones fcilmente. Arduino tiene una salida de 3.3v, sin embargo hay otras placas que no lo tienen, o si se tiene una fuente de poder de 5v y hay que alimentar una placa de 3.3v.

CUIDADO: Funciona bien, pero puede tener efecto importante en el resto del circuito. Es decir si la carga que ocupa el sensor de 3.3v es muy alta, y excede lo que el resistor 1 puede manejar, se va a sobrecalentar.

Un divisor de voltaje, es un arreglo de 2 impedancias, comnmente resistencias que dividen el voltaje y la corriente de salida. La divisin es proporcional a las resistencias involucradas en el divisor. Un divisor de voltaje se configura para tener una salida de potencial determinada, esta se puede calcular con una simple ecuacin o formula.

La salida en voltaje de un divisor sirve solamente como una referencia de voltaje. Puede parecer interesante, aplicar nuestro divisor como fuente de voltaje, sin embargo no es recomendable. La resistencia que va a tierra forma un paralelo con la resistencia de carga lo cual modifica el voltaje de la entrada de la carga. Usualmente los divisores como fuentes se implementan en conjunto con diodos zener y/o amplificadores operacionales. Esto considerando aplicaciones bsicas. La configuracin bsica de un divisor de voltaje es la siguiente, en donde por convencin vamos a llamar R1 y R2 a las resistencias. R1 la que va a la fuente y R2 la que va a tierra. Vi es el voltaje de entrada y Vo es el de salida del divisor.

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