Um divisor de tensão é um circuito simples que transforma uma tensão grande em uma menor. Usando apenas dois resistores em série e uma tensão de entrada, podemos criar uma tensão de saída que é uma fração da entrada. Os divisores de tensão são um dos circuitos mais fundamentais da eletrônica. Se aprender a lei de Ohm era como ser apresentado ao ABCD, aprender sobre divisores de tensão seria como aprender a soletrar gato.
Divisor de tensão ideal
Existem duas partes importantes no divisor de tensão, o circuito e a equação.
O circuito
Um divisor de tensão envolve a aplicação de uma fonte de tensão em uma série de dois resistores. Você pode ver algumas formas diferentes, mas elas devem sempre ser essencialmente o mesmo circuito.
Vamos chamar a resistência mais próxima da tensão de entrada (Vin) de R1 , e o resistor mais próximo à terra de R2. A queda de tensão em R2 é chamado Vout. Isso é tudo o que há no circuito. Lembrando que Vout é a nossa tensão dividida. Isso é o que acabará sendo uma fração da tensão de entrada.
A equação
A equação do divisor de tensão assume três valores do circuito acima, a tensão de entrada (Vin), e ambos os valores de resistência (R1 e R2). Dados esses valores, podemos usar esta equação para encontrar a tensão de saída (Vout).
Esta equação determina que a tensão de saída é diretamente proporcional à tensão de entrada e a razão de R1 e R2.
Simplificações
Existem algumas generalizações que é bom ter em mente ao usar divisores de tensão. Estas são simplificações que tornam a avaliação de um circuito de divisão de tensão um pouco mais fácil.
Primeiro, se R2 e R1 são iguais, a tensão de saída é metade da entrada. Isso é verdade independentemente dos valores dos resistores.
Se R2 é muito maior, pelo menos uma ordem de magnitude, do que R1 , então a tensão de saída vai ser muito próxima da entrada. Haverá pouca tensão em R1.
Por outro lado, se R2 é muito menor do que R1, a tensão de saída será minúscula em comparação com a entrada. A maior parte da tensão de entrada estará em R1.
Divisores de tensão na pratica
Os divisores de tensão têm inúmeras aplicações, estão entre os circuitos mais comuns utilizados pelos engenheiros elétricos e eletrônicos. Aqui estão apenas alguns dos muitos lugares em que você encontrará divisores de tensão.
Potenciômetros
Um potenciômetro é um resistor variável que pode ser usado para criar um divisor de tensão ajustável.
Em um potenciômetro, internamente há um único resistor e um “limpador”, que cortam o resistor em dois e se movem para ajustar a proporção entre as duas metades. Externamente, geralmente existem três pinos: dois pinos se conectam a cada extremidade do resistor, enquanto o terceiro se conecta ao “limpador”.
Se os pinos externos forem ligados a uma fonte de tensão, um à terra, o outro a Vin, a saída, Vout no pino do meio vai imitar um divisor de tensão. Se você colocar o potenciômetro para um dos lados, a tensão pode ser que seja zero, já se você colocar para o outro lado, a tensão de saída se aproxima da entrada.
Com o ajuste centralizado significa que a tensão de saída será metade da entrada. Os potenciômetros vêm em uma variedade de pacotes e têm muitas aplicações próprias. Eles podem ser usados para criar uma tensão de referência, ajustar estações de rádio , medir a posição em um joystick ou em várias outras aplicações que requerem uma tensão de entrada variável.
Sensores resistivos de leitura
Muitos sensores no mundo real são simples dispositivos resistivos. Uma fotocélula é um resistor variável, que produz uma resistência proporcional à quantidade de luz que ele sente. Outros dispositivos, como sensores flexíveis, resistores sensíveis à força e termistores, também são resistores variáveis. Adicionando outro resistor aos sensores resistivos, podemos criar um divisor de tensão.
Uma vez que a saída do divisor de tensão é conhecida, podemos voltar e calcular a resistência do sensor. Por exemplo, a resistência da célula fotoelétrica varia entre 1kΩ na luz e cerca de 10kΩ no escuro. Se combinarmos isso com uma resistência estática em algum lugar no meio, digamos 5,6kΩ, podemos obter uma ampla faixa do divisor de tensão que eles criam.
Um balanço de cerca de 2,45V do claro ao escuro. Muita resolução para a maioria dos ADCs!
Mudança de nível
Sensores mais complicados podem transmitir suas leituras usando interfaces seriais mais pesadas, como UART, SPI ou I2C. Além disso, muitos desses sensores operam em uma voltagem relativamente baixa, a fim de economizar energia. Infelizmente, não é incomum que esses sensores de baixa voltagem estejam fazendo interface com um microcontrolador operando com uma voltagem mais alta do sistema. Consequentemente, isso leva a um problema de mudança de nível, que tem várias soluções, incluindo a divisão de tensão.
Por exemplo, um acelerômetro ADXL345 permite uma tensão máxima de entrada de 3.3V, portanto, se você tentar fazer a interface com um Arduino, suponha que esteja operando a 5V, será necessário fazer algo para reduzir esse sinal de 5V para 3.3V. Divisor de tensão entra em ação! Tudo o que é necessário é um par de resistores cuja relação dividirá um sinal de 5V para cerca de 3,3V. Resistores na faixa de 1kΩ a 10kΩ geralmente são os melhores para essa aplicação.
Lembre-se de que esta solução funciona apenas em uma direção, ou seja, um divisor de tensão sozinho nunca poderá aumentar uma tensão mais baixa.
Nunca faça isso
Por mais tentador que seja usar um divisor de tensão para diminuir, por exemplo, uma fonte de alimentação de 12V a 5V, divisores de tensão não devem ser usados para fornecer energia a uma carga.
Qualquer corrente que a carga exigir também terá que passar pelo R1. Portanto, a corrente e a tensão através de R1 são dissipadas na forma de calor. Consequentemente, se essa energia exceder a classificação do resistor, geralmente entre ⅛W e 1W, o calor começará a se tornar um grande problema, potencialmente derretendo o resistor.
Basicamente, não use um divisor de tensão como fonte de tensão para qualquer coisa que exija uma quantidade modesta de energia. Portanto, se você precisar diminuir a tensão para usá-la como fonte de alimentação, consulte reguladores de tensão ou fontes de comutação.
Lei de OHM e o divisor de tensão
Nesta seção, avaliaremos como aplicar a lei de Ohm para produzir a equação do divisor de tensão. Este é um exercício divertido, mas não é muito importante para entender o que os divisores de tensão fazem. Se você estiver interessado, prepare-se para alguns momentos divertidos com a lei e a álgebra de Ohm.
Avaliando o circuito
Então, e se você quisesse medir a tensão na saída Vout? Como podemos aplicar a lei de Ohm para criar uma fórmula que calcula a tensão? Vamos supor que nós sabemos os valores de Vin, R1 e R2 , então vamos buscar o nosso Vout em termos desses valores. Vamos começar desenhando as correntes no circuito, I1 e I2.
Nosso objetivo é calcular Vout , e se aplicássemos a lei de Ohm a essa tensão? Fácil, há apenas um resistor e uma corrente envolvidos.
Sabemos o valor de R2, mas o que dizer I2? Esse é um valor desconhecido, mas sabemos um pouco sobre isso. Podemos assumir e isso acaba sendo uma grande suposição que I1 é equivalente a I2. Tudo bem, mas isso nos ajuda? Se liga na ideia. Nosso circuito agora se parece com isso, onde I1 e I2 são iguais.
O que sabemos sobre o Vin? Bem, Vin é a tensão através de ambas as resistências R1 e R2. Esses resistores estão em série. Os resistores em série somam um valor, então podemos dizer.
E, por um momento, podemos simplificar o circuito.
A lei de Ohm é a mais básica! Vin = I * R. Que, se nos analisarmos R é igual a R1 + R2.
Logo irá se obter,
E essa, é a equação do divisor de tensão! A tensão de saída é uma fração da tensão de entrada, e a fração é de R2 dividido pela soma de R1 e R2.
Conclusão
Agora que você tem a essência de um dos circuitos mais comuns em eletrônica, certamente há um mundo de coisas novas para aprender. Além disso, espero que esse tutorial tenha contribuído com os seus estudos. Em resumo, caso tenha alguma dúvida ou sugestão quanto a esse tutorial, não hesite em deixar um comentário abaixo.
