El divisor de tensión

Resistencias

El divisor de tensión o divisor de voltaje es uno de los circuitos básicos más usados en electrónica. Se utiliza para diversos fines, pero en electrónica digital es muy útil a la hora de ajustar voltajes entre componentes. Por ejemplo, si queremos usar un sensor que funciona 3.3V y conectarlo a un Arduino que trabaja con 5V, necesitamos una forma de ajustar ese voltaje. Esto es sólo un ejemplo de sus múltiples usos, pero nos da una idea de la importancia que tiene.

Básicamente, el divisor de tensión es un circuito con dos resistencias en serie, tal como se muestra en el siguiente esquemático.

Esquemático divisor de tensión sin carga

¿Cómo consigue este circuito ajustar la tensión? Vamos a hacer unos cálculos sencillos para ver cómo funciona. Queremos saber qué tensión hay en la salida Vout, pero para ello tenemos que calcular la caída de tensión que hay en R1. Vamos a calcularla.

Formila 1

 

La resistencia R1 es de 10Ω, pero tenemos que calcular la intensidad, lo que podemos hacer con

Formula 2

 

 

Ya que R1 y R2 están en serie, se suman sus resistencias.

Ahora sustituimos I en la fórmula:

Formula 3

 

 

Así pues, sustituyendo con los valores del esquemático, nos queda:

Formula 5

 

 

Por lo tanto, la caída de tensión en R1 es de 2.5V.

Comprobamos con el polímetro si las leyes de nuestro amigo Ohm funcionan.

Divisor de tensión sin carga

 

Parece que por ahora todo es correcto. La tensión de Vout es la mitad de la tensión de alimentación. En general, si R1 y R2 son iguales, la tensión Vout será siempre la mitad de la tensión de alimentación, independientemente de los valores de las resistencias, ya que si R1=R2, tenemos que:

Formula 5

 

 

Vale, entonces da igual los valores de R1 y R2, pero ¿Cuáles uso? ¿seguro que no hay diferencia?

El divisor de tensión que acabamos de analizar es ideal, es decir, no hay nada conectado a Vout, pero ¿se comportará igual el divisor si conectamos un circuito a Vout? Vamos a probar a poner una resistencia de carga R3 de 10Ω. Esta resistencia de carga simula la resistencia de un circuito secundario que estaría conectado a Vout (por ejemplo un sensor o una patilla de tu Arduino).

divisor2_esquemático

Si medimos con el polímetro nos llevamos una no muy grata sorpresa. Hay que tener en cuenta que estamos midiendo entre el nodo donde se unen R1, R2 y la salida Vout. Es decir, la caída de tensión entre R2 y tierra. Por lo tanto, según la medición que acabamos de hacer, en Vout debe de haber 5V – 1,7V = 3.3V ¿Qué ha ocurrido?

Divisor de tensión con carga 10ohm

 

En realidad la respuesta es sencilla. R2 y R3 están en paralelo, así que la resistencia equivalente es:

Formula 6

 

 

Sustituyendo valores tenemos:

Formula 8

 

 

Así que volvemos a calcular la caída de tensión en R1 teniendo en cuenta que R2|R3=5Ω.

Formula 8

 

 

Por lo tanto en Vout tenemos 3.3V, como esperábamos. Como hemos medido entre el nodo donde se unen R1 y R2, el polímetro nos da la caída de voltaje en R2|R3, que será 5V – 3.3V = 1.7V, que es aproximadamente el valor que habíamos medido. De camino ahora sabemos que usando los valores R1=10Ω y R2=5Ω, obtenemos una tensión en Vout de 3.3V, que es la tensión que usan muchos sensores y algunos microcontroladores. Por supuesto, esta no es la única combinación de valores que nos permiten obtener esta tensión.

Sin embargo, nuestro modelo de divisor de tensión no parece muy útil ahora. Sigamos experimentando: cambiamos R3 por una resistencia de 100KΩ y calculamos la nueva resistencia equivalente R2|R3:

Formula 9

 

 

Esquemático divisor de tensión con carga 100K

Ahora la resistencia equivalente es similar a la resistencia R2 original, así que Vout debería de ser de nuevo la mitad de la tensión de alimentación (2.5V). Comprobamos con el polímetro.

Divisor de tensión con carga de 100Kohm

 

Así pues, como ya dije antes, la combinación de valores de R1 y R2 puede ser cualquiera cuya relación permita obtener el valor de tensión deseado, pero hay que tener en cuenta la resistencia de carga. Como regla general, esta resistencia tiene que ser mucho mayor que la de las resistencias R1 y R2. La resistencia de carga debe ser de un orden mayor a éstas. Por ejemplo, si R1 y R2 son del orden de los Ohmios, la resistencia de carga debe estar en el orden de los Kilo ohmios. Si respetamos esta regla, todo debería funcionar bien.

¡CUIDADO! Los divisores de tensión no sirven para alimentar un circuito. Es tentador usarlo para ajustar la tensión de alimentación, pero esto no debe hacerse nunca. Las resistencias disipan mucha energía en forma de calor, lo que pueden producir problemas. Sin tener en cuenta lo poco eficiente que es este método. Para ajustar una corriente de alimentación es mejor usar un regulador de tensión.

 

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