Divisores de Tensão

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Os Divisores de Tensão são circuitos comumente empregados em projetos eletrônicos. Normalmente são encontrados em circuitos onde se necessita de uma atenuação ou variação de tensão para um uso especifico. Muitas vezes analisando um problema ou estudando um circuito nos deparamos com eles, visto que entre circuitos há permanente troca de informações, quase sempre, sob a forma de tensões variáveis.

Por isso, se entendermos como funcionam os divisores de tensão, saberemos como localizar em circuitos que estivermos estudando e o que é melhor, saberemos com aplicar com maior facilidade em nossos projetos com microcontroladores.

Os divisores de tensão são comumente encontrados em:

  • Circuitos com sensores resistivos (sensor de luz (LDR), sensor de temperatura, etc);
  • Circuitos com potenciômetros;
  • Circuitos redução da voltagem para alimentar outro componente,
  • e muitas outras.

O calculo do divisor de tensão é relativamente simples, e uma dica prática pode ajudar a facilitar ainda mais.

Neste artigo vamos estudar o funcionamento básico, suas características comuns, seus tipos, aplicações. Com esse conhecimento estaremos preparados para nossos artigos futuros no qual vamos mostrar vários projetos, entre eles um leitor digital da tensão de uma fonte variável, usando o conversor analógico digital do microcontrolador PIC e um display de sete segmentos.

Os Divisores de Tensão – Um pouco de Teoria

Para entender como funcionam esses circuitos vamos recordar um pouco da Eletrônica Básica. Duas teorias que precisamos saber bem são: a Lei de Ohm e a Lei Kirchhoff.

 LEI_DE_OHM2

Numa associação serie de resistores podemos obter uma fração, em cada resistor, da tensão total aplicada ao circuito.

Aí vem a outra teoria que devemos entender, que é a Lei de Kirchhoff para a tensão, também chamada de LKT.

LEI DE KIRCHHOFF

A Lei de Kirchhoff das Tensões diz basicamente que: 

“A TENSÃO APLICADA A UM CIRCUITO É IGUAL A SOMA DAS QUEDAS DE TENSÃO NESSE CIRCUITO.”

Figura 3

Agora podemos dizer que o divisor de tensão é a distribuição da tensão que alimenta um circuito em partes dessa mesma tensão, ou seja, o divisor divide a tensão em partes proporcional ao valor de cada resistor no circuito ou nessa malha.

O uso prático dos divisores de tensão

No prática desejamos obter uma tensão intermediaria entre a tensão máxima da fonte e a tensão de referencia ou terra. A forma mais comum é dividir essa tensão entre dois resistores, como mostra abaixo:

v_out

“É comum vermos chamar o resistor, R1, de resistor de cima e o resistor, R2, de resistor de baixo. A tensão no resistor de baixo é considerada a tensão de saída, visto que é a que nos interessa.”

Figura 6

Figura 4

Como a distribuição da tensão é proporcional ao valor do resistor, e a soma das voltagens é a tensão total, temos que a soma dos percentuais de cada um corresponde aos 100% da tensão total.

Também nos resistores podemos dividir em percentuais. Por exemplo:

  • Se quisermos dividir a tensão V em duas partes iguais, colocamos 50% da resistência total, para R1 e 50% da resistência total para R2;
  • Se quisermos distribuir a tensão em 30% e 70%, colocamos 30% da resistência total em R1 e 70% da resistência total em R2.

 

Vamos ver um exemplo prático:

No divisor abaixo temos uma tensão Vcc de 10V, a tensão de saída, Vout, é de 50% da tensão de Vcc, pois os dois resistores são iguais.

v_porcent

Mas no dia a dia, desejamos obter uma tensão específica, então usamos uma Regra de Três Simples para achar o percentual da resistência total que temos que colocar. Vejamos na figura:

Figura 8

Devemos ter 30% do valor da resistência total, aplicada no Resistor de Baixo, que, em valores de resistores comerciais pode ser: 2,7K,  3K ou 3,3K.

Os outros 70% do valor da resistência total, aplicamos no Resistor de Cima, que em valores comerciais teremos; 7,2K ou 7,4 K.

“Mas atenção , ao atribuir valores dos resistores baseados apenas na proporcionalidade devemos ter cuidado com a corrente que circula no circuito. A seguir vamos ver o comportamento da corrente nos divisores de tensão.”

A Corrente nos Divisores de Tensão

Com relação a corrente os divisores de tensão podem ser Com Carga e Sem Carga.

Divisor de Tensão sem Carga

Dizemos que um divisor de tensão é sem carga quando a corrente de saída ou de carga é nula. Esse caso é muito aplicado em circuitos onde a impedância de entrada é muito alta, ou seja, para o divisor a resistência da carga é alta, não influenciando na característica do mesmo. Um exemplo são aplicações com Amplificadores Operacionais. Um artigo especial no nosso Blog vai falar sobre os Amplificadores Operacionais e seu uso com microcontroladores.

Já no caso de aplicações com Microcontroladores, devemos ter em conta a impedância de entrada dos dispositivos, como os conversores analógico digital (ADC). O microcontrolador PIC 18F877, por exemplo, tem impedância relativamente baixa, e recomenda que a impedância do circuito fonte deve ser de no máximo 2,5K.

A figura abaixo mostra o circuito do divisor de tensão sem carga, mais ou menos como acontece num amplificador operacional.

corrente_s_carga

Divisor de Tensão com Carga

Nos divisores de tensão com carga, parte da corrente sobre o resistor de baixo vai ser  drenada para a carga, ou seja, a carga influencia no comportamento do circuito, como mostra a figura abaixo. Nesse caso a resistência debaixo, R2, vai ser agora a resistência equivalente da associação paralela entre R2 e a resistência da carga.

corrente_c_carga

Como a resistência equivalente em paralelo tende a ser menor que a menor resistência da associação, a  resistência total tende a cair. Assim pela Lei Ohm, I=V/R, a corrente tende a aumentar, o que pode sobrecarregar a fonte. Nesse caso convém colocar um resistor em série com a saída do divisor.

Outro problema nesse caso é que a corrente de saída do divisor influencie no seu circuito final, ou seja, a carga, fornecendo mais corrente ou menos.

Os Divisores de Tensão Variável

Os divisores de tensão são encontrados de forma fixa e variável.

Divisor de Tensão Fixo

Os fixos são os que estudamos acima, a tensão de saída se mantém fixa com o tempo.

Divisor de Tensão Variável

Já os divisores de tensão variáveis, que são os mais usados, a tensão de saída varia através da variação de um dos resistores, normalmente o resistor debaixo, R2, conforme a figura abaixo. Há também casos em que a variação se dá pela tensão de entrada. Casos em que vamos ver mais a frente.

r_variavel

Um potenciômetro é um caso clássico de divisor de tensão variável, com uma tensão de saída que é uma porcentagem da tensão de entrada. A tensão de saída é proporcional a posição do contato móvel do pot. O valor nominal do potenciômetro é a resistência total do divisor. A tensão de saída é tomada entre o ponto de referencia e o contato móvel.

download pote

Uma vantagem do divisor de tensão variável é poder ajustar de modo contínuo quaisquer tensão entre a 0 e o valor da tensão de entrada.

Um tipo de divisor de tensão variável também pode ser encontrado, onde nem o resistor de cima, R1, nem o resistor de baixo, R2, variam. Nesse caso quem varia é a tensão de entrada. Neste tipo de divisor a proporção entre os resistores permanece inalterado, no entanto, variando a tensão de entrada, a tensão de saída irá variar na mesma proporção. Um aplicação prática para esse caso é a que vamos encontrar em nosso projeto. Uma fonte variável, de 12 V, terá sua tensão de saída lida pelo nosso circuito conversor analógico digital. Um divisor foi calculado para fornecer uma tensão máxima de 5 V. A tensão de saída da fonte pode variar de 0 a 12 V, e a tensão de saída do divisor varia de 0 a 5 V.

Exemplo de Aplicação de Divisores de Tensão

Agora vamos apresentar alguns exemplos de circuitos com divisores de tensão. São circuitos práticos com valores reais, que inclusive podem ser usados em projetos, com a devida adequação, se necessário.

Circuito que faz a tomada de uma tensão da fonte e gera uma saída no divisor de tensão

Figura 15

Circuito que faz a tomada de uma tensão da fonte e gera uma saída no divisor de tensão

Figura 13

Projeto com Microcontrolador PIC

Num novo Post futuramente vamos montar um projeto prático que consistirá na montagem de um circuito experimental de um divisor de tensão com potenciômetro. Para digitalizar o valor da tensão será usado o conversor analógico digital do microcontrolador PIC 16F876, que mostrará também no display de sete segmentos. Portanto fique ligado e confira em outro artigo no nosso Blog.

Figura 16

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Circuitos Básicos em Eletricidade e Eletrônica, TUCCI-BRANDASSI. Editora Nobel.

Eletronica, MALVINOS.

http://www.newtoncbraga.com.br/

 Autor:

Daniel Cruz

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