Qué es la regla del divisor de tensión: ejemplos y aplicaciones

En electrónica, el divisor de tensión es un circuito electrónico sencillo y muy importante que se utiliza para transformar una tensión alta en una tensión baja. Utilizando sólo una tensión i/p y dos resistencias en serie, podemos obtener una tensión o/p. En este caso, la tensión de salida es una fracción de ese i/p. El mejor ejemplo de divisor de tensión son dos resistencias conectadas en serie. Cuando la tensión i/p se aplica a través del par de resistencias, la tensión o/p se genera por la conexión entre ellas. Normalmente, estos divisores se utilizan para reducir la magnitud de la tensión o para crear una tensión de referencia y, a bajas frecuencias, como atenuadores de la señal. Para corriente continua y frecuencias relativamente bajas, un divisor de tensión puede ser perfecto si sólo está formado por resistencias; cuando se requiere una respuesta en frecuencia en un amplio rango.


¿Qué es la regla del divisor de tensión?

Definición: En el campo de la electrónica, un divisor de tensión es un circuito básico utilizado para generar una parte de la tensión de entrada como salida. Este circuito se puede diseñar con dos resistencias o cualquier otro componente pasivo junto con una fuente de tensión. Las resistencias del circuito pueden conectarse en serie, mientras que una fuente de tensión se conecta a estas resistencias. Este circuito también se llama divisor de potencial. La tensión de entrada puede transmitirse entre las dos resistencias del circuito para que se produzca la división de la tensión.

¿Cuándo utilizar la regla del divisor de tensión?

La regla del divisor de tensión se utiliza para resolver circuitos para simplificar la solución. El concepto principal de la regla del divisor de tensión es: «La tensión se divide entre dos resistencias conectadas en serie en proporción directa a su resistencia». El divisor de tensión consta de dos partes importantes: el circuito y la ecuación.

Diagramas de diferentes divisores de tensión

Un divisor de tensión comprende una fuente de tensión a través de una serie de dos resistencias. Puedes ver los diferentes circuitos de tensión dibujados de diferentes maneras, como se muestra a continuación. Pero estos circuitos deben ser siempre los mismos.

Diagrama del divisor de tensión

En los distintos circuitos divisores de tensión mostrados anteriormente, la resistencia R1 está más cerca de la tensión de entrada Vin y la resistencia R2 está más cerca del terminal de tierra. La caída de tensión a través de la resistencia R2 se llama Vout y es la tensión dividida del circuito.

Cálculo del divisor de tensión

Considera el siguiente circuito conectado con dos resistencias R1 y R2. La resistencia variable se conecta a la fuente de tensión. En el siguiente circuito, R1 es la resistencia entre el contacto deslizante de la variable y el terminal negativo. R2 es la resistencia entre el terminal positivo y el contacto deslizante. Esto significa que las dos resistencias R1 y R2 están en serie.

Regla del divisor de tensión con dos resistencias
Regla del divisor de tensión con dos resistencias

La ley de Ohm establece que V=IR

A partir de la ecuación anterior, podemos obtener las siguientes ecuaciones

V1

V2

Aplicación de la ley de tensión de Kirchhoff

El KVL establece que cuando la suma algebraica de tensiones alrededor de una trayectoria cerrada en un circuito es igual a cero.

-V

V

Por tanto,

V

Entonces

i

Sustituyendo III en las ecuaciones I y II

V1

V

V2

V

El circuito anterior muestra el divisor de tensión entre las dos resistencias, que es directamente proporcional a su resistencia. Esta regla del divisor de tensión puede extenderse a los circuitos diseñados con más de dos resistencias.

Regla del divisor de tensión con tres resistencias
Regla del divisor de tensión con tres resistencias

Regla del divisor de tensión para el circuito anterior de dos resistencias

V1

V2

V3

V4

Ecuación del divisor de tensión

La ecuación de la regla del divisor de tensión se acepta cuando se conocen los tres valores del circuito anterior, es decir, la tensión de entrada y los valores de las dos resistencias. Utilizando la siguiente ecuación, podemos encontrar la tensión de salida.

Lee:  Modulación por ancho de pulso (PWM)

Vout=Vin. R2/R1+R2

La ecuación anterior establece que Vout (tensión o/p) es directamente proporcional a Vin (tensión de entrada) y a la relación de las dos resistencias R1 y R2.

Divisor de tensión resistivo

Se trata de un circuito muy sencillo que es fácil de diseñar y entender. El tipo básico de circuito divisor de tensión pasivo puede realizarse con dos resistencias conectadas en serie. Este circuito utiliza la regla del divisor de tensión para medir la caída de tensión a través de cada resistencia en serie. A continuación se muestra el circuito divisor de tensión resistivo.

En el circuito divisor resistivo, las dos resistencias R1 y R2 están conectadas en serie. Por tanto, el flujo de corriente en estas resistencias será el mismo. Por tanto, hay una caída de tensión (I*R) en cada resistencia.

Tipo de resistencia
Tipo resistivo

Mediante una fuente de tensión, se aplica a este circuito una tensión de alimentación. Aplicando el KVL y la ley de Ohm a este circuito, podemos medir la caída de tensión a través de la resistencia. Entonces, el flujo de corriente en el circuito puede darse de la siguiente manera

Aplicando la ley de KVL

VS = VR1 + VR2

Según la ley de Ohm

VR1 = I x R1

VR2 = I x R2

VS = I x R1 + I x R2 = I( R1+R2)

I = VS/ R1+R2

El flujo de corriente por el circuito en serie es I = V/R según la Ley de Ohm. Por tanto, el flujo de corriente es el mismo en ambas resistencias. Así que ahora podemos calcular la caída de tensión a través de la resistencia R2 en el circuito

IR2 = VR2/R2

Vs/( R1+R2)

VR2 = Vs (R2/ R1+R2)

Del mismo modo, la caída de tensión a través de la resistencia R1 puede calcularse como sigue

IR1 = VR1/R1

Vs/( R1+R2)

VR1 = Vs (R1/ R1+R2)

Divisores de tensión capacitivos

Los circuitos divisores de tensión capacitivos generan caídas de tensión en los condensadores conectados en serie a una alimentación de CA. Suelen utilizarse para reducir las tensiones extremadamente altas y proporcionar una señal de salida de baja tensión. Actualmente, estos divisores encuentran aplicación en tabletas, teléfonos móviles y dispositivos de visualización basados en pantallas táctiles.

A diferencia de los circuitos divisores de tensión resistivos, los divisores de tensión capacitivos funcionan con una corriente alterna sinusoidal porque la división de la tensión entre los condensadores puede calcularse con la ayuda de la reactancia del condensador (XC) que depende de la frecuencia de la alimentación de CA.

Tipo capacitivo
Tipo capacitivo

La fórmula de la reactancia capacitiva puede derivarse como sigue

Xc = 1/ 2πfc

Dónde:

Xc = Reactancia capacitiva (Ω)

π = 3,142 (una constante numérica)

ƒ = Frecuencia medida en Hertz (Hz)

C = Capacidad medida en Farad (F)

La reactancia de cada condensador puede medirse a partir de la tensión y la frecuencia de CA y sustituirse en la ecuación anterior para obtener las caídas de tensión equivalentes en cada condensador. A continuación se muestra el circuito divisor de tensión capacitivo.

Utilizando estos condensadores conectados en serie, podemos determinar la caída de tensión eficaz a través de cada condensador en términos de reactancia cuando se conecta a una fuente de tensión.

Xc1 = 1/ 2πfc1 y Xc2 = 1/ 2πfc2

XCT = XC1 + XC2

VC1 = Vs(XC1/ XCT)

VC2 = Vs(XC2/ XCT)

Los divisores capacitivos no permiten la entrada de corriente continua.

Una ecuación capacitiva simple para una entrada de CA es

Vout = (C1/C1+C2).Vin

Divisores de tensión inductivos

Los divisores de tensión inductivos crean caídas de tensión entre bobinas o inductores conectados en serie en una alimentación de CA. Constan de una sola bobina o devanado que se separa en dos partes cuando una de ellas recibe tensión o/p.

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El mejor ejemplo de un divisor de tensión inductivo de este tipo es el autotransformador, que incluye varios puntos de toma en su devanado secundario. Un divisor de tensión inductivo entre dos inductores puede medirse a través de la reactancia del inductor denotada XL.

Tipo inductivo
Tipo inductivo

La fórmula de la reactancia inductiva puede derivarse como sigue

XL = 1/ 2πfL

xL» es una reactancia inductiva medida en Ohm (Ω)

π = 3,142 (una constante numérica)

ƒ’ es la frecuencia medida en Hertz (Hz)

«L» es la inductancia medida en Henrios (H)

La reactancia de los dos inductores puede calcularse una vez que conozcamos la frecuencia y la tensión de la alimentación de CA y la utilicemos mediante la ley del divisor de tensión para obtener la caída de tensión a través de cada inductor, como se muestra a continuación. El circuito divisor de tensión inductivo se muestra a continuación.

Utilizando dos inductores conectados en serie en el circuito, podemos medir la caída de tensión eficaz en cada condensador en términos de reactancia cuando se conecta a una fuente de tensión.

XL1 = 2πfL1 & XL2 = 2πfL2

XLT = XL1 + XL2

VL1 = Vs (XL1/ XLT)

VL2 = Vs (XL2/ XLT)

La entrada de CA puede dividirse mediante divisores inductivos según la inductancia:

Vout = (L2/L1+L2)* Vin

Esta ecuación se refiere a inductores no interactivos y la inductancia mutua en un autotransformador cambiará los resultados. La entrada de CC puede dividirse por la resistencia de los elementos según la regla del divisor resistivo.

Ejemplos de problemas de divisores de tensión

Los problemas de ejemplo sobre divisores de tensión pueden resolverse utilizando los circuitos resistivos, capacitivos e inductivos mencionados anteriormente.

1). Supón que la resistencia total de una resistencia variable es de 12 Ω. El contacto deslizante se sitúa en un punto donde la resistencia se divide en 4 Ω y 8 Ω. La resistencia variable se conecta a una pila de 2,5 V. Examinemos la tensión que aparece en el voltímetro conectado a la sección de 4 Ω de la resistencia variable.

Según la regla del divisor de tensión, las caídas de tensión serán

Vout= 2,5Vx4 Ohm/12Ohm=0,83V

2). Cuando los dos condensadores C1-8uF y C2-20uF están conectados en serie en el circuito, es posible calcular las caídas de tensión RMS en cada condensador cuando se conecta a una fuente de alimentación RMS de 80 Hz y 80 voltios.

Xc1 = 1/ 2πfc1

1/2×3,14x80x8x10-6 = 1/4019,2×10-6

=248,8 ohmios

Xc2 = 1/ 2πfc2

1/2×3,14x80x20x10-6 = 1/10048 x10-6

= 99,52 ohmios

XCT = XC1 + XC2

= 248.8 + 99.52 = 348.32

VC1 = Vs (XC1/ XCT)

80 (248.8/348.32) = 57.142

VC2 = Vs (XC2/ XCT)

80 (99.52/348.32) = 22.85

3). Cuando los dos inductores L1-8 mH y L2- 15 mH están conectados en serie, es posible calcular la caída de tensión RMS en cada condensador cuando se conecta a la fuente de alimentación de 40 voltios y 100 Hz RMS.

XL1 = 2πfL1

= 2×3,14x100x8x10-3 = 5,024 ohmios

XL2 = 2πfL2

= 2×3,14x100x15x10-3

9.42 ohmios

XLT = XL1 + XL2

14.444 ohmios

VL1 = Vs (XL1/ XLT)

= 40 (5,024/14,444) = 13,91 voltios

VL2 = Vs (XL2/ XLT)

= 40 (9,42/14,444) = 26,08 voltios

Puntos de toma de tensión en una red divisora

Cuando en un circuito se conectan varias resistencias en serie a una fuente de tensión Vs, se pueden considerar varios puntos de toma de tensión A, B, C, D y E

La resistencia total del circuito puede calcularse sumando todos los valores de resistencia, por ejemplo, 8+6+3+2= 19 kilo-ohmios. Este valor de resistencia limitará el flujo de corriente en el circuito que genera la tensión de alimentación (VS).

Las diferentes ecuaciones utilizadas para calcular la caída de tensión a través de las resistencias son VR1 = VAB,

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VR2 = VBC, VR3 = VCD y VR4 = VDE.

Los niveles de tensión en cada punto de captación se calculan con respecto al terminal GND (0V). Por tanto, el nivel de tensión en el punto «D» será equivalente a VDE, mientras que el nivel de tensión en el punto «C» será equivalente a VCD + VDE. En este caso, el nivel de tensión en el punto «C» es la suma de las dos caídas de tensión en las dos resistencias R3 y R4.

Por tanto, seleccionando una serie de valores de resistencia adecuados, podemos crear una serie de caídas de tensión. Estas caídas de tensión tendrán un valor de tensión relativo que sólo se obtiene de la tensión. En el ejemplo anterior, cada valor de tensión o/p es positivo porque el terminal negativo de la fuente de alimentación (VS) está conectado al terminal de tierra.

Aplicaciones del divisor de tensión

El aplicaciones del divisor de votos incluyen lo siguiente.

  • El divisor de tensión sólo se utiliza en los casos en los que la tensión se regula dejando caer una tensión determinada en un circuito. Se utiliza principalmente en sistemas de este tipo en los que no es necesario tomar en serio la eficiencia energética.
  • En la vida cotidiana, el divisor de tensión se utiliza principalmente en los potenciómetros. Los mejores ejemplos de potenciómetros son los mandos de control de volumen de nuestros equipos de música, los transistores de las radios, etc. El diseño básico del potenciómetro tiene tres pines, como se muestra arriba. Dos clavijas están conectadas a la resistencia del interior del potenciómetro y la clavija restante está conectada a un contacto que funciona en la resistencia. Cuando se cambia el mando del potenciómetro, la tensión se manifiesta a través de los contactos estables y el contacto de limpieza según la regla del divisor de tensión.
  • Los divisores de tensión se utilizan para ajustar el nivel de la señal, para medir la tensión y para polarizar los dispositivos activos en los amplificadores. Un multímetro y un puente de Wheatstone incluyen divisores de tensión.
  • Los divisores de tensión pueden utilizarse para medir la resistencia del sensor. Para formar un divisor de tensión, el sensor se conecta en serie con una resistencia conocida y se aplica una tensión conocida a través del divisor. El convertidor analógico-digital del microcontrolador se conecta a la toma central del divisor para poder medir la tensión de la toma. Utilizando la resistencia conocida, se puede calcular la resistencia del sensor de la tensión medida.
  • Los divisores de tensión se utilizan para la medición de sensores, la medición de la tensión, el cambio de nivel lógico y el ajuste del nivel de la señal.
  • Por lo general, el divisor de resistencias se utiliza principalmente para producir tensiones de referencia, o para reducir la magnitud de la tensión con el fin de simplificar la medición. Además, estas resistencias funcionan como atenuadores de la señal de baja frecuencia
  • Se utiliza en caso de frecuencias extremadamente bajas y de corriente continua
  • Divisor de tensión capacitivo utilizado en la transmisión de energía para compensar la capacitancia de la carga y medir la alta tensión.

Todo esto es sobre la división de la tensión esta regla es aplicable tanto a las fuentes de tensión de CA como de CC. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto o sobre los proyectos de electrónica y electricidad, por favor, aporta tu opinión comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la función principal de la regla del divisor de tensión?

Javired
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