Divisor de tensão é o nome dado a um circuito simples muito utilizado em eletrônica. Neste post vamos ver o que ele é, a fórmula para calcular os valores dos componentes, como usar um divisor de tensão e algumas aplicações usuais.
O que é um divisor de tensão?
Um divisor de tensão é um circuito elétrico usado para reduzir uma tensão de entrada mais alta para um valor menor. Basicamente, ele divide a tensão de entrada por um fator específico para obter a tensão desejada. Esse tipo de circuito é especialmente útil quando precisamos adaptar uma tensão para ser compatível com um componente, como um microcontrolador, que só opera com tensões mais baixas.
Já o divisor de corrente, por outro lado, distribui a corrente entre resistores conectados em paralelo, onde a corrente através de cada resistor é inversamente proporcional ao seu valor de resistência. Enquanto o divisor de tensão é utilizado para reduzir tensões, o divisor de corrente é usado para controlar como a corrente é compartilhada em um circuito.
É importante ressaltar que, nesse contexto, o foco principal está na tensão, assumindo-se que a corrente consumida pela tensão gerada é muito baixa (abordaremos esse ponto mais adiante).
O divisor de tensão é formado por dois resistores conectados em série, como mostra a imagem acima.
Como funciona um divisor de tensão?
Para entender como um divisor de tensão funciona, vamos analisar algumas propriedades fundamentais do circuito:
- Corrente Constante nos Resistores: A corrente que circula pelos dois resistores em série é a mesma (indicada como 𝐼 na figura). Isso ocorre porque em um circuito em série, a corrente é constante em todos os componentes.
- Somatório das Tensões: A tensão total de entrada (𝑉𝑖𝑛) é a soma das tensões caindo em cada resistor. Em outras palavras, Vin = V1+V2, onde V1 é a tensão sobre o resistor R1 e V2 é a tensão sobre o resistor R2.
- Lei de Ohm: De acordo com a lei de Ohm, a tensão em cada resistor é igual ao produto da corrente 𝐼 pela resistência. Assim, V1 = R1 * 𝐼 e V2 = R2 * 𝐼.
Com base nesses princípios, podemos concluir que ao alterar os valores dos resistores R1 e R2, modificamos a maneira como a tensão de entrada Vin é dividida entre V1 e V2. Isso permite ajustar a proporção de V1 e V2 de acordo com as necessidades do circuito.
Como calcular um divisor de tensão?
Em aplicações práticas, geralmente conhecemos o valor da tensão de entrada (Vin) e queremos calcular os valores dos resistores R1 e R2 para obter uma tensão de saída (Vout ou seja V2).
Baseando-se nas observações anteriores, concluímos que Vin = R1*I + R2*I e então Vin = (R1+R2)*I. Podemos assim expressar a relação entre a tensão de entrada e a tensão de saída usando a fórmula do divisor de tensão:
Uma primeira observação é que, como as resistências são sempre positivas, a saída do divisor de tensão é sempre menor que a entrada.
Algumas considerações importantes sobre um divisor de tensão:
- Tensão de Saída Menor que a Entrada: Como os valores de R1 e R2 são sempre positivos, a tensão de saída (Vout) será sempre menor do que a tensão de entrada (Vin).
- Inúmeras Combinações de Resistor: Existem inúmeras combinações possíveis de R1 e R2 que resultam na mesma relação entre Vin e Vout. Para escolher a combinação ideal, é necessário considerar três aspectos principais:
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- Conexão de Carga na Saída: Quando uma carga é conectada à saída do divisor, parte da corrente será desviada para essa carga. Isso pode invalidar a premissa de que a mesma corrente passa por R1 e R2. É equivalente a ter uma resistência de carga (RL) em paralelo com R2.
- Corrente no Divisor: Se os valores de R1 e R2 forem muito baixos, a corrente que passa pelos dois resistores será muito alta, o que pode ser indesejável.
- Valores Práticos dos Resistores: Os valores disponíveis comercialmente para resistores são limitados, o que pode exigir ajustes nos valores escolhidos para atingir a precisão necessária.
A conexão e carga na saída é, em muitos casos, o fator mais crítico. Para minimizar o impacto da carga (IL) sobre a tensão de saída, o valor de R2 deve ser significativamente menor do que RL (um décimo ou menos de RL).
Divisores de tensão resistivos são mais adequados quando a corrente na carga (IL) é pequena, ou seja, quando RL é alto, tipicamente na ordem de dezenas de milhares de ohms. Se você precisar reduzir a tensão e ao mesmo tempo fornecer uma corrente elevada, é melhor utilizar um regulador de tensão ou um conversor DC-DC.
Em seguida entra o segundo ponto crítico: Quando R1 e R2 são muito pequenos, a corrente que atravessa o divisor de tensão aumenta, o que pode resultar em dissipação excessiva de potência e ineficiência.
Por último, Como os resistores disponíveis no mercado têm valores padronizados, é preciso experimentar diferentes combinações de R1 e R2 para encontrar uma que proporcione a precisão desejada na saída.
Aplicações práticas
Abaixo temos a descrição de algumas aplicações práticas do divisor de tensão:
Medição com ADC de Tensões Altas: Um exemplo comum do uso de divisores de tensão é medir uma tensão que varia entre 0 e 15V usando o conversor analógico-digital (ADC) de uma Raspberry Pi Pico. No microcontrolador RP2040 da placa, o ADC aceita um valor máximo de 3,3V, e sua impedância de entrada (que podemos tratar como resistência) é de pelo menos 100kΩ.
Vamos considerar R2 = 8,2kΩ e calcular R1 usando a fórmula do divisor de tensão:
Substituindo os valores:
Multiplicando ambos os lados por (R1 + 8200Ω):
Expansão e reorganização:
Você encontra um resistor de 27kΩ. Podemos usá-lo? Vamos verificar a tensão de saída usando R1 = 27 kΩ e R2 = 8,2kΩ para uma entrada de 15V:
Este valor excede o limite de 3,3V, colocando a placa em risco. Portanto, devemos sempre escolher um resistor com valor maior ou igual ao calculado. O valor padrão mais próximo é 30kΩ. Vamos recalcular a tensão de saída:
Este resultado é seguro e mais adequado. A corrente que passa pelos resistores será:
Reduzindo uma Tensão de 5V para 3,3V em uma Entrada Digital: Outra aplicação prática é usar um sinal de 5V em um microcontrolador que opera a 3,3V. Supondo que a impedância de entrada do microcontrolador seja cerca de 100kΩ, podemos adotar R2 = 2,7kΩ e calcular R1:
Multiplicando ambos os lados por (R1 + 2700Ω):
Expandindo e reorganizando:
Usando um resistor padrão de 1,5kΩ para R1 e 2,7kΩ para R2:
A corrente no circuito será:
Esses valores são ideais para a aplicação, garantindo uma operação segura e eficiente.
Conclusão
Neste artigo, exploramos o conceito e o funcionamento do divisor de tensão, um circuito fundamental para reduzir uma tensão de corrente contínua, mantendo-a proporcional à tensão original. Essa técnica é especialmente útil em aplicações com microcontroladores, onde é comum precisar adaptar tensões para níveis seguros e operacionais.
Também analisamos dois exemplos práticos do uso de divisores de tensão com microcontroladores, demonstrando como calcular os valores dos resistores para obter a tensão desejada sem comprometer a segurança do circuito.
Compartilhe nos comentários suas experiências com divisores de tensão. Já utilizou essa técnica? Em quais aplicações? Adoraríamos saber mais sobre o seu uso!
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