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ELECTRÓNICA BÁSICA : DIVISORES DE TENSIÓN

 
 

Un artículo sobre un concepto fundamental en Electrónica básica: Los divisores de tensión. Acompañado de unos ejemplos interesantes y muy ilustrativos de cómo usarlo de forma práctica.

 

 
  • Conceptos básicos
 


 

Como podéis ver el esquema básico de un Divisor de Tensión es realmente simple: Se trata de dos resistencias en serie conectadas de tal forma que la tensión de entrada Vin se conecta a los extremos de éstas y obtenemos la tensión de salida Vout de un extremo y del punto medio entre las dos resistencias. La resistencia que comparten ambos Vin y Vout la llamamos Rbottom y a la contraria la llamamos Rtop

La fórmula para calcular Vout en función de Vin y ambas resistencias puede leerse como: Vout es igual a Rbottom dividida por la suma de Rbottom más Rtop y multiplicada por Vin.

Esta fórmula es fundamental y como veréis a continuación nos va a dar un juego bárbaro e interesantísimo. Los valores de las resistencias los expresaremos en Ohmios y los de los voltajes en Voltios.

  • Los tres primeros ejemplos de cálculo:

1.- Imaginemos Vin a 5 voltios con Rtop a 1 Kohm y Rbottom también a 1 Kohm o sea las dos resistencias con igual valor ¿Cuál será Vout ?

Cálculo: Vout = (1.000 / (1.000 + 1.000)) *5 = 2,5 voltios

¿Comprendéis ahora por qué se le llama divisor de tensión? Y ahora creedme, y si no haced vosotros los cálculos: Con dos resistencias iguales siempre obtendremos en Vout la mitad de Vin , sea cual sea Vin.

2.- Ahora continuamos con Vin a 5 voltios y con Rtop a 1 Kohm pero Rbottom la vamos a subir a 10 Kohm ¿Cuál será Vout ?

Cálculo: Vout = (10.000 / (10.000 + 1000)) * 5 = 4.55 voltios

3.- Y por último continuamos con nuestro Vin a 5 voltios pero ahora con Rtop a subida hasta 10 Kohm y Rbottom igual que en el primer ejemplo, o sea a 1 Kohm. Exactamente al contrario que en el ejemplo anterior. ¿Cuál será ahora Vout ?

Cálculo: Vout = (1.000 / (1.000 + 10.000)) * 5 = 0.45 voltios

 

Una conclusión curiosa e interesante, viendo estos simples ejemplos, es que si Rbottom es 10 veces mayor que Rtop obtenemos en Vout el 0.90 (ó el 90%) de Vin y que con Rtop 10 veces mayor que Rbottom lo que obtenemos en Vout es el 0.09 (ó el 9%) de Vin.

Y ahora nos toca entrar en terrenos más prácticos con nuestros Ejemplos con enjundia: Vamos a utilizar esto que hemos aprendido sobre los divisores de tensión para utilizarlo jugando con un par de tipos de sensores, las LDR y los Termistores, sustituyendo una de las resistencias fijas por uno de ellos y estudiando qué ocurre con el Vout en estos circuitos.

  • Ejemplos con enjundia: Jugando con una LDR ¿Es de noche o de día?
 

¿Qué es una LDR? Pues una LDR (Light Dependent Resistor) es una resistencia ... cuyo valor en Ohmios depende de la cantidad de luz que incide sobre ella. Cuando le da mucha luz su resistencia disminuye, cuando le da poca luz su resistencia aumenta. Simpática ¿verdad?.

Para nuestro ejemplo supongamos una LDR que cuando recibe luz brillante disminuye su resistencia hasta un valor de 500 Ohmios y que cuando permanece en la mas absoluta y mísera oscuridad crece hasta alcanzar los 200 KOhmios. (Para valores reales utilizad vuestro Polímetro)

  • Primer modo de conectarla: sustituyendo a Rtop.

Procedemos ahora a conectarla en nuestro circuito divisor de tensión sustituyendo a Rtop y colocando como Rbottom una resistencia de 10 KOhmios, tal como podéis ver en el esquema inferior:



 

Y ¿como no? recordamos la fórmula básica de nuestros divisores de tensión:


 

Y ahora sustituimos los valores correspondientes para los dos extremos de los valores que puede alcanzar nuestra hipotética LDR y vemos qué es lo que obtenemos:

Con mucha luz: Vout = 5 * (10.000 /(10.000+500)) * 5 = 4.76 Voltios

Con poca luz: Vout = 5 * (10.000 /(10.000+200.000)) * 5 = 0.24 Voltios

Sabiendo que nuestro PIC interpreta como un "1" uno lógico una señal por encima de unos 2 voltios lo que hemos hecho con este montaje de pruebas es un detector, sensor, de iluminación: nos va a avisar con un "1" cuando el nivel de iluminación sobrepase  cierto nivel. ¡Es de día! nos dice.

 
  • Segundo modo de conectarla: sustituyendo a Rbottom.

Ahora procedemos a conectar nuestra LDR en el circuito divisor de tensión sustituyendo a Rbottom, en lugar de Rtop como era el caso anterior, y colocamos como Rtop  la resistencia de 10 KOhmios, hacemos una imagen especular de nuestro anterior circuito, tal como podéis ver en el esquema inferior:



 

Y también volvemos a recordar la fórmula básica de los divisores de tensión para que no la echemos en olvido:


 

Sustituimos como antes los valores correspondientes para los dos extremos de los valores que puede alcanzar nuestra hipotética LDR y vemos en este nuevo caso qué es lo que obtenemos:

Con mucha luz: Vout = 5 * (500 /(500+10.000)) * 5 = 0.24 Voltios

Con poca luz: Vout = 5 * (200.000 /(200.000+10.000)) * 5 = 4.76 Voltios

O sea: que si hemos realizado un montaje especular, invertido, con respecto al anterior recogemos ahora datos especulares, invertidos, correspondientemente. Sabiendo que nuestro PIC interpreta como un "1" uno lógico una señal por encima de unos 2 voltios lo que hemos hecho con este montaje de pruebas es un detector, sensor, de iluminación inversa: nos va a avisar con un "1" cuando el nivel de iluminación baje de cierto nivel umbral. ¡Es de Noche! nos dice ahora.

  • Ejemplos con enjundia: Jugando con un Termistor ¿Hace frío o calor?
 


 

¿Qué es un Termistor? Pues un Termistor es una resistencia ... cuyo valor en Ohmios depende muy significativamente de la temperatura a la que se encuentra. Hay dos tipos de termistores con características opuestas entre ellos:

  • Las NTC (Negative Temperature Coefficient) Cuando sube la temperatura su resistencia disminuye, cuando baja la temperatura su resistencia aumenta. En el símbolo se marca con un -tº
     

  • La PTC (Positive Temperature Coefficient)  Cuando baja la temperatura su resistencia disminuye, y cuando sube la temperatura su resistencia aumenta. En el símbolo se marca con un +tº

A partir de aquí es más de lo mismo. Podemos conectarlos de forma similar a como lo hicimos con la LDR. Solo tener en cuenta que al haber dos tipos opuestos de termistores deberemos sustituir Rtop  o Rbottom de forma opuesta para conseguir los mismos resultados.

Si utilizamos una NTC y queremos detectar la condición de caliente, o sea que recibamos un "1" lógico cuando la temperatura es alta debemos sustituir Rtop  con la NTC. Si lo que deseamos es detectar la baja temperatura lo hacermos con la Rbottom.

 
 

  • Ejemplos con enjundia: Botón Pull-Up, Botón Pull-Down ¿Quieres un 1 o un 0?


 

Un caso particular del tema de los Divisores de Tensión consiste en su uso conjunto con  pulsadores, conmutadores y/o botones. En este caso una de las dos resistencias, Rtop  o Rbottom la sustituimos por uno de estos dispositivos.


 

Como puede verse en los dos esquemas anteriores el pin del PIC lo conectamos a Vout y así nos aseguramos que este pin no queda nunca "al aire", cosa nada conveniente en ningún caso. 

El funcionamiento es evidente por si mismo. En el caso del esquema de la izquierda Vout esta conectado a masa a través de la resistencia Pull-Down, cuando pulsamos el pulsador entonces Vout se conecta a Vcc y el PIC recibe un High ó "1" lógico. Este esquema de conexión nos dá un "1" cuando pulsamos el botón.

Por el contrario en el caso del esquema de la derecha Vout esta conectado a Vcc a través de la resistencia Pull-Up, cuando pulsamos el pulsador entonces Vout se conecta a masa y el PIC recibe un Low ó "0" lógico. Este esquema de conexión nos dá un "0" cuando pulsamos el botón.

Un ejemplo típico de un circuito Pull-Up podemos verlo en el circuito que utilizamos para el Reset-ICSP del PIC como este esquema que implementa la RRBOARD2.

 

Esta página se modificó el 27/12/2008


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