divisor de tensión

Un divisor de voltaje es un circuito hecho de dos o más impedancias en serie a través de una fuente de voltaje. La salida se toma de la unión entre estos componentes, produciendo un voltaje que es una fracción predecible de la entrada. La forma más común utiliza dos resistencias, pero los capacitores, inductores o sus combinaciones funcionan igual de bien dependiendo de la frecuencia y la aplicación.

Las matemáticas son sencillas. En un divisor resistivo con valores R1 y R2 en serie, si el voltaje de entrada es Vin y se mide la salida a través de R2 a tierra, entonces Vout es igual a Vin multiplicado por R2 dividido por (R1 más R2). Una entrada de 10 V con resistencias iguales da una salida de 5 V. La relación es fija; no depende del voltaje de entrada, solo de los valores de los componentes. Esto hace que los divisores de voltaje sean confiables para generar voltajes de referencia, atenuar señales o crear puntos de polarización para circuitos de transistores.

La limitación crítica es la impedancia de carga. La fórmula asume que casi no fluye corriente desde la toma de salida. Si se conecta una carga de baja impedancia, esta extrae corriente a través de R2, cambiando el voltaje efectivo. Los ingenieros resuelven esto haciendo que las resistencias del divisor sean pequeñas en comparación con la carga, o amortiguando la salida con una etapa amplificadora de alta impedancia. Los divisores capacitivos sufren efectos similares y también introducen dependencia de la frecuencia; la reactancia capacitiva debe conocerse a la frecuencia de operación.

Uso práctico y modos de falla

Los divisores de voltaje aparecen en circuitos de acondicionamiento de sensores, escalado de mediciones y protección de entrada de convertidores analógico-digitales. Se utilizan para igualar los niveles de señal entre etapas incompatibles y para generar voltajes de polarización para amplificadores. En las cadenas de medición, atenúan las señales que de otro modo excederían los rangos de entrada; un divisor de 100:1 permite medir voltajes diez veces mayores de lo que el instrumento puede aceptar directamente.

Los problemas comunes surgen de la deriva térmica, ya que los valores de las resistencias cambian con la temperatura y hacen que el voltaje de salida se desplace. Las aplicaciones de precisión utilizan resistencias compensadas por temperatura o divisores basados en termistores para mantener la relación constante. En divisores de alta impedancia, las corrientes de fuga a través de las propias resistencias o a través de la superficie de la placa de circuito se vuelven significativas, especialmente en ambientes húmedos o con voltajes altos. Para señales de CA, la capacitancia en el divisor crea un cambio de fase y una atenuación dependiente de la frecuencia, lo que requiere un diseño cuidadoso de la ubicación y el blindaje de los componentes.