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Todo sobre las resistencias - 3era parte: Divisores de voltaje y cálculos de resistencias10/11/2018
Una de las aplicaciones más sencillas y prácticas de las resistencias son los divisores de voltaje, algo que nos permite por ejemplo reducir la tensión de salida de una fuente de alimentación y poder alimentar diferentes dispositivos con una misma fuente.
Puesto que el objetivo de nuestro curso es tener unas nociones básicas, pero muy útiles que nos permitan poder hacer el mantenimiento y las reparaciones de nuestros equipos electrónicos o poder ahorrarnos unos cuantos euros con toda esa “basura obsolescente” que generamos, por fin estos artículos de usos prácticos os servirá para poder probar todo lo explicado hasta el momento.
Por otro lado os ayudará a que podáis tener supuestos prácticos basados en los elementos electrónicos que tenéis abandonados o rotos por casa para realizar vuestros cálculos y poder entender de una manera nada abstracta lo sencillo que resulta aplicar los principios básicos. No importa que por ejemplo las fuentes de alimentación que tengáis perdidas o en desuso por casa sean diferentes en cada caso, igual que las linternas LED rotas o diferentes circuitos estropeados de donde sacar los componentes para las pruebas aunque sean también distintos en cada caso. Con la información suministrada hasta ahora y lo que os explicaremos en cada práctica con la base teórica anexa, debería ser suficiente para que se pueda adaptar el proyecto a vuestro caso. Es más, la identificación de los componentes y sus características propias serán parte de los ejercicios, así que con cada “experimento” que vais a realizar aumentará vuestro conocimiento en las diferentes materias explicadas y os ayudará a aclarar las dudas sin necesidad de grandes textos teóricos y miles de ejercicios de cálculo teórico innecesarios para resolver problemas de reparación del día a día. ¿Qué es un divisor de voltaje? Un divisor de voltaje es simplemente un circuito sencillo que convierte un voltaje elevado en otro inferior. Para ello solo se necesita usar dos resistencias en serie y aplicar un voltaje de entrada pudiendo obtener un voltaje de salida que sea solo una fracción de este. Los divisores de voltaje son uno de los circuitos más básicos y fundamentales en la electrónica. Su uso potencial en electrónica es casi ilimitado y se aplica en una infinidad de maneras dada su utilidad práctica al poder transformar con facilidad un voltaje en otro. Formas de hacer y representar el circuito Un divisor de voltaje básico involucra en principio aplicar una fuente de energía o diferencia de potencial (voltaje) a través de una serie de dos resistencias, pero esto se puede hacer de varias maneras. Una vez entendido su funcionamiento se pueden aplicar más resistencias y por tanto más voltajes y complejidad al circuito, como ocurre en los de uso comercial, pero de momento con entender los básicos y calcular acertadamente los resultados será más que suficiente para vuestras aplicaciones y reparaciones. Lo hemos representado de diferentes formas, pero si te fijas es esencialmente el mismo circuito.
En la práctica resultan muy sencillos de realizar, incluso los podemos crear reciclando antiguas resistencias de aparatos estropeados, tan solo hay que desprenderlas del circuito con mucho cuidado para evitar que se quemen y resoldarlas de la manera que nos convenga (luego te lo explicamos con más detalle).
En el ejemplo real aplicamos dos resistencias de igual valor, eso significa que el voltaje se reducirá a la mitad. 9V/2=4.5V dando como resultado una tensión adecuada para el funcionamiento del LED.
En los esquemas nos referiremos a la resistencia más cercana al voltaje de entrada (V in) como R1 y a la resistencia más cercana a la toma de tierra como R2. El descenso de voltaje a través de la resistencia R2 lo llamaremos voltaje de salida (V out) que resulta de la división del voltaje. ¡Es un circuito así de sencillo!, Vout es nuestro voltaje dividido de salida, que es tan solo una fracción del voltaje de entrada y que alimenta a otros elementos del circuito. Por ejemplo, en la imagen esquemática con elementos reales, se representa una pila seca compacta de 9 Voltios, empleada para iluminar un LED con una tensión de funcionamiento inferior (normalmente entre 3,7 y 4,5V) de esta manera por ejemplo podemos adaptar antiguas linternas con bombillas de filamento y diferentes voltajes que funcionen por ejemplo a 6V,9V o 12V para que con unas pocas modificaciones se reemplacen estas antiguas y “derrochadoras” bombillas por otras LED mas economizadoras que alargarán la vida de las pilas o podrán ofrecer mayores potencias lumínicas. Fórmulas básicas para el divisor de voltaje La fórmula del divisor de voltaje implica que conocemos los valores de las dos resistencias y la fuente de alimentación (una pila en este caso) del circuito anterior, es decir: El Voltaje de Entrada (V in) y los valores de las dos resistencias (R1 y R2). Con esos valores obtenemos el voltaje de salida (V out) La ecuación nos indica que el voltaje de salida es directamente proporcional al voltaje de entrada y a la relación entre las dos resistencias.
De la ecuación podemos obtener mucha información que nos permite calcular con facilidad los valores que necesitamos o el voltaje que podemos obtener.
Por ejemplo, si el valor de las dos resistencias R1 y R2 es igual, el voltaje de salida será la mitad de la entrada, independientemente del valor de las resistencias.
De la misma manera podemos coger el valor de una de las dos resistencias y aumentarlo mucho, es decir que esa parte del circuito presente una gran resistencia al paso de los electrones, entonces nos encontraremos dos situaciones:
Si la resistencia R2 (la resistencia más cercana a la toma de tierra, es decir el polo positivo) tiene un valor mucho más grande que R1, entonces el voltaje de salida podrá ser muy similar al de entrada y a través de R1 el voltaje será muy reducido.
Por el contrario si R2 tiene un valor muy inferior frente a R1 (la resistencia más cercana a la fuente de energía,) el voltaje de salida va a ser muy pequeño comparado con la entrada. La mayoría del voltaje de entrada (es decir los electrones) estará circulando a través de R1.
Buscando tensiones concretas
Lo más normal es que no siempre queramos la mitad de la tensión, así que podemos obtener el voltaje a cualquier nivel que desee elegir calculando el valor con las fórmulas que os hemos explicado, así que veamos un ejemplo típico. Muchas veces tenemos un circuito o fuente de alimentación a 5V, pero deseamos obtener 3V para alimentar a un elemento del circuito o dispositivo en particular. Para calcular la tensión que cae a través de la resistencia R2 la fórmula original, no nos ayuda a encontrar la resistencia R2 que necesitamos para obtener un voltaje particular. Así que despejas la incógnita que necesita, en este caso sabes que tienes un valor de entrada (V in) fijado a 5V y un valor de salida (V out) fijado a 3V, así que reordenas la fórmula para resolver R2 dando R1 por conocida (según dispongas de una resistencia R1 de un valor otro, obtendrás valores distintos, esto es muy práctico si para tus experimentos empleas “materiales de fortuna” es decir resistencias que encuentras en tu “basura obsolescente”, tan solo tendrás que asegurarte que R1 puede disipar suficiente potencia respecto a los requisitos de alimentación del circuito que pretendas alimentar). A continuación vemos la fórmula del divisor de voltaje despejando la ecuación para la resistencia R2, la podemos usar para elegir el valor de la resistencia que necesitamos para obtener cualquier voltaje que queramos. (Si dispones de un valor fijo para la resistencia R1, por ejemplo porque ya dispones de una apropiada, tan solo hay que resolver R1).
Ahora apliquémosla en nuestro circuito, si tenemos una fuente de 5 voltios y queremos obtener 3V usamos la fórmula anterior. Y reemplazamos los valores conocidos.
Si por ejemplo usamos una resistencia de 20KΩ como R1, aplicamos los valores a la fórmula y obtenemos esto: R2 = (VxR1) / (Vin - Vout) = (3Vx20K Ω.) / (5V-3V) = 60/2= 30KΩ. Así que si disponemos de una resistencia de 30KΩ para nuestra R2 con la resistencia R1 siendo de 20KΩ tenemos ya resuelto el problema y podemos ponernos manos a la obra..
Ahora supongamos que no disponemos de una resistencia para R2 de 30KΩ pero si de varias de por ejemplo 10KΩ, recordemos que la aplicación en serie de resistencias suman su valor, por tanto podemos tratar el segmento del circuito correspondiente a R2 como una única resistencia y por tanto obtener el valor se sumar varias resistencias, en el caso del ejemplo podríamos aplicar 3 resistencias de 10 KΩ obteniendo similar resultado.
Bajando de 5v a 3.3v con un divisor de voltaje y montando resistencias en paralelo
Las variantes que podemos realizar para obtener el resultado requerido son casi infinitas, podemos conectar las resistencias tanto en serie, como en paralelo para obtener los valores deseados. Supongamos por ejemplo que tenemos una fuente de alimentación que funciona a 5V y necesitamos alimentar un dispositivo típico que funciona a 3.3V o tenemos por ejemplo una placa Arduino para experimentar que funciona a este voltaje pero deseamos hacer que alimente a otro dispositivo como una luz, un sensor o un pequeño motor que funcione a 3.3V. Supongamos que hemos rebuscado entre nuestras viejas placas y hemos conseguido desoldar correctamente varias resistencias de 10KΩ cada una. ¿Serie posible con varias resistencias iguales reducir un valor que no es la mitad? La respuesta estriba en aplicar las propiedades de las resistencias y buscar un valor adecuado jugando con su conexión en serie o paralelo. Podemos llegar a conseguir una infinidad de resultados de manera sencilla aplicando unas pocas leyes básicas. Pues bien, en este caso primero asignamos un valor de a R2 con lo que tenemos este circuito y la siguiente incógnita:
Por tanto tenemos que resolver R1 aplicando la fórmula y despejando a continuación la incógnita, es decir el valor R1.
Por tanto:
Ahora aplicamos los valores:
Realmente nos da el valor de 5,15151515…. (que se lee como 5,15 “periodo”) Si en la práctica redondeamos el resultado a R1= 5KΩ y calculamos el voltaje de salida, tenemos que:
Otra vez nos da Vout=3.33333… (es decir 3.3 “periodo”) el cual es un valor redondeado que nos viene perfecto.
Por tanto necesitamos una resistencia total en R1 de 5KΩ, así pues recordemos como calculamos el valor de dos resistencias en paralelo:
O de un número superior de resistencias:
¡Sorpresa! En este caso solo tenemos que montar dos resistencias en paralelo y obtenemos el resultado deseado. Por tanto el circuito quedaría de este modo:
Este circuito sería equivalente a expresarlo esquemáticamente de la misma manera con una sola resistencia para R1, quedando el siguiente resultado:
No siempre será tan sencillo, pero es un buen ejemplo de cómo podemos obtener diferentes resultados con los valores de resistencias más comunes que podemos encontrar si necesitamos resultados muy concretos. Tan solo tenemos que jugar con los valores de los que disponemos. Existen en Internet muchas aplicaciones y calculadoras, algunas muy complejas para encontrar los valores que necesitamos, aunque os aconsejamos encarecidamente que practiquéis vuestras matemáticas básicas porque en un futuro próximo os garantizamos que las mismas os resultaran de utilidad en otros ejercicios.
¡ATENCIÓN, MUCHO CUIDADO! Pese a todos los ejemplos que os estamos ofreciendo, hay que recordar que los divisores de tensión no sirven para alimentar un circuito complejo o de gran consumo. Resulta muy tentador usarlo para ajustar la tensión de alimentación, pero esto no debe hacerse nunca, solo para alimentar elementos sencillos como luces LED, sensores o pequeños dispositivos de bajo consumo. Las resistencias disipan mucha energía en forma de calor, por lo que pueden producir problemas. Sin tener en cuenta lo poco eficiente que es este método. Para ajustar una corriente de alimentación es mucho mejor usar un regulador de tensión. Aunque es un circuito muy sencillo es importante tener en cuenta los consumos disipados y conocer las intensidades de corriente que recorren el circuito, algo que abordaremos en el siguiente reportaje. El potenciómetro, el divisor de voltaje más común
Efectivamente, todo potenciómetro se comporta como un divisor de voltaje variable, en su interior hay una sola resistencia y una escobilla metálica la cual divide la resistencia en dos partes de tamaño variable, ya que se mueve para ajustar la razón entre las dos mitades según nosotros movamos esa escobilla.
Externamente en un potenciómetro hay 3 pines: 2 pines que conectan a cada punta del resistor y el tercero conecta a la escobilla (wiper) del potenciómetro. De un modo esquemático podemos ver aquí cómo se representa y comporta un potenciómetro:
Así entonces los pines externos del potenciómetro se conectan a una fuente de voltaje, uno se conecta a tierra o negativo, ¡Cuidado no confundir con la toma a tierra!, el otro a Vin y el último a las salida Vout (que suele coincidir con el pin del medio) y que es el que propiamente dicho representa un divisor de voltaje.
Cuando accionamos la manecilla o patilla de control y giramos el potenciómetro hasta uno de los extremos, el voltaje será cercano a cero y si giramos en el otro sentido, el voltaje de salida se acercará al de entrada. Cuando la escobilla metálica que accionamos está una en posición media significa que el voltaje será la mitad que el de la entrada, aunque no siempre es así y es importante conocer el rango de un potenciómetro concreto. Los potenciómetros se construyen en una variedad de formas y encapsulados enorme, pudiendo tener aplicaciones muy específica. Se emplean para generar un voltaje de referencia, medir la posición en un joystick, calibrar un sensor, el volumen de un altavoz, la frecuencia en un aparato de radio, el nivel de luz de una bombilla o lámpara LED o en muchas más aplicaciones que requieran un voltaje de entrada variable. Esto tiene una ventaja si nos gusta “cacharrear” y es que resulta fácil encontrarlos en muchos aparatos rotos y dependiendo el modelo será más fácil o difícil extraerlos (tranquilos, dedicaremos muy pronto un reportaje práctico a este asunto) Aplicaciones no aconsejables Puede parecernos interesante usar un divisor de voltaje para bajar una fuente de alimentación de digamos 24 V a 5V y varios amperios de carga, pero los divisores de voltaje no deben ser usados para suministrar poder a una carga. Por ejemplo si queremos cargar una tableta, teléfono o un dispositivo que requiera mayores requerimientos ¡hay que ser muy cautos! Porque cualquier corriente que requiera esta carga, también va a pasar a través de la resistencia R1. Recordemos que la corriente y el voltaje a través de R1 producen potencia que es disipada en forma de calor, pero si esa potencia excede la tolerada por la resistencia, que generalmente oscila en el rango: 1/8 W -1/4W – 1/2 W y 1W, el calor comenzará a ser en muchos casos un problema serio, pudiendo quemar la resistencia, consumiendo energía ineficientemente y expulsando calor al sistema que puede recalentar los circuitos y componentes de nuestros equipos. Para bajar un voltaje destinado a alimentar un dispositivo que supere los requisitos que sobrepasen 1/2 W directamente lo mejor consiste en usar transformadores y fuentes de alimentación fija, al voltaje necesario o con reguladores de voltaje mucho más eficientes ¡Todavía queda mucho que explicar sobre las resistencias! En el próximo reportaje todavía os explicaremos muchas aplicaciones de las resistencias y otros usos más avanzados de los divisores de voltaje, también como poder calcular la intensidad y el coste energético. Pero además será cuestión de ponerse manos a la obra y chacharear por fin con estas piececitas. Te puede interesar:
Autor: Raul Mora M
Temas relacionados: Curso de electrónica, Electrónica, Raul Mora M. Reconocimientos y más información sobre la obra gráfica ADVERTENCIA: En este foro, no se admitirán por ninguna razón el lenguaje soez y las descalificaciones de ningún tipo. Se valorará ante todo la buena educación y el rigor sobre el tema a tratar, así que nos enorgullece reconocer que rechazaremos cualquier comentario fuera de lugar.
5 Comentarios
Felipe Ulloa
10/7/2019 22:46:40
Muy interesante tu articulo, sencillo fácil de comprender,tus recomendaciones son muy buenas, Gracias
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jose zamora
8/8/2019 19:15:10
muy buen material,si se le es posible me gustaria recivir cuales son los componentes de un bombillo de led gracias.
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Luis Viña
26/8/2019 05:43:15
gracias, muy buen material... satisfecho
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Carlos
6/9/2020 16:30:26
Esta muy bn explicado el tema y lo entendi lo que no epodido entender es como bajo un voltaje de 115v a 90v teniendo encuenta que es para una planta de sonido que requiere mucha potencia con el divisor de voltaje no lo puedo hacer por que seria muy deficiente con respecto al consumo intenso que tiene la planta sigue siendo una incognita como bajo el voltaje sin afectar el amperaje y que el circuito no se me valla a quemar
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Me temo que este sistema no es aconsejable para reducir el voltaje de un equipo como el que mencionas, en tu caso vas a necesitar un transformador eficiente o de bobina o transistorizado, no tienes opción barata si es mucha potencia de consumo (no digamos si hablamos ya de 100w o más)
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