domingo, 18 de março de 2012

CURSO DE ELETRÔNICA - Divisor de tensão

Missão do Sistema SENAI

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     de informação e a adequação, geração e difusão de tecnologia.


     Nosso negócio

                Educação para o Trabalho e Cidadania.



Introdução



Com a evolução da tecnologia e dos meios produtivos, os equipamentos eletrônicos têm se tornado cada vez mais compactos. Isto torna necessário que estes equipamentos sejam alimentados por fontes de energia portáteis (pilhas e baterias).

Surge então a questão: como fornecer diferentes tensões adequadas a cada componente a partir de uma tensão única, fornecida pela fonte? A resposta está nos divisores de tensão.

Este fascículo foi elaborado para o seu conhecimento e compreensão da forma de funcionamento e particularidades dos divisores de tensão, visando a capacitá-lo a dimensionar corretamente os resistores que os compõem.



Divisor de tensão



É um circuito formado por resistores que permite obter, a partir de alimentação fornecida, qualquer valor de tensão menor, necessário ao funcionamento dos circuitos. A Fig.1 mostra um exemplo de um divisor de tensão.


Fig.1 Divisor de tensão.

O divisor de tensão é muito utilizado nos circuitos eletrônicos para a obtenção da tensão típica de funcionamento de cada componente sem que seja necessário usar diversas fontes de alimentação.

O CIRCUITO SÉRIE COMO DIVISOR DE TENSÃO

        
Um circuito série, formado por dois resistores, divide a tensão aplicada na sua entrada em duas partes, ou seja, duas quedas de tensão, conforme ilustrado na Fig.2.


Fig.2 Queda de tensão em dois resistores ligados em série.

O circuito série é, portanto, um divisor de tensão. Dimensionando os valores dos resistores pode-se dividir a tensão de entrada de qualquer forma que seja necessária, como mostrado no exemplo da Fig.3.


Fig.3 Divisão da tensão de acordo com os valores das resistências.

DIVISOR DE TENSÃO COM CARGA


A divisão da tensão através de um divisor resistivo tem por finalidade fornecer uma parte da tensão de alimentação para um componente ou circuito.


Por exemplo, pode-se utilizar um divisor de tensão para obter 6V numa lâmpada, a partir de uma fonte de 10V, conforme ilustrado na Fig.4.

  

Fig.4 Obtenção de uma tensão de 6V a partir de uma fonte de 10V.


A tensão fornecida pela fonte ao divisor é denominada de tensão de entrada, e a tensão fornecida pelo divisor à carga é denominada de tensão de saída. O circuito ou componente que é aumentado pelo divisor é denominado de carga do divisor, como pode ser visto na Fig. 5


Fig. 5 O componente conectado à saída é denominado de "carga".

A carga de um divisor pode ser um componente eletrônico, uma lâmpada ou até mesmo um circuito eletrônico. Por esta razão, quando se calcula ou representa em diagrama um divisor, a carga é representada simplesmente por um bloco, denominado RL, independentemente do que seja realmente, como pode ser visto na Fig.6.


Fig.6 Representação da carga RL.

INFLUÊNCIA DA CARGA SOBRE O DIVISOR


Qualquer carga que seja conectada a um divisor de tensão, fica sempre em paralelo com um dos resistores que o compõem. Como pode ser visto no exemplo da Fig.7, ao ligar a chave a carga fica em paralelo com R2.



Fig.7  A carga é conectada em paralelo com R2.


Ao ser conectada ao divisor, a carga altera a resistência total do circuito divisor, fazendo com que as tensões em cada resistor se modifiquem. Por esta razão sempre que se calcula um divisor deve-se determinar as características da carga e considerá-la como sempre ligada ao circuito.

  

Dimensionamento do divisor de tensão



Os dados necessários para o dimensionamento dos componentes de um divisor são:

·        Tensão de entrada.
·        Tensão de carga (ou de saída do divisor).
·        Corrente de carga.


Exemplo 1:

Necessita-se alimentar uma lâmpada de 6V e 0,5W a partir de uma fonte que fornece 10Vcc. Dimensionar o divisor de tensão.

Do enunciado, obtêm-se diretamente dois dados:

·        Tensão de entrada : 10Vcc.
·        Tensão de carga : 6Vcc.

A corrente de carga não é fornecida diretamente, mas pode ser determinada através da seguinte equação:

                                     P = V´I                                                                  (1)


Uma vez dispondo dos dados essenciais, pode-se elaborar um esquema do divisor de tensão que contenha estes dados.


Dimensionamento do valor de R2

Para se determinar o valor de R2, utiliza-se a lei de Ohm:

R=V/I

A tensão sobre R2 é a mesma tensão da carga, uma vez que R2 e a carga estão em paralelo, conforme ilustrado na figura abaixo.



Para se determinar o valor de R2 pela Lei de Ohm, necessita-se ainda da corrente neste resistor, que não é fornecida no enunciado do problema.

Para dar continuidade ao cálculo é necessário admitir (escolher) um valor para esta corrente. Quando a carga não varia, solicitando do divisor uma corrente de valor fixo, como é o caso de lâmpadas e resistores, qualquer valor pode ser admitido para a corrente em R2. Por exemplo I r2= 10mA, 200mA, 1mA ou 1A. Em geral, admitem-se valores de corrente pequenos para que a dissipação de potência nos resistores do divisor seja pequena.
Retornando ao exemplo, admitindo-se uma corrente de 10mA no resistor R2 , como ilustrado abaixo, tem-se:


  
Dimensionamento do valor de R1

O resistor R2 também é determinado pela Lei de Ohm:

 R2= VR2/IR2
Fazendo-se necessário determinarem-se os valores de   VR2 e IR2 .

A queda de tensão em R2 pode ser determinada através da 2ª Lei de Kirchhoff

                                 Vcc= VR1+VR2+VR3+ ..... VR      (2)

A queda de tensão sobre R1 é a tensão de entrada menos a tensão de saída
 VR1=VCC -  V saida

A corrente em R1 pela 1ª Lei de Kirchhoff é a soma das correntes em R2 e RL:

IR1=IR2 + IRL

Substituindo-se VR1 e VR2 na Lei de Ohm, tem-se:


         A figura seguinte mostra o esquema do divisor de tensão com os valores de R1 e R2 calculados.

   

PADRONIZAÇÃO DOS VALORES DOS RESISTORES


Normalmente os valores de resistor encontrados através do cálculo não coincidem com os valores padronizados de resistores encontrados no comércio.

Após realizar o cálculo, deve-se escolher os resistores comerciais mais próximos dos calculados. Por exemplo, no divisor usado como exemplo, tem-se:

R1=43W (não comercial)

Primeira opção comercial: 47W.
Segunda opção comercial: 39W.

R2=600W (não comercial)

Primeira opção comercial: 680W.
Segunda opção comercial: 560W.

Optando-se pelo valor comercial mais alto que 43W, ou seja, 47W no caso, deve-se optar também pelo valor mais alto que 600W, ou seja, 680W e vice-versa.

O divisor fica com a configuração mostrada na figura seguinte :


A substituição dos resistores calculados por valores padronizados provoca diferença nas tensões do divisor. Sempre se deve recalcular as tensões do divisor com os valores padronizados, como ilustrado abaixo.


Observa-se pela figura acima que a padronização dos resistores provoca uma pequena diferença na tenção de saída do divisor (de 6V para 5,8V).


DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA DE DISSIPAÇÃO DOS RESISTORES


Uma vez definidos os resistores padronizados e as tensões do divisor, determinam-se as potências de dissipação dos resistores:


Do circuito, obtêm-se os dados necessários para os cálculos :


Deve-se usar resistores com potência de dissipação máxima pelo menos duas vezes maior que a dissipação real. O diagrama final do divisor é o mostrado na figura abaixo :



Exemplo 2:

Precisa-se alimentar uma carga de 400W e 12V a partir de uma fonte de 20V, utilizando-se um divisor de tensão. Projete o circuito necessário.

Solução:

Dados obtidos no enunciado:

·        Tensão de entrada : 20Vcc.
·        Tensão de saída : 12Vcc.

Corrente da carga


A figura mostra o diagrama do divisor :



Dimensionamento de R2

  

Dimensionamento de R1


Padronizando os valores dos resistores, para os valores comerciais maiores, tem-se:

R2 = 820W
R1 = 180W

Recalculando as tensões com os valores padronizados, obtêm-se os valores indicados na figura abaixo :


Determinando-se a potência dos resistores, tem-se:


Portanto, R1 pode ser de 1W e R2 de 1/2W.

O esquema final do divisor é mostrado abaixo :

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