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Calculadora de Divisor de Tensión

Calcula tensiones de salida, valores de resistencias y corriente de un divisor resistivo de tensión.

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Fórmula

Vout=Vin⋅R2R1+R2V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}
Vᵢₙ— Tensión de entrada (V)
R₁— Resistor superior (Ω)
R₂— Resistor inferior (Ω)

Cómo Funciona

La calculadora de divisores de voltaje determina el voltaje de salida, la corriente y la disipación de potencia para las redes de divisores resistivos, algo esencial para el acondicionamiento de señales, el escalado de referencia del ADC y el cambio de nivel lógico. Los ingenieros de electrónica de potencia, los desarrolladores de sistemas integrados y los diseñadores de circuitos utilizan esta herramienta para dimensionar las resistencias que permiten alcanzar las relaciones de tensión deseadas y, al mismo tiempo, minimizar la corriente de reposo. Según «El arte de la electrónica» (tercera edición) de Horowitz & Hill, los divisores de tensión con una resistencia total de 10 kΩ consumen 500 μA de una fuente de 5 V, lo que supone una reducción del 40% en la potencia de reserva en comparación con los divisores de 6 kΩ. La impedancia de salida equivalente de Thevenin (R1 || R2) determina directamente la regulación de la carga: una impedancia de fuente de 1 kΩ provoca una caída de tensión del 9,1% con una carga de 10 kΩ. La nota de aplicación SLVA079 de Texas Instruments recomienda mantener la impedancia del divisor por debajo de una décima parte de la impedancia de carga para mantener un error de salida inferior al 1%. Para aplicaciones de precisión, las resistencias con una tolerancia del 0,1% reducen el error de relación del ± 2% al ± 0,14%, algo fundamental cuando se alimentan ADC de 12 bits en los que 1 LSB equivale al 0,024% de la escala completa.

Ejemplo Resuelto

Un sistema de monitoreo de baterías requiere escalar el voltaje del paquete de iones de litio de 12,6 V a una entrada ADC de 3,3 V. Especificaciones objetivo: corriente de reposo inferior a 10 µA, error de regulación de carga inferior al 0,5% con una impedancia de entrada ADC de 1 MΩ. Paso 1: Calcular la relación: Vout/Vin = 3,3/12,6 = 0,262, por lo que R2/ (R1+R2) = 0,262. Paso 2: Establecer la corriente de < 10 µA at 12.6 V, total resistance > reposo: para Iq 1.26 MΩ. Elija R1 + R2 = 1.5 MΩ. Paso 3: Resuelva las resistencias: R2 = 0,262 × 1,5 MΩ = 393 kΩ (utilice un valor estándar de 390 kΩ), R1 = 1,5 MΩ - 390 kΩ = 1,11 MΩ (utilice 1,1 MΩ). Paso 4: Verificación: Vout = 12,6 × 390 k/ (1,1 M + 390 k) = 3,30 V. Impedancia de Thevenin = 1,1 M || 390 k = 288 kΩ. Regulación de carga con un ADC de 1 MΩ: error = 288 k/ (288 k + 1 M) = 22,4%, es inaceptable. Solución: añada un búfer de ganancia unitaria (TI OPA333, 17 µA) para aislar el divisor de alta impedancia del ADC.

Consejos Prácticos

  • ✓Según la serie «Precision Labs» de TI, utilice resistencias de película delgada del 0,1% (por ejemplo, la serie Vishay TNPW) para las referencias ADC: el coeficiente de temperatura de ± 25 ppm/°C mantiene una deriva de relación inferior al 0,1% de -40 °C a +85 °C
  • ✓Agregue un condensador cerámico de 100 nF a través de R2 para crear un filtro de paso bajo con fc = 1/ (2π × R1||R2 × C), rechazando el ruido de conmutación por encima de 10 veces la frecuencia de muestreo del ADC
  • ✓Para divisores de alta tensión (>50 V), utilice varias resistencias en serie para mantenerse dentro de los valores de tensión individuales; las resistencias SMD 0805 típicas tienen una potencia nominal de 150 V como máximo

Errores Comunes

  • ✗Ignorando la impedancia de carga: un divisor de 10 kΩ con R2 = 5 kΩ pierde el 33% de su voltaje de salida al conducir una carga de 10 kΩ, no el 0% esperado
  • ✗Uso de resistencias de tolerancia del 5% en aplicaciones de precisión: el error de la relación en el peor de los casos alcanza el ± 10%, lo que provoca un error de 328 mV en una salida de 3,3 V
  • ✗Superar las potencias nominales de resistencia: un divisor de 1 kΩ a 12 V disipa 144 mW en total; las resistencias de 1/8 W (125 mW) se sobrecalentarán y se desviarán

Preguntas Frecuentes

La corriente máxima es igual a Vin/ (R1+R2) según la ley de Ohm. Para una entrada de 12 V con una resistencia total de 10 kΩ, Imax = 1.2 mA. Esto establece el consumo de energía en reposo en 14,4 mW. Los diseños que funcionan con baterías suelen tener como objetivo 120 <100 µA (> kΩ (en total) para prolongar el tiempo de funcionamiento: una batería de 2000 mAh dura 833 días a 100 μA, frente a 69 días a 1,2 mA.
Sí, los divisores resistivos mantienen la misma relación para DC a ~1 MHz. Por encima de 1 MHz, la capacitancia parásita (normalmente de 0,1 a 0,5 pF por resistencia) crea una impedancia que depende de la frecuencia. El MT-210 de Analog Devices recomienda utilizar divisores compensados con condensadores paralelos (C1/C2 = R2/R1) para que las sondas de osciloscopio tengan una respuesta plana de hasta 500 MHz.
Comience con la relación objetivo R2/ (R1+R2) = Vout/Vin. A continuación, seleccione la resistencia total en función de las restricciones: una R más baja (1—10 kΩ) para cargas impulsoras, una R más alta (100 kΩ—1 MΩ) para un consumo de corriente mínimo. Según la norma IEEE Std 1118, la instrumentación de precisión utiliza redes de resistencias compatibles (por ejemplo, la serie Vishay MPM) con una correlación del 0,01%.
La impedancia de entrada es igual a R1 + R2 en serie. Un divisor con R1 = 10 kΩ y R2 = 10 kΩ representa 20 kΩ para la fuente. Para que la carga de la fuente sea mínima, la impedancia de entrada debe superar 10 veces la impedancia de la fuente; un generador de señales de 50 Ω requiere una impedancia de entrada con divisor superior a 500 Ω.
Sí, los divisores de tensión convierten la lógica de 5 V en una lógica de 3,3 V con R1 = 1,8 kΩ y R2 = 3,3 kΩ (Vout = 3,24 V). Sin embargo, el cambio de nivel bidireccional requiere circuitos activos: el TXB0108 de TI proporciona una traducción de 8 canales a 100 Mbps con detección de dirección automática.
R2/ (R1+R2) = 3,3/5 = 0,66. Valores estándar: R2 = 6,8 kΩ, R1 = 3,3 kΩ dan una relación de 0,673 (salida de 3,37 V, +2,1% de error). Para una tolerancia más estricta, utilice R2 = 33 kΩ, R1 = 18 kΩ (relación de 0,647, 3,24 V, error del -1,8%). Un total de 10 kΩ consume 500 µA a 5 V (2,5 mW). Crítico: asegúrese de que la impedancia de carga supere los 100 kΩ o añada un amplificador de búfer.
Sí, utilice R1 = 1 kΩ, R2 = 2 kΩ para Vout = 3,33 V. La baja impedancia de salida de la MCU (<50 Ω) garantiza una división precisa. Para señales superiores a 1 MHz (SPI a 10 MHz), mantenga una resistencia total inferior a 500 Ω para minimizar la constante de tiempo RC con la capacitancia de entrada (normalmente 5 pF). La conversión de 3,3 V a 5 V requiere cambiadores de nivel activos; los divisores pasivos no pueden aumentar la tensión.
La impedancia de salida (R1 || R2) forma un divisor de tensión con la carga. Para R1 = R2 = 10 kΩ, Zout = 5 kΩ. Una carga de 10 kΩ reduce la salida en un 33% (Vout × 10k/ (5k+10k) = 0.67 × Vout). Según Horowitz & Hill, la resistencia de carga debe superar 10 veces la impedancia de salida en caso de una flexión inferior al 10%, o 100 veces en caso de una caída inferior al 1%. Usa un seguidor de voltaje con amplificador operacional (por ejemplo, el TI LM324, 0,15 USD) cuando conduzcas cargas de baja impedancia.

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