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Power

Calculadora de divisor de tensão

Calcule a tensão de saída do divisor de tensão, a corrente, a impedância de Thévenin e a dissipação de energia de Vin, R1 e R2. Ideal para redes de polarização e mudança de nível.

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Fórmula

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

Como Funciona

A calculadora do divisor de tensão determina a tensão de saída, a corrente e a dissipação de energia para redes divisórias resistivas — essenciais para condicionamento de sinal, escala de referência ADC e mudança de nível lógico. Engenheiros de eletrônica de potência, desenvolvedores embarcados e projetistas de circuitos usam essa ferramenta para dimensionar resistores que atingem as taxas de tensão alvo e, ao mesmo tempo, minimizam a corrente quiescente. De acordo com 'The Art of Electronics' (3ª ed.) de Horowitz & Hill, divisores de tensão com resistência total de 10 kΩ consomem 500 µA de uma fonte de 5 V — uma redução de 40% na potência de espera em comparação com divisores de 6 kΩ. A impedância de saída equivalente de Thévenin (R1 || R2) determina diretamente a regulação da carga: uma impedância de fonte de 1 kΩ causa queda de tensão de 9,1% com uma carga de 10 kΩ. A nota de aplicação SLVA079 da Texas Instruments recomenda manter a impedância do divisor abaixo de 1/10 da impedância da carga para manter < 1% de erro de saída. Para aplicações de precisão, os resistores de tolerância de 0,1% reduzem o erro de proporção de ± 2% para ± 0,14%, essencial ao alimentar ADCs de 12 bits em que 1 LSB é igual a 0,024% da escala completa.

Exemplo Resolvido

Um sistema de monitoramento de bateria requer o dimensionamento da tensão do pacote de íons de lítio de 12,6 V para uma entrada ADC de 3,3 V. Especificações alvo: corrente quiescente de <10 µA, erro de regulação de carga de < 0,5% com impedância de entrada ADC de 1 MΩ. Etapa 1: Calcular a razão — Vout/Vin = 3,3/12,6 = 0,262, então R2/ (R1+R2) = 0,262. < 10 µA at 12.6 V, total resistance >Etapa 2: Defina a corrente quiescente — Para Iq 1,26 MΩ. Escolha R1 + R2 = 1,5 MΩ. Etapa 3: Resolva os resistores — R2 = 0,262 × 1,5 MΩ = 393 kΩ (use o valor padrão de 390 kΩ), R1 = 1,5 MΩ - 390 kΩ = 1,11 MΩ (use 1,1 MΩ). Etapa 4: Verificar — Vout = 12,6 × 390k/ (1,1 M + 390k) = 3,30 V. Impedância de Thevenin = 1,1 M || 390k = 288 kΩ. Regulação de carga com 1 MΩ ADC: erro = 288k/ (288k + 1M) = 22,4% — inaceitável. Solução: Adicione tampão de ganho de unidade (TI OPA333, 17 µA) para isolar o divisor de alta impedância do ADC.

Dicas Práticas

  • ✓De acordo com a série “Precision Labs” da TI, use resistores de película fina de 0,1% (por exemplo, série Vishay TNPW) para referências de ADC — o coeficiente de temperatura de ± 25 ppm/°C mantém < 0,1% de desvio da razão de -40°C para +85°C
  • ✓Adicione um capacitor de cerâmica de 100 nF em R2 para criar um filtro passa-baixa com fc = 1/ (2π × R1||R2 × C), rejeitando o ruído de comutação acima de 10 × a taxa de amostragem do ADC
  • ✓Para divisores de alta tensão (>50 V), use vários resistores em série para permanecer dentro das classificações de tensão individuais — resistores SMD 0805 típicos são classificados para no máximo 150 V

Erros Comuns

  • ✗Ignorando a impedância de carga — um divisor de 10 kΩ com R2 = 5 kΩ perde 33% de sua tensão de saída ao acionar uma carga de 10 kΩ, não os 0% esperados
  • ✗Usando resistores de tolerância de 5% em aplicações de precisão — na pior das hipóteses, o erro de taxa atinge ± 10%, causando erro de 328 mV em uma saída de 3,3 V
  • ✗Excedendo as classificações de potência do resistor — um divisor de 1 kΩ a 12 V dissipa 144 mW no total; resistores de 1/8 W (125 mW) superaquecerão e flutuarão

Perguntas Frequentes

A corrente máxima é igual a Vin/ (R1+R2) de acordo com a Lei de Ohm. Para uma entrada de 12 V com resistência total de 10 kΩ, Imax = 1,2 mA. Isso define o consumo de energia quiescente em 14,4 mW. Os projetos alimentados por bateria normalmente visam 120 <100 µA (> kΩ (total) para estender o tempo de execução — uma bateria de 2.000 mAh dura 833 dias a 100 µA versus 69 dias a 1,2 mA.
Sim, os divisores resistivos mantêm a mesma proporção para DC até ~ 1 MHz. Acima de 1 MHz, a capacitância parasitária (normalmente 0,1—0,5 pF por resistor) cria uma impedância dependente da frequência. A Analog Devices MT-210 recomenda divisores compensados usando capacitores paralelos (C1/C2 = R2/R1) para sondas de osciloscópio que obtêm uma resposta plana de 500 MHz.
Comece com a razão alvo R2/ (R1+R2) = Vout/Vin. Em seguida, selecione a resistência total com base nas restrições: menor R (1—10 kΩ) para cargas motrizes, maior R (100 kΩ — 1 MΩ) para consumo mínimo de corrente. De acordo com o IEEE Std 1118, a instrumentação de precisão usa redes de resistores compatíveis (por exemplo, série Vishay MPM) com correspondência de taxa de 0,01%.
A impedância de entrada é igual a R1 + R2 em série. Um divisor com R1 = 10 kΩ e R2 = 10 kΩ apresenta 20 kΩ para a fonte. Para um carregamento mínimo da fonte, a impedância de entrada deve exceder 10 vezes a impedância da fonte — um gerador de sinal de 50 Ω requer uma impedância de entrada do divisor de >500 Ω.
Sim, os divisores de tensão convertem a lógica de 5 V em lógica de 3,3 V com R1 = 1,8 kΩ e R2 = 3,3 kΩ (Vout = 3,24 V). No entanto, a mudança de nível bidirecional requer circuitos ativos — o TXB0108 da TI fornece tradução de 8 canais a 100 Mbps com detecção automática de direção.
R2/ (R1+R2) = 3,3/5 = 0,66. Valores padrão: R2 = 6,8 kΩ, R1 = 3,3 kΩ fornecem uma proporção de 0,673 (saída de 3,37 V, +2,1% de erro). Para uma tolerância mais estreita, use R2 = 33 kΩ, R1 = 18 kΩ (razão de 0,647, 3,24 V, erro de -1,8%). Um total de 10 kΩ consome 500 µA a 5 V (2,5 mW). Crítico: garanta que a impedância de carga exceda 100 kΩ ou adicione um amplificador de buffer.
Sim — use R1 = 1 kΩ, R2 = 2 kΩ para Vout = 3,33 V. A baixa impedância de saída do MCU (<50 Ω) garante uma divisão precisa. Para sinais acima de 1 MHz (SPI a 10 MHz), mantenha a resistência total <500 Ω para minimizar o tempo de RC constante com a capacitância de entrada (normalmente 5 pF). A tradução de 3,3 V a 5 V requer mudanças de nível ativas — divisores passivos não podem aumentar a tensão.
A impedância de saída (R1 || R2) forma um divisor de tensão com a carga. Para R1 = R2 = 10 kΩ, Zout = 5 kΩ. Uma carga de 10 kΩ reduz a produção em 33% (Vout × 10k/ (5k+10k) = 0,67 × Vout). De acordo com Horowitz & Hill, a resistência da carga deve exceder 10 × a impedância de saída para < 10% de queda ou 100 × para < 1%. Use um seguidor de tensão do amplificador operacional (por exemplo, TI LM324, $0,15) ao dirigir cargas de baixa impedância.

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