Un partitore di tensione aiuta a scomporre una tensione in componenti più piccoli tramite resistori. È possibile utilizzare circuiti divisori di tensione per ottenere tensioni diverse da una fonte di alimentazione. Pensate a due resistori collegati in linea. Se misurate la tensione su un resistore, ottenete solo una parte della tensione totale. Questa semplice configurazione consente di alimentare sensori o altri dispositivi elettronici che richiedono una tensione inferiore.
Circuiti di partitore di tensione
Definizione
I circuiti divisori di tensione aiutano a dividere la tensione in quantità più piccole. Questi circuiti utilizzare resistori Per generare tensioni diverse da una sola fonte di alimentazione. Si collegano i resistori in fila per costruire il circuito. La tensione scende in corrispondenza di ciascun resistore. È possibile misurare la tensione in diversi punti del circuito. In questo modo, si ottiene la tensione necessaria per i sensori o altri dispositivi elettronici.
Funzione di base
I circuiti divisori di tensione condividono la tensione totale tra i resistori. I resistori vengono disposti in linea o in serie. La tensione si divide in base al valore di ciascun resistore. Per ottenere una tensione inferiore, è sufficiente misurare su un solo resistore. È possibile modificare la tensione di uscita scegliendo diversi valori di resistore. Questo rende i circuiti divisori di tensione utili per molti progetti elettronici.
Suggerimento: i circuiti divisori di tensione possono alimentare dispositivi che necessitano di una tensione inferiore rispetto all'alimentazione principale.
Esempio semplice
Ecco un esempio semplice. Hai una batteria che fornisce 9 volt. Ne servono solo 3 per un sensore. Puoi usare due resistori per realizzare un circuito partitore di tensione. Se entrambi i resistori sono uguali, la tensione si divide equamente. Ogni resistore riceve 4.5 volt. Se un resistore è più grande, riceve più tensione.
Ecco un semplice diagramma:
[Battery]---[R1]---[R2]---[Ground]
| |
Vout 0V
R1 e R2 sono entrambi resistori.
Vout è la tensione che si controlla su R2.
La tensione della batteria si divide tra R1 e R2.
Puoi usare questo circuito per ottenere la tensione desiderata. Prova a usare diversi valori di resistenza per vedere come cambia la tensione. I circuiti divisori di tensione ti permettono di controllare la tensione nei tuoi progetti.
Caduta di tensione e calcolo
Legge di Ohm
È possibile utilizzare la legge di Ohm per comprendere come avviene la caduta di tensione in un circuito partitore di tensione. La legge di Ohm afferma che la tensione è uguale alla corrente per la resistenza. Se si ha un resistore in un circuito, la caduta di tensione ai suoi capi dipende dalla corrente e dal valore del resistore. L'equazione può essere scritta in questo modo:
V = I × R
Se si conosce la tensione di ingresso e la valori del resistore, puoi trovare la corrente. La corrente rimane la stessa attraverso ogni resistore in un circuito in serie. Puoi usare la legge di Ohm per trovare i rapporti di caduta di tensione per ciascun resistore.
Nota: la legge di Ohm ti aiuta a prevedere quanta tensione riceverà ogni resistore nel tuo partitore di tensione.
Legge di Kirchoff
La legge di Kirchoff sulla tensione aiuta a capire come si divide la tensione in un circuito. Questa legge afferma che la tensione totale attorno a un circuito chiuso è uguale a zero. Sommando tutte le cadute di tensione in un circuito in serie, si ottiene la tensione di ingresso. È possibile utilizzare la legge di Kirchoff sulla tensione per verificare il proprio lavoro quando si costruisce un partitore di tensione.
Ad esempio, se si hanno due resistori in un circuito e una tensione di ingresso, la somma della caduta di tensione su ciascun resistore è uguale alla tensione di ingresso. Questo aiuta a verificare che le equazioni del partitore di tensione siano corrette.
Equazioni chiave
Per trovare la tensione di uscita in un partitore di tensione è necessario utilizzare l'equazione corretta. L'equazione fondamentale per un semplice partitore di tensione a due resistori è la seguente:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))
Vin è la tensione di ingresso.
Vout è la tensione di uscita.
R1 è il primo resistore.
R2 è il secondo resistore.
Questa equazione mostra come il rapporti di caduta di tensione dipendono dai valori dei resistori. È possibile modificare l'uscita scegliendo resistori diversi. Per calcolare la corrente nel circuito, utilizzare questa equazione:
I = Vin / (R1 + R2)
È possibile utilizzare queste equazioni per progettare il proprio circuito partitore di tensione.
Simbolo | Significato |
|---|---|
Vin | Tensione di ingresso |
vo | Tensione di uscita |
R1 | Primo resistore |
R2 | Secondo resistore |
I | Corrente |
Esempio di calcolo
Proviamo con un problema di esempio. Vogliamo ottenere una tensione di uscita di 3 volt da una tensione di ingresso di 5 volt. Utilizziamo due resistori nel circuito. R1 è da 2 kΩ. R2 è da 3 kΩ.
Scrivi l'equazione del partitore di tensione:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))Inserisci i valori:
Vout = 5 × (3 / (2 + 3)) Vout = 5 × (3 / 5) Vout = 5 × 0.6 Vout = 3 volts
Si ottiene una tensione di uscita di 3 volt. I rapporti di caduta di tensione per R1 e R2 sono 2:3. La caduta di tensione ai capi di R1 è di 2 volt. La caduta di tensione ai capi di R2 è di 3 volt. La caduta di tensione totale è uguale alla tensione di ingresso.
Puoi anche trovare la corrente nel circuito:
I = Vin / (R1 + R2)
I = 5 / (2 + 3)
I = 5 / 5
I = 1 mA
Suggerimento: verificare sempre che la somma della caduta di tensione su ciascun resistore sia uguale alla tensione di ingresso. Questo mantiene il circuito sicuro e funzionante.
È possibile utilizzare queste equazioni per progettare circuiti divisori di tensione per sensori, LED o altri dispositivi elettronici. Provate a modificare i valori dei resistori per vedere come cambia la tensione di uscita. Vedrete come i rapporti di caduta di tensione influenzano l'uscita.
Usi pratici dei divisori di tensione
Regola del 10%
Quando si lavora con circuiti divisori di tensione, è necessario tenere presente la regola del 10%. Questa regola aiuta a garantire che il progettazione di circuiti fornisce la tensione desiderata. La regola del 10% afferma che il carico collegato al partitore di tensione dovrebbe assorbire meno del 10% della corrente che scorre attraverso il partitore. Seguendo questa regola, la tensione di uscita rimane stabile. Si evitano grandi variazioni di tensione quando si collega un dispositivo.
Suggerimento: controlla sempre il rapporto di corrente tra il carico e il partitore. In questo modo la tensione rimane precisa.
Carica effetti
Gli effetti di carico si verificano quando si collega un dispositivo al partitore di tensione. Il dispositivo si comporta come un'altra resistenza nel circuito. Questa resistenza aggiuntiva modifica la resistenza totale e il rapporto di tensione. Se il carico assorbe troppa corrente, la tensione di uscita diminuisce. Questo problema si riscontra in molti progetti di circuiti. Per evitare effetti di carico, è necessario seleziona i valori dei resistori che mantengono la tensione vicina al tuo obiettivo.
Ecco una tabella rapida che mostra come gli effetti di caricamento modificano l'output:
Resistenza al carico | Tensione di uscita | Cambiamento del rapporto |
|---|---|---|
Alto | Rimane stabile | Piccolo |
Basso | Gocce | Grande |
Esempio di progettazione
Diamo un'occhiata a un esempio di progetto che utilizza la regola del 10%. Si desidera ottenere 5 volt da una sorgente a 12 volt per un sensore. Il sensore necessita di 1 mA. Si inizia la progettazione del circuito scegliendo una corrente per il partitore. Se si desidera che la corrente del partitore sia di almeno 10 mA, il rapporto tra la corrente di carico e quella del partitore è 1:10. Si utilizza l'equazione del partitore di tensione per trovare i valori dei resistori. Si controlla la tensione con il sensore collegato. Se la tensione rimane vicina a 5 volt, il progetto funziona. In caso contrario, si regolano i valori dei resistori e si ripete il processo.
Ricorda: una buona progettazione del circuito verifica sempre gli effetti del carico e utilizza il rapporto corretto per una tensione stabile.
Vedete usi pratici dei partitori di tensione Nei circuiti dei sensori, nei controlli audio e negli ingressi dei microcontrollori. Seguendo la regola del 10%, il circuito del partitore di tensione diventa più affidabile. È possibile utilizzare il giusto rapporto e le giuste fasi di progettazione per mantenere la tensione costante nei progetti reali.
Complessità dei circuiti dei partitori di tensione
Scala di tensione
È possibile costruire una scala di tensione collegando diversi resistori in fila. Questa struttura assomiglia ai pioli di una scala. Ogni resistore funge da gradino. Si collega un'estremità della scala a una sorgente di tensione e l'altra estremità a terra. La tensione scende leggermente a ogni gradino. Questa configurazione consente di ottenere diversi livelli di tensione da un'unica sorgente.
Una scala di tensione fornisce più di due tensioni. È possibile accedere al circuito in corrispondenza di ogni nodo tra i resistori. Ogni collegamento fornisce una tensione diversa. Questo rende la scala di tensione utile in molti progetti. La si vede spesso nei convertitori analogico-digitali o circuiti dei sensoriLa stabilità di ogni gradino di tensione dipende dai valori dei resistori scelti.
Suggerimento: utilizzare resistori di pari valore per gradini di tensione pari nella scala.
Calcolo del nodo
È possibile calcolare la tensione in ogni nodo di una scala di tensione utilizzando semplici calcoli matematici. Iniziare contando il numero totale di resistori. Se si utilizzano resistori di pari valore, la tensione scende uniformemente in ogni nodo. Ad esempio, se si hanno quattro resistori e una sorgente da 12 volt, ogni gradino scende di 3 volt.
Ecco un modo rapido per calcolare le tensioni dei nodi:
Contare il numero totale di resistori (N).
Dividere la tensione totale per N per ottenere la caduta di tensione per resistore.
Moltiplica la caduta per il numero di passi da terra al tuo nodo.
Ecco una tabella per una scala a quattro gradini con una fonte di alimentazione a 12 volt:
Nodo | Tensione (V) |
|---|---|
0 | 0 |
1 | 3 |
2 | 6 |
3 | 9 |
4 | 12 |
È possibile utilizzare questo metodo per qualsiasi scala di tensione. Questo aiuta a progettare circuiti con livelli di tensione stabili in ogni nodo. Le complessità di circuiti divisori di tensione diventa chiaro quando vedi come ogni passaggio influisce sulla stabilità e sull'output del tuo circuito.
Hai imparato come i circuiti divisori di tensione generano tensioni diverse. Hai anche imparato a usare la matematica per calcolare tensione e corrente. Scegliere i valori corretti dei resistori aiuta a mantenere la tensione costante. Questo migliora il funzionamento del tuo circuito. Prova a realizzare il tuo partitore di tensione o la tua scala di tensione.
Utilizzare valori di resistenza diversi per vedere cosa succede.
Controlla la tensione in ogni punto del circuito.
Se vuoi saperne di più, prova i simulatori di circuiti online o i kit pratici.
FAQ
Cos'è un partitore di tensione e perché si usa?
Un partitore di tensione divide la tensione in parti più piccole. Lo usi per alimentare cose che necessitano di meno tensioneTi aiuta a creare tensioni diverse per sensori o microcontrollori.
Come si scelgono i valori dei resistori per un partitore di tensione?
Scegli i valori dei resistori per ottenere la tensione desiderata. Utilizza l'equazione del partitore di tensione per aiutarti. Prova diverse coppie di resistori fino a ottenere la tensione corretta. In questo modo, puoi impostare la tensione per il tuo progetto.
Un partitore di tensione può alimentare carichi pesanti?
Non utilizzare un partitore di tensione per carichi pesanti. La tensione di uscita diminuisce se il carico assorbe troppa corrente. Controllare sempre il carico e seguire la regola del 10%. Questo garantisce il corretto funzionamento del partitore di tensione.
Perché l'uscita cambia quando si collega un dispositivo a un partitore di tensione?
Collegando un dispositivo si aggiunge un'altra resistenza al circuito. Questo modifica la resistenza totale e la tensione di uscita. I rapporti di caduta di tensione aiutano a prevedere cosa accadrà con carichi diversi.
Dove si vedono i circuiti divisori di tensione nella vita reale?
Vedi circuiti divisori di tensione Nei circuiti dei sensori e nei controlli audio. Sono presenti anche negli ingressi dei microcontrollori. Questi circuiti aiutano a ottenere la tensione corretta per ogni componente. I partitori di tensione vengono utilizzati in molti progetti elettronici.
