LOS DIVISORES DETENSINEn este mdulo, usted descubrir algunos de los circuitos divisoresde tensin y algo acerca de porqu son as y que importancia tienen en el diseo de la electrnica.QU ES UN DIVISOR DE TENSIN?Aqu va a descubrir y aprender pero, no tenga demasiada prisa. Leay practique con lo que aqu se explica y siga los pasos que se dan en la leccin. El diagrama siguiente, muestra una resistencia que depende de la luz conocida como LDR (Resistencia Dependiente de la Luz), junto con su smbolo de circuito:La parte sensible a la luz del LDR es una pista 'ondulada' de sulfurode cadmio. La energa de la luz que incide en esta zona, acciona la avalancha de los portadores de carga en este material (conduccin), de modo que bajar su resistencia mientras que el nivel de la iluminacin se mantenga.Un sensor de luz, utiliza una LDR como parte de un divisor deltensin.Nota: Voy a utilizar un termino en la denominacin de loscomponentes del que espero que nos ayude en la comprensin. Utilizar los trminos 'arriba' y 'bajo' para las resistencias del divisor, por su posicin en el grafico y como digo, espero que esto nos ayude a recordar.Circuito esencial de un divisor de tensin, tambin llamado divisorde potencial o divisor de voltaje y su frmula:[F1]Como se puede ver, dos resistencias estn conectadas en serie conla tensin de entrada Vin, que puede ser o no, la tensin de la fuentede alimentacin,conectadaaRarriba,laotra resistenciaRbajoconectada a masa. La tensin de la salidaVout,es el voltaje aextremos deRbajoy viene dada por:[F2]Normalmente conocemos la tensin de entrada Vin, la tensin desalida en algunos casos y la corriente que se necesita en la salida del divisor, por lo tanto podemos plantear un ejemplo de utilidad como el siguiente:Tenemos una tensin de entrada de 9V, necesitamos una tensin desalida de 5V. Calcular las resistencias necesarias para crear un divisor de tensin deestas caractersticas.Observemosestasdos formulas de la derecha, entre ellas podemos ver la semejanza,en donde los trminos del quebrado se intercambia tensin (V) porresistencia (R). Podemos deducir Va = 4V y Vb = 5V. Tambin podemos deducir lo siguiente:(Ra+Rb) x Vout = Rb x Vin [F3]Suponiendo que la corriente en vaco a travs de Ra y Rb sea de0'02A, optemos el valor para el conjunto Ra+Rb = 450 Ohms, sustituimos los valores conocidos y tenemos:(450) x 5 = Rb x 9; despejando Rb, tememos que: Rb = 2250/ 9 = 250 Ohms, ahora podemos saber que Ra = 200 OhmsLa potencia o vataje de Ra se hallar dependiendo de la corrienteque se necesite en la salida ms la de drenaje (0'02A). Para comprobar los clculos, aplicaremos la formula [F1], lo que nos muestra su validez.sta es una frmula verdaderamente til que convieneaprender y recordar.Puede ayudarnos a recordar que,Rbajoen la ecuacin aparece en laparte superior de la frmula porque la tensin de salida (Vout) semide a extremos deRbajo.Qu sucede si una de las resistencias en el divisor de tensin essubstituida por una LDR? En el siguiente circuito,Rarribaesunaresistencia de 10k, y se utiliza una LDR comoRbajo:Supongamos que la LDR tiene una resistencia de 500 = 0.5en luz brillante y 200 k en la oscuridad (ambos valoresrazonables).k sonCuando la LDR est en la luz,Voutser:0,5Vout=-------------- x 9 V = 0,43 V0,5 + 10Y en la penumbra,Voutser:200Vout=-------------- x 9 V = 8,57 V200 + 10Es decir este circuito da una tensin BAJA en la salida cuando elLDR est en la luz, y una tensin ALTA cuando la LDR est en la penumbra. El circuito divisor de tensin dar una tensin de la salida que cambia con la iluminacin, de forma inversamente proporcional a la cantidad de luz que reciba.Un sistema de sensor que funcione como esto se podra pensarcomo 'sensor de oscuridad' y se podrautilizar para controlar losencienden (conectan)circuitosdeiluminacinqueseautomticamente por la tarde.Quizs esto no le parezca unpensar en aplicaciones que usen Hay realmente otra manera de sensores de luz.circuitoemocionante, pero puedeun sensor como divisor de tensin.hacer trabajar a los sistemas conAqu est el divisor de voltaje constituido por la LDR que sustituyela resistencia deRarriba:Qu efecto tiene esto en laVout?La accin invierte el circuito es decir,Voutllega a ser ALTA, cuandola LDR est en la luz, y BAJA cuando el LDR est en la oscuridad.Substituya los valores apropiados en el frmula del divisor del voltaje para convencerse de que esto es verdad.RepasoAplique la frmula para calcular la Vout de un divisor de tensin.Cul es la alternativa conocida para esta clase de circuito?La resistencia de una LDR baja o sube con luz brillante? Explique su respuesta. Calcule Vout para el circuito mostrado abajo, asumiendo que el LDR tiene una resistencia de 2 k .En este circuito, Vout aumenta o disminuye con luz brillante?Cmo se podra invertir la funcin de este circuito?RespuestasSENSORES DE TEMPERATURAUna resistencia que es sensible a la temperatura es lo que se llamaun termistor, una definicin ms tcnica sera: A la resistencia concoeficientedetemperaturanegativo,conocidatemperaturacomo termistor, NTC oconcoeficientedepositivo PTC, a este tipo de resistencias la temperatura ambiente lesafecta de modo que modifican suHay varios tipos de encapsulado:valordentrodeunosparmetros.Laresistenciade lamayoradelostiposcomunesde termistor disminuye mientras quese eleva la temperatura.SeoUnllamande,coeficientenegativodetemperaturatermistores NTC. Observe eltermistor NTC tpico se hace-t al lado del smbolo del circuito.usando materiales de xido de metalsemiconductor. Los semiconductores tienen la caracterstica deofrecer la mitad de la resistencia entre los conductores y los aislantes. Mientras ms se eleva la temperatura, ms portadores decarga estnresistencia.disponibles y esto causa la cada del valor delaAunque estemperaturamenos utilizado, es posible fabricar termistoresde coeficiente positivo o PTC. stos se hacendedediversos materiales y muestran un aumento de resistencia que varacon temperatura.Cmo podramos hacer un circuito con este sensor, para su uso enuna alarma de incendios? Utilizaremos un circuito que entregue unatensin alta cuando se detecten las condiciones de temperaturacaliente. Necesitamosponerundivisordetensin conuntermistor NTC en la posicin que ocupaRarriba:Cmo podramos hacer un circuito con un sensor para detectartemperaturas de menos de 4C para advertir a motoristas que pueda haber hielo en la carretera? Usaremos un circuito que d una tensin alta en condiciones fras. Necesitamos un divisor de voltaje con eltermistor en lugar deRbajo:Este ltimo ejemplo nos plantea una interesante pregunta: Cmosaber qu valor de tensin deVoutse va a conseguir con 4C? Vea elsiguiente grfico de las caracterstica de un termistor:En el eje Y, se representa la resistencia con una escala logartmica.sta es una manera de comprimir el grfico de modo que sea ms fcil ver cmo cambia la resistencia. Entre 100 y 1000 , cada divisin horizontal corresponde a 100. Por otra parte, entre 1000 y 10000, cada divisin corresponde a 1000. Y sobre 10000, representa 10000 cada divisin.Como se puede apreciar, este termistor tiene una resistencia quevara de alrededor 70 k en 0C a cerca de 1 k a 100C. Loscatlogos de los suministradores, dan generalmente la resistencia a25C, que en este caso ser 20 k. Generalmente, los catlogos tambin especifican un ' beta ' o ' B-valor '. Cuando se especifican estos dos nmeros, es posible calcular un valor aproximado para la resistencia del termistor en cualquier temperatura de la ecuacin particular:R= Rx eTTo(B((1/T) - (1/T 0 )))Donde:Res la resistencia a temperatura T en grados Kelvin (k = C +T273)Res la resistencia de referencia a una temperatura To en Kelvin.ToCuando la temperatura de la referencia es 25 C, T0 = 25+273.e es la base del logaritmo natural, elevada a la potencia [B((1/T) -(1/T0))]enestaecuacin.B es el 'B-valor' especificado para este termistor.Quizs no necesites aplicar esta ecuacin en este momento, pero estil saber que, la informacin proporcionada en los catlogos es suficiente para permitir que podamos calcular el funcionamiento del termistor. Con una hoja de Excelpor ejemplo, es posible generar las curvas caractersticas para cualquier termistor, calculando los valores de la resistencia para una gama de temperaturas dadas.Con R= 20 k y B = 4200, saltos de resistencia a partir de 0 aTo10C estn como sigue:Segn el grfico, la resistencia para 4C, se puede estimar pocomenos de 60 k . Mediante la ecuacin se ha calculado el valor exacto, que es 58.2 k .El mayor equilibrio deVouten un divisor de tensin, seobtiene cuando ambos valores Ra y Rb son IGUALES.Con estos datos elegimos el que da un valor paraRarribacerca de58.2 k, lo que har del divisor de tensin para la alarma por hielo,ms sensible cerca de los 4C. El valor ms cercano (E12/E24) es 56k. Esto es importante porque los saltos grandes deVouthacen msfcil disear los otros subsistemas en la alarma para hielo, de modoque las temperaturas por debajo de 4C podrn ser detectadas con mayor fiabilidad.Los dispositivos sensores varan considerablemente su resistencia,se puede aplicar esta regla para cerciorarse de que los divisores de tensin que construya sern siempre tan sensibles como sea posible en el punto crtico.Los termistores vuelven a utilizarse en lugares en los que puedeque no se imagine. Se utilizan extensivamente en coches, por ejemplo en:Inyeccin electrnica de combustible, en la cual la entada de aire, la mezclaaire/combustible y las temperaturas del agua que le enfra, se supervisan para a determinar la concentracin del combustible para la inyeccin ptima. Controles de temperatura del aire acondicionado y de asientos en vehculos.ayudarLos indicadores de alertas, tales como temperaturas de aceite y de lquido, nivel deaceite y turbo-cargador.Control del motor de ventilador, basado en la temperatura del agua que se enfra. Sensores de escarcha, para la medida de la temperatura exterior.Sistemas acsticos.Los termistores se utilizan para medir las temperaturas superficialesy profundas del mar para ayudar a supervisar corrientes del ocano en el efecto EL NIO. Obviamente, los termistores se utilizan para medir flujo de aire, por ejemplo en la supervisin de la respiracin en bebs prematuros, entre otras aplicaciones.EJEMPLO PRCTICO.Cuando el ventilador de nuestro computador se para, cosa que esbastante habitual por el uso continuado, se seca la grasa del eje yllega a pararse o se desgasta el soporte del eje, produce el tpicoruido poco antes de estropearse definitivamente. Para evitar que se queme algn componente de considerable costo, necesitamos un detector de temperatura que nos avise de tal circunstancia.Necesitamos un detector de temperatura que active un sonido dealerta que nos avise, utilizaremos un termistor NTC, un circuitointegrado de bajo coste el 555 ypara esta prctica:unos pocos componentesasociadosEn el esquema anteriorlmite establecido por lacuandola temperatura de la CPUsupera elNTC, se produce un aumento de la tensinen la patilla 2, lo que produce el disparo del circuito integrado queest configurado como oscilador, generando una frecuencia audible que es amplificada por el transistor a su salida por la patilla 3 y que podemos or en el altavoz, adems mediante el diodo led de la salida, nos indicar de forma visual que la temperatura est por encima de lo previsto.Repaso:Distinguir entre los termistores el ntc y ptc. Qu sucede a la resistencia decada tipo cuando la temperatura aumenta?Un extractor de invernadero debe funcionar automticamente si la temperatura excede 40C. Estimar la resistencia del termistor en 40C de la curva caracterstica del siguiente grfico: Trace un circuito divisor de tensin que aumente suVout segn lo haga la temperatura. Cual debe ser el valor de la resistencia fija para una sensibilidad mxima a 40C?RespuestasDIVISOR CONDIODO ZENERNo voy a entrar a describirque es y como se comporta un diodo zener, ya que no esesteelmotivodeesteunos para laartculo, son necesariosconocimientosbsicoscontinuar. Estaesaplicacin ms comn utilizada por la mayora de tcnicos en lostalleres de reparacin, cuando tienen la necesidad de obtener unatensin no prevista y en su lugar disponen de una tensin superior,en los casos de tensiones inferiores a 5V o fuera del margen de los reguladores comerciales, se ven obligados a usar un divisor de tensin en el que usan un diodo zener de la tensin adecuada al caso. Veamos como proceder en un caso concreto.EL circuito al que har referencia se puede ver a la derecha. En ella,la Rarriba (R limitadora) ha de ser calculada entre los valores de tensin mnimos y mximo para que la tensin en la salida Rcarga se mantenga constante dentro de los valores de entrada. Eligiendo la resistencia Rarriba y las caractersticas del diodo zener, se puede lograr que la tensin en la carga Rcarga permanezca prcticamente constante que, es lo que nos interesa.Veamos como elegir la resistencia limitadora Rarriba adecuada hayque calcular primero cul puede ser su valor Rmximo y Rmnimo,despus elegiremoscalculados.unaresistenciaRquecumplaconlosvaloresSegn esto, obsrvese que en el punto (6) si se desconecta la cargalaintensidadIcmin tiendea0,locualrepercuteenelsobrecalentamiento del diodo zener haciendo peligrar su integridad,por lo que se recomienda utilizar una resistencia en paralelo al diodo zener para que no se produzca este efecto negativo.Donde:1. Rmin, valor mnimo de la resistencia limitadora.2. Rmax, valor mximo de la resistencia limitadora.3. Vinmax, valor mximo de la tensin de entrada.4. Vinmin, valor mnimo de la tensin de entrada.5. Vz, tensin Zener.6. Icmin, mnima intensidad que puede circular por la carga,si la carga se desconecta, Icmin tomar el valor 0.7. Icmax, mxima intensidad que soporta la carga.8. Izmax, mxima intensidad que soporta el diodo Zener.9. Izmin, mnima intensidad del diodo zener para mantener su su zona zener o conduccin en inversa.Esta resistencia puede calcularse considerando una corriente depaso cercana a la mnima del diodo zener para que se mantenga en la llamada zona zener de donde toma su nombre.Caso prctico: Disponemos de una Vin de 5V, necesitamos unatensin para activar un circuito a 3V3 que consume 500mA, debemos calcular la R limitadora para que mediante un diodo zener de 3V3 nos entregue en la salida los 3V3 y si por cualquier motivo la carga se desconecta que no peligre el diodo zener.Aplicando las formulas descritas en este caso, slo usaremos uncalculo, el de Rmxima y obtendremos una resistencia de 3R3, es decir, de 3'3 . Sin embargo, al conectar la tensin de 5V a la entrada y sin aplicar ninguna carga, se observa que hay un consumo de cerca de 500mA, cuando no hay carga, tambin se descubre queel diodo zener est realmente muyacordaremos de cuanto.caliente y seguro que nosAhora,pongamosunaresistenciaquelimiteesteconsumo,paradjicamente esta resistencia, nose pone en serie, sino enparalelo. Si calculamos el valor para una corriente de paso de 0'003A (3mA) con una tensin de 3'3V por aproximacin usaremos unaresistencia de 1k . Y Voila!! Ahora, el consumo ha bajado a100mA. El diodo zener no se calienta y el consumo no es excesivo, lo que se peda.EL PUENTE WHEATSTONESir Charles Wheatstone era un cientfico verstil y con talento. linvent la concertina, experiment con fotografa estereoscpica e invent el estereoscopio e hizo una parte importante en el desarrollotemprano deinventado el estaba entrelas comunicaciones del telgrafo. l no reclam habercircuito nombrado despus con su nombre, sino que los primeros en explotar el circuito con eficacia en lafabricacin de resistencias patrn.As que, que es un puente de Wheatstone? Veamos, este es elcircuito:Es obvio que el circuito consiste en dos divisores de tensin.Suponga que RX es un valor de la resistencia desconocida. Si ajustamos RC hasta que Va del segundo divisor de tensin es igual a Vb del divisor de tensin del brazo que contiene RX. Cuando los valores de Va y Vb son iguales, se dice que el puente est equilibrado. El punto de equilibrio puede ser detectado conectando un voltmetro o un ampermetro a travs de los terminales de salida entre Va y Vb. Ambas clases de medida dan una lectura cero cuando se alcanza el equilibrio.En un circuito equilibrado, el cociente RX/RA es igual al cociente deRB/RC .RA x RBRX = ---------------R CEs decir si los valores del RA, de RB y de RC se saben, es fcilcalcular RX. En instrumentos, basados en el puente de Wheatstone, el RA y el RB son fijos y RC es ajustable en una escala que vara de una manera tal que el valor de RX se puede leer directamente.AJUSTE DE TEMPERATURA.Para el ajuste de un puente Wheatstone como termmetro (siempredentro de unos parmetros), la sonda de la NTC, se introduce en un vaso con agua y hielo (temperatura conocida 0C), la resistencia ajustable Rc se regula de modo que el polmetro marque 0V, esto sedebe realizar con varios intentos para que el ajuste sea lo msexacto posible. Cuando se consiga el ajuste, tendremos calibrado el termmetro, con la seguridad relativa de conocer la temperatura que tiene un cuerpo o el ambiente.Actualmente, los circuitos puente de Wheatstone no se utilizangeneralmente para medir valores de resistencia, sino que se utilizan para disear los circuitos sensores.Para la deteccin de cambios en la presin del aire, debido a loscambiosrepentinosenlaaltitud,seusauninstrumentollamado varimetro comovarimetro alerta al pilotoayuda en el vuelo de planeadores. Eldel planeador, de las corrientes areasascendentes o las trmicas. Circundando o dentro de una trmica, elpiloto puede ganar altura y permanecer en vuelo por ms tiempo.Un tipo de varimetro utiliza termistores para supervisarcambios de presin:losLos cambios de altitud son los que producen los cambios del flujo deaire. Un elemento calefactor calienta el aire que llega de la corriente del flujo a distintas temperaturas, un sensor alto por agua y en sentido descendiente el elemento de calefaccin dependiendo del ndice del flujo de aire.Los sensores de termistor son parte del puente de Wheatstone:Cuando el instrumento es primer instalado, preestablezca el resistorse ajusta segn la salida cero. La ventaja del puente de Wheatstone es que solamente las diferencias de la temperatura entre los dos sensores pondrn el puente de balance. Las condiciones atmosfricas fras o calientes afectan a ambos sensores igualmente. El flujo de aire en/de la cmara de referencia tiene un efecto opuesto en los dos sensores: uno ser calentado por la corriente de aire, mientras que el otro se enfra. Consecuentemente, la salida cambiar por ms que se haya ajustado el sensor del dispositivo.Por cierto, los circuitos de puente de Wheatstone se suponendifciles de entender. El circuito se dibuja generalmente como un puente rectificador:Es poco probable pensar en dos divisores de tensin, pero una vezque describamos cmo se comporta el circuito ser fcil de seguir.Repaso:Calcular el valor de RX en el puente de Wheatstone del siguiente circuito.Qu ventajas ofrecen los sistemas sensores usando los circuitos de puente deWheatstone?RespuestasSENSORES DE SONIDOOtro nombre para un sensor de sonidos es un micrfono. Eldiagrama muestra un micrfono denominado electret:Como se debe saber, para que los micrfonos electret trabajencorrectamente,necesitan deuna tensindealimentacin,generalmente alrededor 1.5 V a travs. Un circuito adecuado para eluso con una fuente de 9 V es el siguiente:Los 4.7 k y las resistencias de 1 k forman un divisor de tensinque proporciona 1.6 V a travs del micrfono. Las ondas acsticas generan pequeos cambios en la tensin, generalmente en la gama de 10-20 mV. Para separar estas pequeas seales de 1.6 V, se utiliza las caractersticas de un condensador, separando as la componente continua de la alimentacin.SEALES CON LOS INTERRUPTORES.Como ya se ha dicho, cuando se utiliza un interruptor paraproporcionar una entrada a un circuito como presionar un interruptor generalmente genera un pico de tensin. Es el pico de tensin que genera el propio circuito con la accin de puesta en marcha. Qu se necesita para generar una seal de tensin con el interruptor? . . .Se necesita un divisor de tensin. El circuito se puede construir concualquiera de las dos maneras:La resistencia bajo en el primer circuito fuerza aVout,llegando anivel CERO, hasta que se acciona el pulsador. Este circuito entregauna tensin alta, cuando se presiona el pulsador. Un valor para laresistencia de 10 k es adecuada.En el segundo circuito, la resistenciaRarribafuerza a nivel ALTO aVout,mientras no se acte sobre el pulsador. Al presionar el pulsador,se conectaVoutdirectamente con 0 V. Es decir, este circuito entregaun nivel BAJO cuando se presiona el pulsador.En los circuitos de proceso seales de lgica, una tensin BAJA sellama 'lgica 0' o ' 0 ', mientras que una tensin ALTA se llama'lgica 1' o ' 1 '. Estos circuitos de divisor de tensin son perfectos para proporcionar las seales de entrada para los sistemas de lgica.Algunas clases de interruptores que se podran utilizar. Unavariedad de pulsadores que llaman pulsador tctil miniatura. stos son unos pulsadores pequeos que encajan bien en la placas estndar para montajes de prototipos:Como se puede ver, el pulsador tiene cuatro terminales que estnconectados a pares por las tiras internas de metal. Al presionar el botn se tiende un puente sobre los contactos y cierra el contacto. Los terminales extras son tiles al disear las placas de circuito impreso para teclados y tambin para el pulsador de parada o reset.Hay otros tipos de pulsadores que puede ser que nos intereseutilizar en una configuracin de divisor de tensin. Podemos incluirlosinterruptoresmagnticosdelminasllamados reed,losinterruptores de nivel y los detectores de presin, todos para usoscon alarmas contra ladrones.Los circuitos electrnicos acumulan sistemas y se idean en trminosde ENTRADA, PROCESO, SALIDA. Entre los sistemas, se transfieren las seales. Estas seales se transfieren casi siempre como voltajes que varan. Esto hace inevitable que los circuitos electrnicos incluyan los divisores de tensin como parte integral de su estructura.Los divisores del voltaje no son un poco importantes justo, ellos sonfundamentales a una comprensin de circuitos electrnicos. Una vez que usted haya comenzado a buscarlos, usted los encontrar por todas partes.Repaso:Un interruptor de lminas reed se cierra cuando se coloca cerca un imn. En un sistemade alarma, el imn est fijado a la parte mvil de una puerta o ventana, mientras que el interruptor reed est fijado al marco. Vout debe ser BAJO cuando la puerta o la ventana, esta cerrada y debe pasar a ALTO cuando se abre la puerta o la ventana. Cul de los dos circuitos divisor de tensin mostrados nos dar este resultado?Sugerir un valor para Rarriba y Rbajo en estos circuitos.Cmo se podran incluir varios interruptores reed en el mismo circuito divisorde tensin, para obtener una tensin alta, cuando de los interruptores reed estn abiertos?RespuestasCONCLUSIONES.Los circuitos electrnicos se componen de subsistemas o circuitosdedicados y se piensa en trminos de ENTRADA, PROCESO, SALIDA. Entre estos sistemas se transfieren las distintas seales. Estas seales se transfieren casi siempre como tensiones que cambian. Esto hace inevitable que los circuitos electrnicos incluyan los divisores de tensin similares a los estudiados, como parte integral de su estructura.Los divisores de tensin justamente no son poco importantes, yodiraquesonfundamentalesen lacomprensin de circuitoselectrnicos.Una vez que hayamos empezado a buscarlos entre los circuitoshabituales que manejamos, los encontraremos por todas partes. Ahora, en pocos das, despus de haber ledo este tema, nos encontraremos con los divisores de tensin en cada porcin de circuito en el que indaguemos, eso no es malo, sin embargo es bueno y conveniente que repasemos la base, es decir la formula a aplicar en cada caso.Si tiene alguna duda (sinceramente espero que no), recuerde quepuede comunicarse con la administracin para ampliar la parte que no tenga clara, al menos intentaremos darle respuesta a sus dudas.Como siempre, comentarios, criticas y sugerencias para mejorareste artculo, son bienvenidos y apreciados.Los comentarios sern bienvenidos.