Nivel: Básico. Demuestra cómo dos resistencias en serie dividen el voltaje de entrada en proporciones predecibles.
Objetivo y caso de uso
En este caso práctico, construirá un circuito fundamental que utiliza dos resistencias en serie para reducir un voltaje de fuente de CC más alto a un nivel de voltaje más bajo específico.
-
Por qué es útil:
- Interfaz de sensores: Adapta sensores de alto voltaje (por ejemplo, sensores automotrices de 12 V) a microcontroladores de bajo voltaje (por ejemplo, lógica de 3.3 V o 5 V).
- Polarización: Proporciona voltajes de referencia estables para bases de transistores o entradas de amplificadores operacionales.
- Desplazamiento de nivel: Método simple para reducir los niveles de señal entre diferentes etapas del circuito.
-
Resultado esperado:
- Voltaje de entrada (Vin): Medido en la fuente de alimentación completa de 9 V.
- Voltaje de salida (Vout): Medido en la unión entre las resistencias; esperando exactamente 4.5 V (50% de la entrada).
- Corriente: Una corriente pequeña y segura fluye continuamente desde la fuente a tierra a través de la ruta en serie.
- Verificación de la relación: El voltaje de salida sigue la fórmula Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2)).
-
Público objetivo y nivel: Estudiantes que comienzan con la Ley de Ohm y Circuitos en Serie (Nivel: Básico).
Materiales
- V1: Fuente de voltaje de 9 V CC (batería o fuente de alimentación).
- R1: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado alto (cae la mitad del voltaje).
- R2: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado bajo (resistencia de medición).
- M1: Multímetro digital (modo voltímetro), función: herramienta de medición.
Guía de conexionado
Construya el circuito utilizando las siguientes conexiones de nodos. Asegúrese de que la fuente de alimentación esté apagada mientras ensambla los componentes.
- V1: Conecte el terminal positivo al nodo
VCCy el terminal negativo al nodo0(GND). - R1: Conecte entre el nodo
VCCy el nodoVOUT. - R2: Conecte entre el nodo
VOUTy el nodo0(GND).
Diagrama de bloques conceptual
Esquemático
[ INPUT ] [ PROCESSING ] [ OUTPUT ]
[ 9V Source (V1) ] --(VCC)--> [ R1: High-Side 10k ] --(VOUT)--> [ Multimeter (M1) ]
|
v
[ R2: Low-Side 10k ]
|
v
[ Node 0 (GND) ]
Diagrama eléctrico
Mediciones y pruebas
Realice los siguientes pasos para validar el comportamiento del circuito.
- Configurar el multímetro: Cambie su multímetro al modo de voltaje de CC (rango de 20 V o rango automático).
- Medir la entrada (Vin): Coloque la sonda roja en el nodo
VCCy la sonda negra en el nodo0. Verifique que la lectura sea de aproximadamente 9 V. - Medir la salida (Vout): Coloque la sonda roja en el nodo
VOUT(la unión entre R1 y R2) y la sonda negra en el nodo0. - Validar el resultado: La lectura debe ser de aproximadamente 4.5 V.
- Cálculo: Vout = 9V × (10kΩ / (10kΩ + 10kΩ)) = 9V × 0.5 = 4.5V.
Netlist SPICE y simulación
Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)
* Title: Simple voltage divider
* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC voltage source
* Connected positive to VCC, negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 9
* --- Components ---
* R1: 10 kOhm resistor (High-side)
* Connected between VCC and VOUT
R1 VCC VOUT 10k
* R2: 10 kOhm resistor (Low-side)
* Connected between VOUT and 0 (GND)
R2 VOUT 0 10k
* M1: Digital Multimeter (Voltmeter mode)
* Function: Measurement tool across R2 (VOUT to GND)
* Modeled as a high-impedance resistor (10 MegOhm) to represent input impedance
R_M1 VOUT 0 10Meg
* ... (truncated in public view) ...Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con ngspice.
* Title: Simple voltage divider
* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC voltage source
* Connected positive to VCC, negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 9
* --- Components ---
* R1: 10 kOhm resistor (High-side)
* Connected between VCC and VOUT
R1 VCC VOUT 10k
* R2: 10 kOhm resistor (Low-side)
* Connected between VOUT and 0 (GND)
R2 VOUT 0 10k
* M1: Digital Multimeter (Voltmeter mode)
* Function: Measurement tool across R2 (VOUT to GND)
* Modeled as a high-impedance resistor (10 MegOhm) to represent input impedance
R_M1 VOUT 0 10Meg
* --- Simulation and Output ---
* Operating point analysis for DC steady state
.op
* Transient analysis (required for .print tran)
* Simulating for 5ms to show steady DC levels
.tran 100u 5ms
* Print directives
.print tran V(VCC) V(VOUT)
.endResultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (59 rows)
Index time v(vcc) v(vout) 0 0.000000e+00 9.000000e+00 4.497751e+00 1 5.000000e-07 9.000000e+00 4.497751e+00 2 1.000000e-06 9.000000e+00 4.497751e+00 3 2.000000e-06 9.000000e+00 4.497751e+00 4 4.000000e-06 9.000000e+00 4.497751e+00 5 8.000000e-06 9.000000e+00 4.497751e+00 6 1.600000e-05 9.000000e+00 4.497751e+00 7 3.200000e-05 9.000000e+00 4.497751e+00 8 6.400000e-05 9.000000e+00 4.497751e+00 9 1.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 10 2.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 11 3.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 12 4.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 13 5.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 14 6.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 15 7.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 16 8.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 17 9.280000e-04 9.000000e+00 4.497751e+00 18 1.028000e-03 9.000000e+00 4.497751e+00 19 1.128000e-03 9.000000e+00 4.497751e+00 20 1.228000e-03 9.000000e+00 4.497751e+00 21 1.328000e-03 9.000000e+00 4.497751e+00 22 1.428000e-03 9.000000e+00 4.497751e+00 23 1.528000e-03 9.000000e+00 4.497751e+00 ... (35 more rows) ...
Errores comunes y cómo evitarlos
- Conectar una carga pesada: Conectar un motor o una carga de baja resistencia a
VOUThará que el voltaje caiga significativamente por debajo de 4.5 V (efecto de carga). Solución: Conecte solo cargas de alta impedancia (como entradas de microcontrolador) o use un búfer. - Usar relaciones de resistencia incorrectas: Usar valores de resistencia aleatorios dará como resultado un voltaje de salida aleatorio. Solución: Calcule siempre la relación requerida utilizando la fórmula del divisor de voltaje antes de construir.
- Sobrecalentamiento de resistencias: El uso de valores de resistencia muy bajos (por ejemplo, 10 Ω) conecta la fuente casi directamente a tierra, causando una alta corriente. Solución: Use valores en el rango de kΩ para voltajes de referencia de señal para minimizar el desperdicio de energía.
Solución de problemas
- Síntoma: VOUT marca 0 V.
- Causa: R1 está abierta (rota) o R2 está en cortocircuito a tierra.
- Solución: Verifique la continuidad de R1 y asegúrese de que las patas de R2 no se toquen.
- Síntoma: VOUT es igual a VCC (9 V).
- Causa: R2 está abierta (rota) o R1 está en cortocircuito.
- Solución: Asegúrese de que R2 esté insertada correctamente en los rieles de la protoboard.
- Síntoma: VOUT está ligeramente desviado (por ejemplo, 4.6 V en lugar de 4.5 V).
- Causa: Tolerancia de la resistencia (las resistencias estándar varían en ±5%).
- Solución: Este es un comportamiento normal. Use resistencias de precisión del 1% si los valores exactos son críticos.
Posibles mejoras y extensiones
- Divisor variable: Reemplace R1 y R2 con un solo potenciómetro de 10 kΩ (cursor a la salida) para crear una fuente de voltaje variable de 0 V a 9 V.
- Salida con búfer: Conecte el nodo
VOUTa un amplificador operacional configurado como seguidor de voltaje para manejar cargas como LED sin que caiga el voltaje.
Más Casos Prácticos en Prometeo.blog
Encuentra este producto y/o libros sobre este tema en Amazon
Como afiliado de Amazon, gano con las compras que cumplan los requisitos. Si compras a través de este enlace, ayudas a mantener este proyecto.
Quiz rápido
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer
Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).
