Partitore di tensione (voltage divider): calcolatore e applicazioni

Nell’elettronica, un  partitore di tensione  (noto anche come  voltage divider) è un circuito lineare passivo che produce una tensione di uscita (V_out ) che è una frazione della sua tensione di ingresso (V_in).

La divisione di tensione  è il risultato della distribuzione della tensione di ingresso tra i componenti del divisore. 
Un semplice esempio di un partitore di tensione è costituito da due resistenze collegate in serie, con la tensione di ingresso applicata attraverso la coppia di resistenze e la tensione di uscita che esce dalla connessione tra di essi. (wikipedia)

Partitore di tensione Formula: V_out = V_in*R₂/(R₁+R₂)

• V_in: voltaggio in ingresso in volts (V),
• R₁: resistenza della prima resistenza in Ohms (Ω).
• R₂: resistenza della seconda resistenza in Ohms (Ω).
• V_out: voltaggio in uscita in volts (V),

Semplice calcolatore

Dimensione delle resistenze

Il partitore di tensione normalmente assorbirà corrente (poiché i due resistori sono in serie con la tensione di alimentazione).

Scegliere i valori dei resistori non è così semplice come ottenere due resistori con il giusto rapporto: potresti ottenere un segnale a 5V usando due resistori da 1Ω come divisore di tensione con un’alimentazione di 10V, ma ovviamente il tuo stesso divisore di tensione dovrebbe assorbire I = U / R = 10 V / 2 Ω = 5 A e le resistenze dovrebbero dissipare P = I × U = 5 A × 10 V = 50 W totali (25 W ciascuno).

D’altra parte potresti prendere due resistori da 1 MΩ in questa stessa configurazione e non assorbire praticamente alcuna corrente, ma poi i 5V sarebbero incredibilmente sensibili a qualsiasi carico e anche l’impedenza generalmente elevata dell’ingresso analogico di un microcontrollore farebbe cadere la tensione .

In alternativa, per ottenere una tensione di uscita stabile mentre si carica un carico minimo sull’alimentazione, è possibile bufferizzare l’uscita del partitore di tensione con un opamp.

Applicazione: controllare il livello di caricamento delle batterie 18650 (3.7V)

L’applicazione più comune è quella di verificare il livello di carica da un esp8266. 
La batteria può avere 4.2v a piena carica e quando arriva a 3.3v può essere considerata scaricata, se la usi con un esp8266 non puoi collegarti direttamente all’input analogico perché l’esp ha il pin a 3.3v e non può supportare 4.2v.

Quindi è necessario applicare un partitore di tensione per controllare la tensione.

Io uso una resistenza R1 = 10kOhm e R2 = 20kOhm, quindi quando la batteria ha una carica completa (4.2v) all’ingresso analogico arriverà circa 2.8 v (controllare sul calcolatore).

Ricordati di condividere Ground per avere un buon campione.

Fai attenzione l’ADC di un esp8266 va da 0v a 1v, le schede come WeMos D1 mini hanno un partitore di tensione interno per gestire l’ingresso a 3.3v.

Nel mio work in progress, il progetto di una centralina per verificare lo stato dell’Inverter del pannello solare (un ABB Power-One),

ho bisogno di mettere una batteria per alimentare il microcontrollore quando il sole non è presente, qui il codice che uso.

// Battery voltage resistance
#define BAT_RES_VALUE_GND 20.0
#define BAT_RES_VALUE_VCC 10.0

[...]

float getBatteryVoltage(){
	//************ Measuring Battery Voltage ***********
	float sample1 = 0;
	// Get 100 analog read to prevent unusefully read
	for (int i = 0; i < 100; i++) {
		sample1 = sample1 + analogRead(A0); //read the voltage from the divider circuit
		delay(2);
	}
	sample1 = sample1 / 100;
	// REFERENCE_VCC is reference voltage of microcontroller 3.3v for esp8266 5v Arduino
	// BAT_RES_VALUE_VCC is the kohm value of R1 resistor
	// BAT_RES_VALUE_GND is the kohm value of R2 resistor
	// 1023 is the max digital value of analog read (1024 == Reference voltage)
	float batVolt = (sample1 * REFERENCE_VCC  * (BAT_RES_VALUE_VCC + BAT_RES_VALUE_GND) / BAT_RES_VALUE_GND) / 1023;
	return batVolt;
}

Quindi posso controllare lo stato della batteria.
Prestare attenzione 1023 è il valore corretto per un esp8266 ma non per un esp32, per questo dispositivo è necessario sostituire questo valore con 4095.

Applicazione: bluetooth RX pin

Un’altra applicazione comune è quella di aggiungere un divisore al pin RX del bluetooth HC-05, HC-06 o SPP-C che funziona a 3,3 V, anche se ha un regolatore di tensione in VCC non ha un convertitore logico sui pin.

Grazie

Scrivo questo articolo perché non ricordo mai come calcolare il resistore. 😛