Dominando Divisores de Voltaje Capacitivos: Diseño, Teoría y Aplicaciones Prácticas
Los divisores de voltaje capacitivos han crecido cada vez más en popularidad; los encontrará usados en muchos proyectos eléctricos como osciladores Colpitts, entre otros.
Sin embargo, antes de decidirse a usar un divisor de voltaje capacitivo, debe entender claramente cómo funcionan.
Este artículo define divisores de voltaje capacitivos y la regla del divisor de voltaje. También analizará los diversos diagramas de circuito de un divisor de voltaje capacitivo y más.
¿Qué es un Divisor de Voltaje Capacitivo?
Divisor de Voltaje
Fuente: Wikipedia
Un divisor de voltaje capacitivo es un circuito que toma una diferencia de potencial de voltaje y la divide en dos manteniendo una relación de voltaje constante.
Además, un divisor capacitivo generalmente tendrá un par de capacitores en línea entre sí.
El propósito principal de este circuito es asignar varias cantidades de voltajes a otras partes del circuito siguiendo la ley de Ohm:
V=IR
Donde; V representa voltaje, I significa corriente y R resistencia.
Por ejemplo, cuando tiene una fuente de alimentación de 12 voltios, coloca cuatro capacitores en serie entre sí (y todos son de 1µF). Entonces los capacitores ofrecerán una salida de voltaje de 6 voltios, que es la mitad de los 12 voltios.
¿Qué es la Regla del Divisor de Voltaje?
Divisor de voltaje
Fuente: Wikimedia Commons.
En promedio, el voltaje de entrada se divide a través de los elementos cuando un par de elementos de circuito están interconectados en serie.
De manera similar, cuando interconecta algunos elementos de circuito en paralelo, la corriente también se dividirá a través de los componentes.
Consecuentemente, usamos la regla del divisor de corriente para circuitos paralelos, y para un circuito en serie, empleamos la regla del divisor de voltaje al analizar el circuito.
La regla del divisor de voltaje, otro nombre regla del divisor potencial, juega un papel crítico en el análisis de circuitos ya que nos ayuda a calcular el voltaje individual de los elementos.
Dependiendo de los elementos usados en un circuito, la regla del divisor de voltaje caerá en tres categorías.
Namely;
- Divisor de voltaje inductivo
- Divisor de voltaje capacitivo
- Divisor de voltaje resistivo
Echemos un vistazo más cercano a cada uno de los anteriores.
Regla del Divisor de Voltaje para Circuitos Resistivos
Para comprender la regla del divisor de voltaje resistivo, usemos un circuito con un par de resistencias conectadas en serie a la fuente de voltaje.
Dado que interconectó las resistencias en serie, ambas tienen una cantidad similar de corriente fluyendo a través de ellas.
Resistencias
Sin embargo, las resistencias tienen un voltaje contrastante; el voltaje de entrada del circuito se divide en el par de resistencias. Además, la resistencia afecta directamente la cantidad de voltaje individual.
A continuación hay un circuito que puede usar para mayor comprensión:
Un circuito resistivo
Desde el diagrama de circuito anterior, las resistencias R1 y R2 se interconectan en serie con VS (la fuente de voltaje). La fuente de voltaje proporciona una corriente total de 1 amperio.
Sin embargo, el diseñador fijó todos los elementos en serie; consecuentemente, habrá un bucle, y la corriente que se mueve a través de ellos permanecerá constante a 1 amperio.
Ahora para calcular el voltaje suma, puede usar la fórmula;
VS = VR1 + VR2 … (1)
Donde,
VR1 representa el voltaje a través de la Resistencia, R1 y VR2 representan voltaje a través de la resistencia R2. Además, todo el voltaje proporcionado se divide entre estas dos resistencias. Así, puede obtener el voltaje suma sumando VR1 y VR2.
Siguiendo la ley de OHMs;
VR1= IR1+IR2…. (2)
Así, de las ecuaciones (1) y (2);
VS= IR1+IR2
VS= I(R1+R2)
Luego, coloque el valor de la primera corriente en la ecuación (2)
VR1 = IR1
Asimismo
VR2 = IR2
Así, la regla del divisor de voltaje de un circuito resistivo contradice la regla del divisor de corriente.
Regla del divisor de voltaje para circuitos inductivos
Cuando interconecta tres o más inductores en un circuito en modo serie, la corriente que fluye a través de los inductores permanece constante. Sin embargo, el voltaje de fuente se extiende a todos los inductores.
Inductores
Por tanto, puede usar la regla del divisor de voltaje del inductor para calcular la cantidad de voltaje en un inductor individual.
Un circuito inductivo
El diseñador conectó ambos inductores L1 y L2 en modo serie desde el diagrama de circuito anterior. Además, VL1 representa voltaje a través de L1, y asimismo, VL2 representa voltaje a través de L2. El VS muestra el voltaje de suministro.
Para encontrar VL1 y VL2, usamos la regla del divisor de voltaje del inductor. Como ya sabe, la ecuación para el voltaje de inductores es;
Donde Leq es igual a la inductancia suma del circuito, el ingeniero eléctrico interconectó los inductores en serie en nuestro circuito de ejemplo. Así, la inductancia suma es una combinación de las dos inductancias;
Leq = L1+ L2
De la ecuación (3);
Voltaje a través del inductor L1 es;
Asimismo, voltaje a través del inductor L2 es;
Así, podemos concluir que la regla del divisor de voltaje de un inductor es similar a la de las resistencias.
Regla del divisor de voltaje para circuitos capacitivos
Usemos el circuito a continuación para calcular la regla del divisor de voltaje de un capacitor.
Un circuito capacitivo
Donde;
El ingeniero fijó un par de capacitores en serie con VS, el voltaje de fuente. Luego, el voltaje de fuente se divide en dos. Uno va a través del capacitor C1 y el otro a través del capacitor C2.
Capacitores
Además, VC1 representa voltaje a través del capacitor C1, y VC2 significa voltaje a través del capacitor C2.
Así la capacitancia combinada es
La carga suma proporcionada por la fuente: Q = Ceq VS, que es esencialmente
Voltaje del capacitor C1;
VC1 = Q1/ C1
Voltaje del capacitor C2;
VC2 = Q2 / C2
En resumen, el voltaje individual a través de un capacitor es una relación de capacitancia opuesta multiplicada por capacitancia total y voltaje total.
Fórmula del Divisor de Voltaje Capacitivo
Un divisor de voltaje capacitivo es un circuito que usa un par de capacitores en paralelo a la salida e interconectados a la entrada AC (Corriente alterna).
Puede obtener la relación del voltaje de entrada y salida usando la fórmula;
Vout/Vin = 1/ (1+CS/CP)
Donde;
- CS representa la capacitancia total de todos los capacitores conectados en serie.
- CP representa la capacitancia suma de cada capacitor conectado en paralelo.
La fórmula anterior suministra una señal de corriente alterna (AC) con una magnitud, que depende del Vin con un offset.
Sin embargo, el offset varía respecto a la cantidad de capacitancia de CS o CP.
Diagrama de Circuito del Divisor de Voltaje Capacitivo
Circuito Divisor de Voltaje Capacitivo AC
La fórmula XC= 1/ (2πfc) guía la división de voltaje a través de capacitores individuales en un circuito divisor de voltaje capacitivo.
Incluso así, para calcular la cantidad de voltaje asignada a los capacitores del circuito, primero necesita calcular la impedancia del capacitor. Puede hacerlo usando la fórmula establecida arriba.
Después de calcular la impedancia, puede entonces emplear la fórmula de OHMs para saber la cantidad de voltaje que pasa a través de cada capacitor.
Por ejemplo:
Un circuito divisor de voltaje capacitivo AC
El circuito anterior tiene dos capacitores y un voltaje de suministro AC de 120V; consecuentemente, el voltaje fluirá a ambos capacitores. Recuerde que los capacitores están en modo serie.
Ahora puede emplear un divisor de voltaje simple para conocer el voltaje asignado, donde el capacitor de 1μF obtendrá el doble de voltaje.
Por tanto, en nuestro caso, será 80V, y el capacitor de 2μ obtendrá 40V
Circuito Divisor de Voltaje Capacitivo DC
El voltaje se comparte en un circuito divisor de voltaje DC respecto a la fórmula V=Q/C.Donde el voltaje es opuestamente simétrico al valor de capacitancia del capacitor.
En esencia, el capacitor que tiene una capacitancia menor recibirá un voltaje mayor. Por otro lado, el capacitor con más capacitancia recibirá un voltaje menor.
Por ejemplo:
Circuito Divisor de Voltaje Capacitivo DC
Los circuitos anteriores suministran un voltaje DC de 15V, lo que significa que los 15 voltios fluirán a través del par de capacitores.
El voltaje fluirá a ambos capacitores de modo que cuando se totalice, igualará la fuente de suministro 15V.
Suponiendo que los capacitores tienen una carga similar, puede calcular el voltaje desde sus valores de capacitancia.
Dado que el valor del capacitor de 1μF es la mitad del valor del capacitor de 2µF, el voltaje del primer capacitor será el doble que el del segundo.
Por tanto, el voltaje del capacitor de 1μF será 10 voltios, y el voltaje del capacitor de 2µF será 5 voltios.
Ventajas y Desventajas del Divisor de Voltaje Capacitivo
Los divisores de voltaje son útiles, pero también tienen pros y contras como todos los demás inventos.
Ventajas
- Pérdida mínima de calor
- Asequible
- Funciona tanto en DC (Corriente continua) como en AC (Corriente alterna)
- Bajo costo de instalación
- Dependiente de la frecuencia
Desventajas
- Funciona únicamente en AC ligero
- Relativamente pesado
- El sobrecalentamiento reduce la eficiencia de trabajo
- Algunos divisores de voltaje son costosos de instalar y solo funcionarán con AC.
Usos del Divisor de Voltaje Capacitivo
Como se mencionó anteriormente, los divisores de voltaje capacitivos tienen numerosas aplicaciones. Algunas de ellas incluyen:
- Un divisor de voltaje puede reducir el voltaje y permitir la medición de voltaje de alto nivel.
- Los divisores de voltaje dentro de un microcontrolador ayudan a medir la resistencia de un sensor.
Un microcontrolador
- Un divisor de voltaje funciona como un cambiador de nivel lógico al interconectar varios voltajes de operación.
Resumen
Después de leer este artículo, esperamos definir un circuito divisor capacitivo y explicar la regla del divisor de voltaje.
Sería mejor entender las diversas ventajas y desventajas de un divisor de voltaje capacitivo.
Si requiere más información sobre el tema, por favor contáctenos.
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