Dominando Divisores de Tensão Capacitivos: Design, Teoria e Aplicações Práticas

Divisores de tensão capacitivos têm crescido em popularidade; você os encontrará usados em muitos projetos elétricos como osciladores Colpitts, entre outros.

No entanto, antes de decidir usar divisor de tensão capacitivo, você deve entender claramente como eles funcionam.

Este artigo define divisores de tensão capacitivos e a regra do divisor de tensão. Você também verá os vários diagramas de circuito de divisor de tensão capacitivo e mais.

O que é um Divisor de Tensão Capacitivo?

Divisor de Tensão

Fonte: Wikipedia

Um divisor de tensão capacitivo é um circuito que pega uma diferença de potencial de tensão e a divide em duas mantendo razão de tensão constante.

Além disso, um divisor capacitivo geralmente terá um par de capacitores em linha um com o outro.

O propósito primário deste circuito é alocar várias quantidades de tensões a outras partes do circuito seguindo a lei de Ohm:

V=IR

Onde; V representa tensão, I significa corrente e R resistência.

Por exemplo, quando você tem fonte de alimentação de 12volts, você coloca quatro capacitores em série uns com os outros (e todos são 1µF). Então os capacitores oferecerão tensão de saída de 6 volts, que é metade dos 12 volts.

O que é Regra do Divisor de Tensão?

Divisor de tensão

Fonte: Wikimedia Commons.

Em média, a tensão de entrada divide através dos elementos quando alguns elementos de circuito estão interligados em série.

Similarmente, quando você interliga alguns elementos de circuito em paralelo, a corrente também dividirá através dos componentes.

Consequentemente, usamos regra do divisor de corrente para circuitos paralelos, e para circuito em série, empregamos regra do divisor de tensão ao analisar o curso.

A regra do divisor de tensão, outro nome regra do divisor de potencial, desempenha papel crítico na análise de circuito pois ajuda calcular tensão individual dos elementos.

Dependendo dos elementos usados em um circuito, a regra do divisor de tensão cairá em três categorias.

Nomeadamente;

•  Divisor de tensão indutivo
•  Divisor de tensão capacitivo
•  Divisor de tensão resistivo

Vamos dar uma olhada mais de perto em cada um dos acima.

Regra do Divisor de Tensão para Circuitos Resistivos

Para compreender a regra do divisor de tensão resistivo, vamos usar circuito com par de resistores ligados em série à fonte de tensão.

Como você interligou os resistores em série, eles (resistores) ambos têm quantidade similar de corrente fluindo através deles.

Resistores

No entanto, os resistores têm tensão contrastante; a tensão de entrada do circuito divide no par de resistores. Além disso, a resistência afeta diretamente a quantidade de tensão individual.

Abaixo está circuito que você pode usar para maior entendimento:

Circuito resistivo

Do diagrama de circuito acima, os resistores R₁ e R₂ interligam em série com V_S (fonte de tensão). A fonte de tensão fornece corrente total de 1-ampere.

No entanto, o designer fixou todos elementos em série; consequentemente, haverá laço, e corrente movendo através deles permanecerá constante em 1 ampere.

Agora para calcular tensão soma, você pode usar a fórmula;

V_S = V_R1 + V_R2 … (1)

Onde,

V_R1 representa tensão através do Resistor, R₁e V_R2 representam tensão através do resistor R₂. Além disso, toda tensão fornecida divide entre estes dois resistores. Assim, você pode obter tensão soma adicionando V_R1 e V_R2.

Seguindo lei de OHMs; 

V_R1= IR₁+IR₂…. (2)

Assim das equações (1) e (2);

 V_S= IR₁+IR₂

V_S= I(R₁+R₂)

Em seguida, coloque o valor da primeira corrente na equação (2)

V_R1 = IR₁

Similarmente

V_R2 = IR₂

Assim, a regra do divisor de tensão de circuito resistivo contradiz a regra do divisor de corrente.

Regra do divisor de tensão para circuitos indutivos

Quando você interliga três ou mais indutores em circuito em modo série, a corrente fluindo através dos indutores permanece constante. No entanto, tensão de fonte espalha para todos os indutores.

Indutores

Portanto, você pode usar regra do divisor de tensão do indutor para calcular quantidade de tensão em indutor individual.

 Circuito indutivo 

O designer ligou ambos indutores L₁ e L₂ em modo série do diagrama de circuito acima. Além disso, V_L1 representa tensão através de L₁, e similarmente, V_L2 representa tensão através de L₂. O V_S mostra tensão de alimentação.

Para encontrar V_L1 e V_L2, usamos regra do divisor de tensão do indutor. Como você já sabe, a equação para tensão de indutores é;

Onde L_eq iguala indutância soma do circuito, o engenheiro elétrico interligou os indutores em série em nosso circuito de exemplo. Assim, indutância soma é combinação das duas indutâncias;

L_eq = L₁+ L₂

Da equação (3);

Tensão através do indutor L₁ é;

Similarmente, tensão através do indutor L₂ é;

Assim, podemos concluir que regra do divisor de tensão de indutor é similar aos resistores.

Regra do divisor de tensão para Circuitos Capacitivos

Vamos usar o circuito abaixo para calcular regra do divisor de tensão de capacitor.

Circuito capacitivo

Onde;

O engenheiro fixou par de capacitores em série com V_S, a tensão de fonte. Em seguida, a tensão de fonte divide em duas. Uma vai através do capacitor C₁ e a outra através do capacitor C₂.

Capacitores 

Além disso, V_C1 representa tensão através do capacitor C₁, e V_C2 representa tensão através do capacitor C₂.

Assim a capacitância combinada é

A carga soma fornecida pela fonte: Q = C_eq V_S, que é essencialmente

Tensão do Capacitor C₁;

V_C1 = Q₁/ C₁

Tensão do Capacitor C₂;

V_C2 = Q₂ / C₂

Em resumo, tensão individual através de capacitor é razão de capacitância oposta multiplicada por capacitância total e tensão total.

Fórmula do Divisor de Tensão Capacitivo

Um divisor de tensão capacitivo é circuito que usa par de capacitores paralelo à saída e interligados à entrada AC (Corrente alternada).

Você pode obter a razão da tensão de entrada e saída usando a fórmula; 

V_out/V_in = 1/ (1+C_S/C_P)

Onde;

• C_S representa a capacitância total de todos capacitores conectados em série.

• C_P representa a capacitância soma de todo capacitor conectado em paralelo.

A fórmula acima fornece sinal de Corrente alternada (AC) com magnitude, que depende do V_in com um offset.

No entanto, o offset varia regarding a quantidade de capacitância de C_S ou C_P.

Diagrama de Circuito do Divisor de Tensão Capacitivo

 Circuito Divisor de Tensão Capacitivo AC

A fórmula X_C= 1/ (2πf_c) guia divisão de tensão através de capacitores individuais em circuito divisor de tensão capacitivo.

Mesmo assim, para calcular quantidade de tensão alocada aos capacitores do circuito, você precisa primeiro calcular impedância do capacitor. Você pode fazer isso usando a fórmula acima declarada.

Após calcular a impedância, você pode então empregar a fórmula OHMs para saber a quantidade de tensão passando através de cada capacitor.

Por exemplo:

Circuito divisor de tensão capacitivo AC

O circuito acima tem dois capacitores e tensão de alimentação AC 120V; consequentemente, a tensão fluirá para ambos capacitores. Lembre-se que os capacitores estão em modo série.

Você pode agora empregar divisor de tensão simples para saber tensão alocada, onde capacitor 1μF receberá o dobro da tensão.

Portanto, no nosso caso, será 80V, e capacitor 2μ receberá 40V

Circuito Divisor de Tensão Capacitivo DC

A tensão é compartilhada em circuito divisor de tensão DC regarding a fórmula V=Q/C.Onde a tensão é opostamente simétrica ao valor de capacitância do capacitor.

Em essência, o capacitor tendo menor capacitância receberá tensão mais alta. Por outro lado, o capacitor com mais capacitância receberá tensão menor.

Por exemplo:

Circuito Divisor de Tensão Capacitivo DC

Os circuitos acima fornecem tensão DC de 15V, o que significa que os 15 volts fluirão através do par de capacitores.

A tensão fluirá para ambos capacitores de modo que quando totalizada, igualará a fonte de alimentação 15V.

Presumindo que os capacitores têm carga similar, você pode calcular a tensão de seus valores de capacitância.

Dado que o valor do capacitor 1μF é metade do capacitor 2µF, a tensão do primeiro capacitor será o dobro da do segundo.

Portanto, tensão do capacitor 1μF será 10 volts, e tensão do capacitor 2µF será 5 volts.

Vantagem e Desvantagem do Divisor de Tensão Capacitivo

Divisores de tensão são úteis, mas também têm prós e contras como todas outras invenções.

Vantagens

•  Perda mínima de calor
•  Acessível
•  Funcionam tanto em DC (Corrente contínua) ou AC (Corrente alternada)
•  Baixo custo de instalação
•  Dependentes de frequência

Desvantagens

•  funcionam apenas em AC leve
•  Relativamente pesados
•  Superaquecimento reduz eficiência de trabalho
•  Alguns divisores de tensão são caros para instalar, e só funcionam com AC.

Usos do Divisor de Tensão Capacitivo

 Como mencionado anteriormente, divisores de tensão capacitivos têm numerosas aplicações. Alguns deles incluem:

Um divisor de tensão pode baixar a tensão e permitir medição de tensão de alto nível.

Divisores de tensão dentro de microcontrolador auxiliam medição de resistência de sensor.

Microcontrolador

• Um divisor de tensão funciona como shifter de nível lógico ao interligar várias tensões de operação.

Resumo

Após ler este artigo, esperamos definir circuito divisor capacitivo e explicar regra do divisor de tensão.

Seria melhor entender as várias vantagens e desvantagens de um divisor de tensão capacitivo.

Se você requer mais informação sobre o assunto, por favor entre em contato conosco.