Os divisores de tensão são circuitos básicos em eletrônica e, como o próprio nome diz, eles dividem uma tensão aplicada em outra de menor amplitude.
Eles geralmente são formados por dois resistores, mas podem também serem construídos por um capacitor e um resistor, ou mesmo uma bobina e um capacitor etc. Nestes casos, a divisão da tensão estará relacionada também com a frequência (em hertz) da tensão aplicada, sendo então, chamados de filtros.
Aqui vamos falar sobre o divisor de tensão resistivo, formado apenas por dois resistores em série, onde a frequência, em tese, não importa.
Falo "em tese", porque nos amplificadores geralmente os divisores resistivos estão inseridos no "caminho do áudio", que por sua vez, utiliza capacitores para desacoplar os estágios.
Então, no fim das contas, em conjunto com estes capacitores, acabam funcionando como parte de filtros passa-baixa ou passa-alta (falaremos sobre isto em outro post).
Os divisores podem ser usado tanto em corrente contínua (DC), quanto corrente alternada (AC), e são muito utilizados nos amplificadores de áudio.
Observe no esquema que os resistores estão ligados em série entre si, e em paralelo com Vin. E Vout é onde temos a tensão menor.
Usando a Lei de Ohm (V=R*I) é possível calcular a corrente que circula no circuito e depois calcular a tensão em cima de R2, onde será medida a Vout (leia o post sobre a Lei de Ohm).
Para ajudar, já existe uma equação que possui todas as simplificações das fórmulas e facilita o trabalho:
Nos amplificadores de áudio, o principal divisor de tensão é o potenciômetro de volume, que nada mais é que um divisor ajustável, ou seja, é um resistor que pode ser ajustado em diversas valores diferentes entre R1 e R2.
Apenas para análise, vamos supor que no lugar de Vin tenhamos um triodo qualquer, de um pré amplificador, fornecendo um sinal de áudio de 40 V (AC) .
E o Vout, depois do divisor de tensão, será ligado na entrada do estágio de potência, que consiste numa válvula 6V6 single-ended, que precisa de uma tensão de 6V para a excitação da grade nº 1.
Em resumo, precisamos reduzir o sinal de 40V para 6V (diminuir 34V) e isso será feito com um divisor de tensão fixo, formado pelos resistores R1 e R2.
A divisão da tensão é feita sobre cada resistor. Entre R2 e o terra teremos 6V, e a diferença, que é 34V, ficará sobre o R1.
No caso das válvulas, sempre precisamos verificar o datasheet para ver qual é a resistência de carga máxima para o grade 1 da válvula, afim de garantimos o correto funcionamento. Para a 6V6, a resistência máxima entre a grade nº 1 e o terra é de 500KΩ (na configuração self-bias).
Então, vamos atribuir, para o nosso exemplo, o valor de 100KΩ para R2.
Agora, resta encontrar o valor de R1.
Os valores são:
R2 - 100K
Vin - 40V
Vout - 6V
Substituindo os valores na fórmula, chegamos ao valor de R1=566.666,66Ω. Usa-se o valor comercial mais próximo de 560K (veja o post sobre os valores comerciais dos resistores).
Corrente e potência nos resistores
No exemplo, estamos falando de sinais de áudio (AC), onde as tensões são baixas e a corrente que circula sobre os resistores são desprezíveis. Neste caso, resistores de 1/4W ou 1/8W seriam suficientes na maioria das aplicações de áudio com circuitos integrados e transistores.
Vejamos a corrente sobre os resistores , levando em consideração a tensão de 40V (AC), usando a lei de Ohm (V=R*I).
Como os resistores estão em série, precisamos somar os seu valores:
I=V/(R1+R2)
V=40V
R1=560.000Ω (560K)
R2 = 100.000Ω (100K)
I=0,0000606A;
Ou seja, a corrente que circula pelos dois resistores é de 60,6 uA, que realmente é bem baixa.
Vejamos a potência dissipada (leia o post sobre potência):
P1=R1*I*I; e P2=R2*I*I
Potência em R1:
P1=560.000*(0,0000606*0,0000606)
P1=0,00205W
A potência dissipada por R1 é de 2,05mW (Miliwatts).
Potência em R2:
P2=100.000*(0,0000606*0,0000606)
P2=0,0003672W
A potência dissipada por R2 é de 0,367 mW (Miliwatts).
Um resistor de 1/8W dissipa 125mW e o de 1/4W dissipa 250mW, qualquer um deles funcionaria perfeitamente, e com bastante sobra. Mas existe um outro fator envolvido, que é a tensão DC de funcionamento do circuito.
Observe que no circuito do exemplo existe um capacitor desacoplador antes do divisor de tensão. A função dele é barrar a tensão contínua (DC) que alimenta a válvula, que geralmente é alta (sinalizada com 'HT+'), deixando passar apenas a tensão AC, que nesse caso é o sinal de áudio (procure o post sobre capacitores).
Vamos supor que a tensão de alimentação da primeira válvula seja de 400V (HT+). E vamos supor que o capacitor entre em curto por algum motivo, ou que o curto aconteça na segunda válvula, deixando chegar a tensão de 400V DC sobre o divisor de tensão.
Nesse caso, a situação muda bastante, a corrente sobre eles aumenta e, consequentemente, a potência dissipada será maior. Vamos recalcular:
I=V/(R1+R2)
V=400V
R1=560.000Ω (560K)
R2 = 100.000Ω (100K)
I=0,0006060A;
Ou seja, a nova corrente que circula pelos dois resistores é de 0,606mA (Miliamperes).
Nova potência dissipada em R1:
P1=560.000*(0,0006060*0,0006060)
P1=0,206W
A nova potência dissipada por R1 é de 206mW (Miliwatts).
Nova potência dissipada em R2:
P2=100.000*(0,0006060*0,0006060)
P2=0,03672W
A nova potência dissipada por R2 é de 36,72mW (Miliwatts).
Neste exemplo com HT+ de 400V, caso passasse uma corrente DC sobre o divisor de tensão, a potência dissipada em R1 seria de 206mW. Um resistor de 125mW (1/8W) queimaria, e um de 250mW (1/4W), superaqueceria, porque está próximo de sua capacidade máxima de dissipação, diminuindo sua vida útil.
Então, sua dissipação deve ser de 1/2W, ou seja, 500mW. Assim teremos uma boa folga na potência de dissipação.
Já o resistor R2 ainda possui uma dissipação baixa, e seria aceitável a utilização de um resistor de 1/8W, por exemplo. Mas na prática, utiliza-se por padrão para todos o s resistores, a potência do resistor que dissipa a maior potência, lembrando que estamos falando daqueles que estão no "caminho do áudio". No exemplo, usaríamos R1 e R2 com 1/2W, porque é mais prático e não precisaríamos ter variedades de resistores com resistências e potências diferentes.
É claro que estamos falando de uma hipótese de acontecer uma falha de um componente (capacitor de acoplamento ou uma válvula em curto), mas é bem comum acontecer em equipamentos valvulados antigos.
Por este motivo, é de praxe que se utilize, no mínimo, resistores de 1/2W no "caminho do áudio", garantindo que eles trabalhem com folga de potência no caso de uma falha. E podem ter potência maiores também, e neste caso, geralmente é indicado no esquema pelo fabricante.
Variação em Decibéis - dB
É muito comum quando se trata de amplificação/atenuação de sinais, falarmos em dB, que é uma unidade de medida: "o sinal diminuiu ou aumentou 'X' dB".
Isto nos dá uma noção objetiva, estabelecendo a razão entre duas grandezas. Neste exemplo que calculamos, o sinal foi atenuado em -16,5dB. Por hora, o que você precisa saber é que uma atenuação de 6 dB (-6db) indica que a tensão diminuiu pela metade.
Em outro post vamos falar sobre o dB, sua aplicação e como se calcula na aplicação de áudio.
Referência: Conceitos básicos da Eletrônica: teoria e prática. Magon, Claudio José. Universidade de São Paulo - USP, Instituto de Física de São Carlos - IFSC São Carlos, SP, Brasil 2019 - v.5
Fábio Ceccatto de Macedo