El divisor de tensión resistivo
Principio de funcionamiento
El divisor de tensión es uno de los circuitos más fundamentales de la electrónica. Consiste en dos resistores en serie conectados entre una fuente de tensión y masa. La tensión en el punto medio (Vout) es una fracción de la tensión de entrada: Vout = Vin × R2 / (R1 + R2). Esta fórmula solo es válida si no se extrae corriente del punto medio (sin carga). Con R1 = R2, Vout = Vin/2 (se divide a la mitad). Con R2 = 2×R1, Vout = 2/3 × Vin. El divisor de tensión es la base de muchos circuitos: polarización de transistores, referencia de tensión, atenuadores, y medición de tensiones altas.
El efecto de carga
Cuando se conecta una carga (RL) al punto medio, la tensión de salida disminuye. La carga queda en paralelo con R2, reduciendo la resistencia efectiva: R2_eff = R2 × RL / (R2 + RL). Para que el efecto de carga sea despreciable (error < 1%), la resistencia de carga debe ser al menos 100 veces mayor que R2: RL ≥ 100 × R2. Si RL ≈ R2, la tensión cae significativamente y el divisor no funciona como se esperaba. En este caso, se necesita un buffer (seguidor de tensión con amplificador operacional) para aislar la carga del divisor.
Potencia y eficiencia
El divisor de tensión no es un regulador eficiente: toda la corriente que no va a la carga se disipa como calor en los resistores. La corriente por el divisor (corriente de "quiescent") debería ser 10× la corriente de carga para mantener la regulación, pero esto implica desperdicio energético. Los resistores deben estar dimensionados para disipar la potencia: P_R1 = I² × R1. Si R1 = R2 = 10 kΩ y Vin = 12V, la corriente es 0.6 mA y la potencia total es 7.2 mW (despreciable). Pero con R1 = R2 = 100 Ω y Vin = 12V, la corriente es 60 mA y la potencia es 720 mW (requiere resistores de 1W).
Aplicaciones en instalaciones eléctricas
En el ámbito de las instalaciones eléctricas, el divisor de tensión se usa en: (1) Medición de tensión: los voltímetros de panel usan un divisor interno para escalar tensiones altas (ej: 380V) a rangos medibles por el circuito electrónico (ej: 3.3V). (2) Detección de fase: circuitos de presencia de tensión usan divisores con resistores de alta potencia. (3) Comunicación RS-485: algunos adaptadores usan divisores para ajustar niveles de señal. (4) Acondicionamiento de señales analógicas en PLCs: divisores para adaptar sensores 0-10V a entradas 0-5V.
Selección de valores comerciales: series E24 y E96
Los resistores se fabrican en valores normalizados que siguen una progresión geométrica. Las series más comunes son: E24 (24 valores por década, tolerancia 5%): 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91, y sus múltiplos ×10, ×100, ×1k, etc. E96 (96 valores por década, tolerancia 1%): ofrecen mayor resolución para ajustes finos. Para diseñar un divisor con relación exacta, se debe buscar el par de valores comerciales que minimice el error. Ejemplo: se necesita Vout/Vin = 0.45. Relación R2/(R1+R2) = 0.45 → R1/R2 = 1.222. Con E24: R1 = 12 kΩ, R2 = 10 kΩ → ratio = 10/22 = 0.4545 (error +1%). Con E96: R1 = 12.1 kΩ, R2 = 10 kΩ → ratio = 10/22.1 = 0.4525 (error +0.55%). Si se requiere mayor precisión, se usa un trimmer para ajuste fino o un divisor de precisión integrado (ej: resistor network en DIP/SIP).
Divisor de tensión en corriente alterna y medición de alta tensión
El divisor de tensión también funciona en CA, pero las impedancias incluyen la componente reactiva. Un divisor con resistores puros tiene la misma relación Vout/Vin a todas las frecuencias. Si se usan capacitores (divisor capacitivo), la relación es: Vout = Vin × C1 / (C1 + C2) — note que es inversamente proporcional (el capacitor más grande da menor tensión). Los divisores capacitivos son preferidos en alta frecuencia porque no disipan energía (potencia reactiva). En medición de alta tensión (media y alta tensión, 13.2 kV, 132 kV), se utilizan transformadores de potencial (TP) que son divisores inductivos aislados, imprescindibles para conectar los instrumentos de medición (voltímetros, analizadores de redes, relés de protección) a la red de media/alta tensión sin riesgo.
Preguntas frecuentes
¿Puedo usar un divisor de tensión para alimentar un circuito?
No se recomienda. El divisor de tensión no regula: su tensión de salida varía con la carga. Si la carga consume corriente variable (como un microcontrolador), la tensión de salida fluctúa. Para alimentar circuitos, use un regulador de tensión (7805 para 5V, AMS1117 para 3.3V) o una fuente conmutada (step-down). El divisor solo es aceptable para: referencia de tensión sin corriente de carga, polarización de componentes, y medición/medición de tensión.
¿Cómo calculo un divisor para obtener exactamente 3.3V de 5V?
Se necesita Vout/Vin = 3.3/5 = 0.66. Entonces R2/(R1+R2) = 0.66, lo que da R1/R2 = 0.515. Con valores comerciales: R1 = 5.1 kΩ, R2 = 10 kΩ → Vout = 5 × 10/(5.1+10) = 3.31V. O R1 = 1.8 kΩ, R2 = 3.3 kΩ → Vout = 5 × 3.3/(1.8+3.3) = 3.24V. Valores altos (kΩ) para baja corriente de divisor. Recuerde que si conecta una carga, la tensión bajará; use un buffer si la corriente de carga es significativa.
¿Qué pasa si R1 o R2 es un potenciómetro?
Un potenciómetro ES un divisor de tensión variable. El cursor del potenciómetro es el punto medio del divisor, y la resistencia total es R1+R2. Al girar el cursor, se cambia la relación R1/R2. Aplicaciones: control de volumen (audio), ajuste de brillo, set-point de reguladores ajustables (LM317). El potenciómetro trimmer es la versión de ajuste preciso para calibración en circuitos electrónicos.
¿Cómo protejo un divisor de tensión contra sobretensiones?
Para proteger el punto de salida de un divisor contra sobretensiones transitorias (especialmente cuando mide tensiones altas como 220V o 380V): (1) Agregar un diodo Zener en paralelo con R2, con tensión Zener ligeramente superior a Vout nominal. El Zener limitará la tensión si R1 se abre o hay un pico. (2) Agregar un resistor de limitación de corriente en serie con la salida. (3) Para entradas de ADC en microcontroladores, los diodos de clamp internos protegen hasta ±0.3V fuera de rango — no confiar en ellos para tensiones altas. (4) En instrumentación industrial, se usan aisladores galvánicos (optoacopladores, transformadores de señal) en lugar de divisores directos.
¿Cuál es la mejor herramienta de simulación gratuita para verificar divisores?
LTspice (de Analog Devices, ex Linear Technology) es la herramienta estándar gratuita para simulación de circuitos analógicos. Permite dibujar el divisor, agregar la carga, y simular la respuesta en frecuencia, el transitorio y la variación con temperatura. Alternativas: Falstad Circuit Simulator (online, ideal para principiantes), KiCad + SPICE (para integrar con diseño de PCB), y Qucs (open-source). Para verificación rápida sin simulador, esta calculadora es la opción más directa.
¿Qué precisión puedo esperar de un divisor de tensión con resistores del 5%?
La peor caso es cuando un resistor está +5% y el otro -5% (o viceversa). Para un divisor 1:1 (R1=R2=10kΩ al 5%): Vout nominal = Vin/2 = 50.0%. Peor caso: R1=10.5kΩ, R2=9.5kΩ → Vout = 47.5% (error -2.5%). O R1=9.5kΩ, R2=10.5kΩ → Vout = 52.5% (error +2.5%). Para divisores con alta relación (ej: R1=100kΩ, R2=1kΩ), el error relativo puede ser mayor. Si necesita <1% de error, use resistores del 1% (serie E96) o un potenciómetro multivuelta para calibración.