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Con i partitori di tensione (voltage divider in inglese) possiamo usare due resistenze per abbassare la tensione al livello desiderato, un trucco che ogni appassionato di elettronica sa usare alla perfezione.
Lo schema teorico
Perchè usare i partitori di tensione? Perchè la tensione dei componenti che usiamo con Arduino deve restare rigorosamente entro certi limiti, pena bruciare sensori o intere schede. Se la corrente in linea di massima non è un problema (i componenti assorbono solo la corrente necessaria) la tensione deve essere calcolata con precisione.
La formula matematica
Se guardi la immagine sopra vedrai che si tratta di usare banalmente due resistenze (R1 e R2) collegate in serie ai poli di una batteria e di due contatti posti “a cavallo” della resistenza R2. La tensione che sarà disponibile tra quei due punti non è però Vg come si potrebbe pensare, ma:
Vr2 = Vg * (R2 / R2+R1)
Il motivo è che la caduta di tensione viene “spalmata” tra le due resistenze in proporzione al loro valore. In pratica si fa cadere una tensione Vg sulle due resistenze e se ne preleva una parte (VR2) sulla sola R2.
Agendo sui valori di R1 ed R2 si può ottenere teoricamente una qualunque tensione VR2, comunque mai superiore a Vg.
Il partitore di tensione nella pratica quotidiana
Moltissimi dispositivi digitali funzionano a 5V o 3.3V. Capita spesso di dovere convertire la tensione tra questi due livellii per collegare due circuiti (ad esempio un sensore all’Arduino). E seppure il partitore di tensione sia un concetto semplice, quando dobbiamo usarlo all’inverso e cioè trovare le resistenze per ottenere una certa tensione, nascono delle difficoltà:
Come portare la tensione da un livello V-iniziale a V-finale senza ricorrere a formule e tabelle? Esiste un sistema facile? Esiste ed è piuttosto semplice: proverò a spiegartelo con questi esempi.
Esempi
Es.1: La tensione che ti serve è 1V ma hai a disposizione 10V. 10V sono dieci volte (10X) rispetto a 1V e perciò ti serve una R1 9 volte (9X) maggiore rispetto a R2.
Es.2: La tensione che ti serve è 3.3V e hai a disposizione solo i 9V di una normale pila quadra. 9V sono circa il triplo (3X) di 3.3V e perciò ti serve una resistenza R2 qualsiasi e una R1 di valore doppio (2X).
Es.3: La tensione che ti serve è di 6V e hai a disposizione solo i 12V di una piccola batteria. 12V sono il doppio (2X) rispetto a 6V e perciò ti serve una resistenza R1 uguale (1X) a R2.
Es.4: La tensione che ti serve è 1.75V ma hai a disposizione solo 5V. 5V sono circa il triplo (3X) rispetto a 1.75V e perciò ti serve una R1 due volte (2X) volte maggiore di R2. Con le resistenze in commercio ad esempio potresti usare R1 = 3,3 kΩm e R2 = 1,8 kΩ per una tensione finale di 1.67V molto vicina ai 1.75V voluti.
Conclusione
Se hai a disposizione una tensione (X) volte maggiore di quella che ti serve, prendi una resistenza a caso e poi trovane un’altra (X-1) volte maggiore della prima.
Perchè funziona? Perchè l’errore che commettiamo mentalmente sarà al massimo del 20% e ci sono resistenze in commercio con tolleranze peggiori. Questo in breve è il ragionamento che fanno gli elettricisti, al volo e quasi senza pensarci.
I calcolatori on line
Dopo qualche volta che lo avrai usato verrà facile e istintivo anche a te. In ogni caso ricorda che ci sono molti simulatori in giro per Internet, io utilizzo questo calcolatore on line di Digikey.
Se vuoi avere una tabella sottomano per calcolare i valori con le resistenze in commercio ti presento questa immagine tratta dall’eccellente sito di Raffaele Ilardo. Con questa tabella mi trovo le resistenze R1 e R2 per la tensione di 9V.
