Conhecimento

Na Ryndack Componentes uma dúvida muito frequente é sobre usar potenciômetros como regulador de tensão, para controlar o brilho de um LED ou até para controlar a velocidade de um motor. Bem, isso não é possível, e você vai descobrir o porquê. 🙂

O que é um Potenciômetro?

Um potenciômetro é um resistor ajustável. Existem modelos de fio e de carbono, mas os de carbono são os mais comuns, principalmente por serem mais baratos. Eles são fabricados com uma plaquinha de felonite (igual as placas de circuito impresso), com carbono depositado, formando uma pista resistiva, em que são conectados dois terminais nas extremidades. Sobre a pista é montada uma palheta condutora deslizante, conectada a um terceiro terminal, que tem a resistência em relação aos outros mudada conforme a palheta desliza. A figura abaixo deixa isso bem mais claro pra você!

O potenciômetro como divisor de tensão

Muitos já devem ter percebido, que o potenciômetro se comporta como um divisor resistivo, onde os valores dos resistores estão em constante mudança, de acordo com o movimento da palheta (veja esse post, onde falo mais detalhadamente sobre divisores resistivos), então todos concordam que se montarmos o circuito abaixo, teremos no terminal central do potenciômetro uma variação de tensão de 0 a 12V, correto? (se você não concorda leia o post sobre os divisores resistivos 😂)Então podemos pensar: “nossa, vou conectar uma carga ali na saída, e alimentar ela com uma tensão variável”. Bem, não vai funcionar como esperado. Toda a corrente drenada pela carga terá obrigatoriamente que passar por dentro do potenciômetro. Como ele tem uma resistência muito alta, a queda de tensão é grande, o que diminui a tensão na carga. 

A análise do problema

Para analisar o que acontece quando tentamos usar um potenciômetro como regulador de tensão, efetuei uma simulação usando o QUCS. Nesse circuito substitui o potenciômetro por dois resistores em série, R1 e R2. Como carga colocamos R3, com uma resistência de 50Ω, e alimentando o circuito a fonte V1 com tensão de 1V. A tensão na carga é medida pela ponteira Vo.
Para fazer a simulação do circuito, defini algumas variáveis: R é a resistência máxima do potenciômetro (simulei com 10kΩ), C é a variável que a simulação irá varrer e representa o deslocamento da palheta sobre a pista de carbono, indo de 0 até 1. Desse modo conseguimos calcular as duas “metades” do potenciômetro, que chamamos de Rp (resistência atribuída a R1), e Rn (R2).

Podemos ver o resultado da simulação no gráfico abaixo. No eixo “X” (abscissas), temos a variação do curso do potenciômetro, e no eixo “Y” (ordenadas), temos a tensão de saída na carga. A tensão de saída fica muito próxima a 0 em quase todo o curso, mostrando que o potenciômetro não se comporta como um regulador ou fonte de tensão. Em destaque, o ponto de 0,9 do curso (onde em um comportamento de fonte iriamos querer 0,9V na saída), mas ela é apenas de 47,4mV.

Os potenciômetros devem ser usados apenas como entrada de um sinal para um circuito, e não em partes de potência. Caso você precise de um regulador de tensão, existem circuitos integrados lineares (como os L78xx, LM317), chaveados (como por exemplo o LM2596), e também módulos prontos que usam esses componentes, que são adequados a essa função. 🙂

Conhecimento

O divisor resistivo de tensão é um circuito simples, porém muito útil em projetos eletrônicos. Como é de se esperar, ele divide a tensão de entrada, tendo na sua saída uma tensão menor que a da entrada. O circuito é bem simples mesmo, composto de apenas dois resistores, veja a figura abaixo:

Dedução da Fórmula do Divisor Resistivo de Tensão

A fórmula do divisor resistivo de tensão todo mundo conhece, mas nem todo mundo sabe de onde ela vem, e é importante saber fazer deduções de fórmula e análise de circuitos, pois nem sempre você vai ter como consultar isso, e as vezes vai que você inventa um circuito? Aí não tem como consultar mesmo, né? 😉

Primeiro vamos calcular a corrente que circula pela única malha do circuito, ela depende apenas dos resistores e da fonte, o medidor de tensão é ideal e tem resistência infinita, logo não entra no cálculo:

(1)  

Agora, vamos calcular a tensão em cima do resistor R2, já que essa é exatamente a tensão de saída:

(2)  

Substituindo (1) em (2), temos:

(3)  

A equação (3) é a fórmula que todos nós conhecemos para divisores resistivos. Analisando, é possível ver que a tensão de saída não tem como ser maior que a de entrada, pois  a parcela sempre será menor que 1.

Aplicações dos Divisores Resistivos

Os divisores resistivos são usados em muitas aplicações, irei citar algumas delas:

• Adequação de sinais de entrada em conversores analógico digitais: Os conversores AD, hoje normalmente internos aos microcontroladores, só suportam na entrada tensões da faixa de alimentação do próprio microcontrolador, que normalmente é de 5V ou 3,3V. Se você precisa medir um sinal com níveis maiores, irá precisar passar por um divisor resistivo antes.

• Volume em equipamentos de áudio: O controle de volume feito por potenciômetros é na verdade um divisor resistivo variável. O próprio potenciômetro faz o papel dos dois resistores, e a resistência deles varia conforme o eixo é girado, fazendo dividir por um número maior ou menor, diminuindo ou aumentando o volume.

• Referências de tensão: Circuitos de fontes e reguladores de tensão normalmente usam divisores resistivos na parte de feedback de tensão, e o ajuste dos valores dos resistores influencia na tensão de saída. Um detalhamento disso fica para outro post. 😉

Os divisores resistivos de tensão são circuitos primitivos, e são muito simples, mas isso não tira sua importância e relevância, um dia você ainda vai precisar deles nos seus circuitos. 🙂