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Partitore di tensione

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 6 nov 2015, 19:52

Buongiorno,
premetto che di elettronica ne so (ancora) proprio pochino, ma sto cercando di capire come faccia a funzionare questo circuito (tratto da qui).

Ditemi se è corretto il mio ragionamento.

Considero l'uscita TX del microcontrollore come un interruttore, e l'ingresso RX del modulo XBee come il puntale rosso di un tester. Così facendo il circuito si riduce a questo:


(primo disegno con FidoCadJ!!!) (e sostanzialmente anche il primo circuito in generale che abbia mai tracciato)

Quindi in sostanza banalmente si tratta di 2 resistori in serie, e si va a misurare la caduta di tensione ai terminali del secondo resistore.

Fin qui è corretto il ragionamento?

Se è così, la resistenza del circuito non è esagerata? La resistenza totale del circuito sarebbe 28 kΩ, che con 5 V di tensione se non sbaglio i calcoli darebbero 0,000178571 A, ovvero 0,18 mA; non è una corrente trascurabile? È sufficiente per essere rilevata?

Grazie!
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[2] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteMoren0 » 6 nov 2015, 20:12

Stemby ha scritto:Se è così, la resistenza del circuito non è esagerata? La resistenza totale del circuito sarebbe 28 kΩ, che con 5 V di tensione se non sbaglio i calcoli darebbero 0,000178571 A, ovvero 0,18 mA; non è una corrente trascurabile? È sufficiente per essere rilevata?


Bè la tensione viene rilevata decisamente perché esaminando le cadute di tensione sulle singole resistenze si ha:

V1 = 0,1755 * 10^-3 * 10 * 10^3 = 1,755 [v]
V2 = V - V1 = 5 - 1,755 = 3,245[v]

Quindi come vedi sono tensioni rilevabili cosi come con la corrente basta mettere, in serie, un amperometro che misura i uA
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[3] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 6 nov 2015, 20:16

La tua è una domanda da principiante, ma sensata.
I = 0,17 mA. La risposta è : si oppure dipende dalla resistenza di ingresso del voltmetro.
Se il voltmetro è un multimetro digitale anche economicissimo, di solito ha una resistenza di ingresso di 1 Mohm (forse 10 Mohm), quindi molto maggiore dei 18 kohm di R2.
Poi, per la precisione dovresti confrontarla con il parallelo di R1 con R2 circa 6,4 kohm.

Anche l'ingresso digitale del modulo Xbee dovrebbe avere almeno 100 kohm e va bene.
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[4] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 7 nov 2015, 0:29

Grazie ad entrambi per le risposte!

Moren0 ha scritto:Bè la tensione viene rilevata decisamente perché esaminando le cadute di tensione sulle singole resistenze si ha:

V1 = 0,1755 * 10^-3 * 10 * 10^3 = 1,755 [v]
V2 = V - V1 = 5 - 1,755 = 3,245[v]

Per la tensione non ci piove, ma questa dipende unicamente dal rapporto (aritmetico) tra le due resistenze. Avresti lo stesso risultato mettendo due resistori rispettivamente da 10 Ω e 18 Ω, oppure 10 MΩ e 18 MΩ.

Quel che cambia nei 3 casi (28 Ω, 28 kΩ e 28 MΩ totali) è la corrente che scorre nel circuito. Immagino che sotto una certa soglia un voltmetro non sia in grado di rilevare la corrente, e quindi indicare una tensione; pensavo che una frazione di mA fosse fuori scala, ma a quanto pare non è così.

MarcoD ha scritto:La tua è una domanda da principiante

L'avevo premesso... :-)

ma sensata.

8-)

I = 0,17 mA. La risposta è : si oppure dipende dalla resistenza di ingresso del voltmetro.

Ecco, probabilmente ciò che mi ha bloccato è che in effetti non ho idea di come funzioni un voltmetro. Ora mi leggo qualcosina...

Poi, per la precisione dovresti confrontarla con il parallelo di R1 con R2 circa 6,4 kohm.

Mmm, non mi è chiarissimo.

Anche l'ingresso digitale del modulo Xbee dovrebbe avere almeno 100 kohm e va bene.

Ok.

Mentre mi leggo qualcosa sui voltmetri, pongo un'altra domanda: come è stata progettata la resistenza in quel circuito?

In altre parole: come sono state scelte le 2 resistenze tra le infinite (teoricamente, ma anche in pratica ci andiamo vicino) combinazioni possibili, ovvero quelle che diano in uscita 3,3 V?

Penso che si siano scelti valori molto alti, in modo da far scorrere poca corrente e quindi risparmiare energia, ma non più alti di un tot perché altrimenti l'ingresso digitale dell'XBee non sarebbe stato in grado di leggere una tensione. È corretto?

Se sì, si può fare qualche calcolo numerico per verificare che si sia fatta la scelta ottimale? (più che altro come esercizio didattico per me) Quali dati occorrono? Mi sembra di capire la resistenza in ingresso dell'XBee, giusto? E poi?

Grazie mille!
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[5] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 7 nov 2015, 9:28

Rispondo un poco rapidamente:
1)
Il parallelo di R1 e R2: ho applicato il teorema di Thevenin, non te lo spiego, lo cerchi su Viki, ma è la più grande comodità per semplificare i calcoli dei circuiti elettrici lineari.

2)
Perturbazione della resistenza di ingresso del voltmetro: dal punto di vista filosofico, ogni volta che effettui una misura perturbi il circuito (lo ha detto anche Eisenberg in f.quantistica); sorge la domanda quanto errore ritieni accettabile (in funziona delle tue necessità)? 10 % ?, 1 % ?, 0,01 %? Sei un laboratorio di metrologia o un radiomeccanico ?.
Il funzione dell'errore si definisce il requisito della resistenza di ingresso del voltmetro che carica il circuito. Poi il voltmetro presenta anche una risoluzione limitata (tre cifre?) e un errore interno dovuto alla imprecisione dei suo componenti.Di solito il carico del circuito è in pratica il problema minore.

3)
Ottimizzazione. Non è facile. Se conosci la resistenza di ingresso Ringr dell'ingresso digitale dell'Xbee, nel partitore puoi eliminare R2 e realizzarlo solo con R1 e Ringr.
Ma la Ringr magari varia con la temperatura e con il lotto di fabbrizazione, e allora si impone una corrente nel partitore che sarà 10 volte maggiore di quella massima che scorre nell'ingresso e si vive felice.

O_/ e buon apprendimento della Elettonica
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[6] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto Utenteedgar » 7 nov 2015, 10:06

Stemby ha scritto:Ecco, probabilmente ciò che mi ha bloccato è che in effetti non ho idea di come funzioni un voltmetro. Ora mi leggo qualcosina...

In prima battuta basta leggere la specifica della resistenza di ingresso per la scala di tensione scelta. Tipicamente per i voltmetri digitali è sui 10 Mohm, che in parallelo ai 18 kohm costituiscono un carico praticamente trascurabile in una situazione del genere, non trattandosi di un'applicazione metrologica :ok:
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[7] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 7 nov 2015, 14:11

MarcoD ha scritto: Ma la Ringr magari varia con la temperatura e con il lotto di fabbrizazione...


e in molti casi la resistenza di ingresso dei convertitori A/D, specie quelli integrati in microcontrollori e` tempo variante, e non e` nemmeno una resistenza. Il convertitore spesso e` a capacita` commutate e collega una capacita` all'ingresso perche' si carichi con la tensione da convertire, e poi la scollega dall'ingresso e la collega alla rete interna per fare la conversione.
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[8] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 7 nov 2015, 15:15

Grazie a tutti, mi è molto più chiaro; anche se ancora non sarei in grado di scegliere i valori da assegnare alle due resistenze, in un caso analogo, almeno parecchi dubbi me li sono tolti.

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[9] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto Utenteg.schgor » 7 nov 2015, 15:21

Vedo solo ora la richiesta e segnalo questo articolo
che dovrebbe ulteriormante chiarire il problema.
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[10] Re: Partitore di tensione

Messaggioda Foto UtenteStemby » 7 nov 2015, 21:35

g.schgor ha scritto:Vedo solo ora la richiesta e segnalo questo articolo
che dovrebbe ulteriormante chiarire il problema.

Ottimo!!! Grazie mille, decisamente utile per capire la procedura da seguire in fase progettuale. Il problema sostanzialmente si riassume nel sapere in quale intervallo di resistenza vada a lavorare il circuito utilizzatore, e decidere quale sia la tolleranza desiderata o i consumi massimi ammissibili.

Avrei una domandina, anche se temo di fare una figuraccia... :oops:

Da dove salta fuori \frac{V_b^2}{R_c} per calcolare la potenza utile?

Grazie di nuovo a tutti!
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