divisores de voltaje

DIVISORES DE VOLTAJE Luis E. Ardila, Diego M. Calderón, José F. Lozano

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PRACTICA 0: DIVISORES DE VOLTAJE

Luis E. Ardila Diego M. Calderón José F. Lozano [email protected] [email protected] [email protected]

1. Que es un divisor de voltaje

Un divisor de voltaje consiste en un sistema que recibe de entrada el valor de un

voltaje fijo y su salida es otro valor fijo de voltaje, el cual está relacionado de alguna

manera con el voltaje de entrada. Dicho voltaje de salida siempre es menor que el

voltaje de entrada.

Figura 1. Esquema divisor de tensión.

2. Para qué sirve un divisor de voltaje

Un divisor de voltaje permite tomar mediciones indirectas de voltajes muy altos, ya

sean AT o MT. Esto se utiliza cuando los sistemas de medición no soportan el valor a

medir.

3. Como se construye un divisor de voltaje

Para construir un divisor de voltaje es necesario conocer la impedancia de cada parte

que compone el divisor, con el fin de conocer la relación de transformación entre el

voltaje de entrada y el voltaje de salida.

4. Tipos de divisores

En teoría cualquier arreglo de impedancias funciona para realizar un divisor de voltaje

pero los más utilizados se encuentran resumidos en las siguientes imágenes.


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Figura 2. Divisor de tensión Resistivo puro.

Figura 3. Divisor de tensión capacitivo puro.

Figura 4. Divisor de tensión Resistivo compensado.


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Figura 5. Divisor de tensión capacitivo amortiguado.

Los divisores de voltaje son sistemas lineales ya que los circuitos eléctricos cumplen

con la superposición de sus entradas y la entrada está relacionada con la salida solo

por una constante, es decir si de entrada se introduce una función impulso, su salida

será también una función impulso, si en una función sinusoidal su salida también lo

será y así para todos los casos.

5. Limitaciones

Para esta práctica se utilizara un divisor resistivo puro y la limitación más grande que

presenta este es la potencia, es necesario que las resistencias Ra y Rb dispar la energía

sin quemarse.

6. Que pasa en AT y MT

Se debe tener especial cuidado con la selección de las resistencias, ya que se podría

demandar una gran potencia y quemar el equipo.

7. Modelo real

Para un caso real es necesario considerar la impedancia del elemento de medida que

se conecta en la resistencia Rb ya que dependiendo su valor puede afectar la relación

del diseño.

8. Que tanto afecta el tamaño

En el caso de las resistencias el tamaño es un indicador de la potencia que puede

disipar el dispositivo, si son resistencias grandes de valores adecuados se puede

construir con dos elementos, si no, es necesario de más de dos


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CONSTRUCCIÓN DEL MODELO

Se realizo la construcción de un divisor de voltaje capaz de medir hasta 50KV, dicho divisor

también debe limitar la corriente entre los 100μA y los 10mA.

Se construyo utilizando un total de 20 resistencias de 22MΩ, 20 resistencias de 22KΩ.

De esta manera la resistencia Ra=440MΩ, la resistencia Rb= 440KΩ.

Hay que considerar la resistencia interna del multímetro y es de aproximadamente 10MΩ, con

esto el sistema en paralelo de Rb y la resistencia del multímetro será de 422KΩ, entonces para

que no se afecte la relación de transformación colocaremos una resistencia en serie de 20KΩ

sumada al Rb y así obtenemos una resistencia equivalente junto con la del multímetros de

440KΩ.

Calculando la corriente tenemos:

Ahora calculamos al potencia disipada en cada elemento y como es un sistema en serie la

corriente es la misma para todas las resistencias, así tenemos:

Para este caso podemos utilizar resistencias de 0.5W ya que ninguna estará ni siquiera cerca

de ese valor.

Montaje experimental

Figura 6. Esquemático montaje realizado.

Se realizo el montaje y se tomaron medidas con el divisor resistivo y también con un divisor

resistivo compensado obteniendo los siguientes datos:

Voltaje alimentación

(V)

Divisor Resistivo

compensado

Divisor Resistivo (Modelo)

Relación modelo


5

1:928

11,57 5,69 6,3 833,774603

22,6 11,21 12,78 802,8482

33,41 16,56 19,3 785,91399

44,75 22,31 26,49 766,949792

55,15 27,43 33,21 753,93255

66,6 33,1 41,1 735,678832

77,6 38,5 49,14 716,939357

88,8 44,1 58,6 687,972696

99,8 49,4 67,8 668,277286

111,1 54,7 77,4 651,671835

121,6 60 89,2 618,90583

133,2 65,5 100,1 604,123876 Tabla 1. Mediciones modelo de divisor comparado con un divisor resistivo compensado como patrón.

Podemos ver que la relación teórica del modelo era de 1:1000 y experimentalmente cambia

bastante, sobre todo al incrementar el voltaje.

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

El modelo no mantuvo su valor en la relación teórica pero soporto la tensión a la que estaba

expuesto.

La relación de transformación experimental del modelo fue de 1:719.

La relación experimental del divisor resistivo compensado fue de 1:916.

El divisor se sobrecalentó y este hecho altero las mediciones puesto que las resistencias dejan

de comportarse de forma lineal al aumentar su temperatura. Este calentamiento si bien en

parte es causado por las condiciones de conexión es posible que las uniones hechas con

soldadura de estaño se calentaran más rápido que la resistencia, debido a que su temperatura

de cambio de estado es muy baja y dicho calentamiento afecto en gran medida la relación de

transformación del divisor.

CONCLUSIONES

El modelo implementado presento inconvenientes en la relación, esto debido en gran

parte al calentamiento, el cual se puede reducir utilizando un soporte disipativo y

también a la presencia de muchos elementos, una posible mejora es reforzar el

material usado para soldar y disminuir el número de resistencias en el modelo, debido

a que mientras más elementos no lineales se encuentran mayor será el error.

Para la implementación de un modelo es necesario tener en cuenta las restricciones de

diseño, como, potencia, características del dispositivo de medida, tamaño, etc, para

poder realizar una buena aproximación a las condiciones reales.

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