⚡ Calcolatore di partitore di tensione

Un partitore di tensione è il modo più semplice per abbassare una tensione: due resistori in serie collegati a un’alimentazione, con la tensione ridotta prelevata nel punto compreso tra loro. È il trucco classico per leggere un sensore, polarizzare un transistore o inviare una tensione di riferimento a un comparatore — e, insieme agli schemi della resistenza in parallelo e del resistore per LED, è uno degli elementi fondamentali dell’elettronica.

L’uscita dipende solo dal rapporto tra i due resistori, non dai loro valori assoluti. Raddoppiando entrambi i resistori la tensione di uscita resta la stessa, ma la corrente si dimezza — utile quando si vuole sprecare meno potenza.

Nella pratica il partitore è un coltellino svizzero. Riduce un segnale di sensore da 0–12 V all’intervallo 0–3,3 V leggibile da un microcontrollore, crea un riferimento fisso per un comparatore e — con un potenziometro al posto di R2 — diventa una manopola regolabile con continuità. Le stesse formule sul rapporto riappaiono ogni volta che si polarizza la base di un transistore o si imposta il guadagno di un op-amp, quindi impararle una volta ripaga con tutto il kit elettronico.

Con un’alimentazione da 5 V, la tabella mostra quale uscita si ottiene con i rapporti tra resistori più comuni:

La formula è una conseguenza diretta della legge di Ohm. La stessa corrente scorre in entrambi i resistori, quindi la tensione ai capi di ciascuno è proporzionale alla sua resistenza. L’uscita è la frazione dell’alimentazione che compare ai capi di R2:

V_out = V_in × R₂ / (R₁ + R₂)

La corrente nel ramo è I = V_in / (R₁ + R₂), e la potenza dissipata in ciascun resistore è P = I²R. È proprio quest’ultimo valore a determinare la potenza nominale di cui hai bisogno — un partitore fatto di resistori da 10 kΩ si scalda appena, mentre uno con resistori da 10 Ω può diventare ben caldo.

Come verifica derivata, il rapporto V_out / V_in è uguale a R₂ / (R₁ + R₂). Se conosci la frazione desiderata, puoi ricavare direttamente il rapporto tra i resistori. C’è poi una regola pratica: ciò che colleghi all’uscita dovrebbe avere una resistenza di ingresso di almeno dieci volte R2, altrimenti il carico abbassa la tensione di uscita (è l’“errore di carico” del partitore).

Quel carico puoi prevederlo con esattezza. Visto dalla sua uscita, il partitore è semplicemente una sorgente di Thevenin: una tensione ideale V_out in serie a una resistenza di R₁ ∥ R₂. Collegandoci un carico R_L, l’uscita reale diventa V_out × R_L / (R_L + (R₁ ∥ R₂)). Quando R_L è molto grande la correzione scompare; quando R_L si avvicina a R₁ ∥ R₂ l’uscita crolla alla metà — quindi la regola dei “dieci volte” è in realtà un budget di errore del 10%, e puoi ridurlo aumentando i valori di entrambi i resistori (al prezzo di un’impedenza di sorgente maggiore).

Nei circuiti a microcontrollore un partitore di tensione è spesso usato per leggere un sensore analogico il cui intervallo di uscita supera il riferimento dell’ADC: una coppia di resistori riduce la tensione del sensore a un livello sicuro, così che il convertitore analogico-digitale interno possa misurarla. Mantieni la corrente del partitore abbastanza piccola da non caricare il sensore, ma abbastanza grande da evitare che l’impedenza di ingresso dell’ADC distorca la lettura.

1. Inserisci la tensione di ingresso (alimentazione) Vin.
2. Inserisci il resistore superiore R1 e quello inferiore R2.
3. Premi Calcola per ottenere la tensione di uscita nel punto comune.
4. Leggi la corrente del ramo e la potenza dissipata in ciascun resistore.
5. Se piloti un carico, mantieni la sua resistenza almeno 10 volte R2 perché l’uscita resti accurata.

Perché l’uscita del mio partitore cala quando collego un carico?

Il carico sta in parallelo a R2, riducendo la resistenza effettiva inferiore e quindi la tensione di uscita. Un carico ad alta impedenza (ingresso di un op-amp, ADC di un microcontrollore) lo carica appena; un altoparlante o un motore lo farà crollare. Usa un buffer (inseguitore di tensione) per i carichi pesanti.

Contano i valori dei resistori o solo il rapporto?

Il rapporto fissa la tensione. I valori assoluti fissano corrente e potenza: resistori più grandi assorbono meno corrente (meglio per le batterie) ma rendono il partitore più sensibile al carico.

Posso usare un partitore per alimentare un dispositivo?

Non direttamente. Un partitore serve per segnali e riferimenti, non per erogare potenza — la maggior parte dell’energia si spreca come calore nei resistori e la tensione crolla sotto carico. Usa invece un regolatore o un convertitore buck.

Cosa succede se scambio R1 e R2?

Ottieni la tensione complementare: l’uscita diventa Vin x R1/(R1+R2). Scambiare i resistori sposta semplicemente il prelievo dall’altro lato del rapporto.

Come scelgo la potenza dei resistori?

Calcola P = I²R per ciascun resistore (il calcolatore la mostra) e scegli una potenza nominale almeno doppia. La maggior parte dei partitori di segnale dissipa ben meno di un milliwatt, quindi componenti da ¼ W sono più che sufficienti.

Per i progetti a basso consumo usa resistori di valore elevato (ad esempio 10 kΩ – 100 kΩ), così il partitore assorbe microampere e tocca appena la tua batteria — abbina questo ragionamento al nostro calcolatore della durata della batteria quando dimensioni l’alimentazione.

I valori standard E12 rendono facili la maggior parte dei rapporti: 10 kΩ su 10 kΩ dà esattamente la metà, e 22 kΩ su 10 kΩ dà circa 0,31 dell’ingresso.

Se l’uscita deve restare stabile con un carico variabile, fai seguire il partitore da un inseguitore di tensione con op-amp invece di abbassare i resistori, il che sprecherebbe più potenza.

Per i partitori regolabili sostituisci R2 con un potenziometro — il cursore diventa il tuo punto di prelievo V_out e ottieni un intervallo continuo invece di passi fissi.

Colleghi l’ingresso di un ADC? Assicurati che la resistenza di sorgente del partitore (R₁ ∥ R₂) sia ben inferiore all’impedenza di ingresso consigliata per l’ADC, altrimenti il condensatore sample-and-hold non si caricherà completamente tra una conversione e l’altra e leggerai una tensione errata e abbassata.

La deriva termica è il nemico silenzioso dei partitori di precisione: una coppia di resistori da 100 ppm/°C non abbinata lascia che il rapporto vari mentre la scheda si scalda. Per compiti di riferimento usa una rete di resistori in cui entrambi condividono lo stesso substrato e si tracciano a vicenda, oppure rinuncia al partitore per un circuito integrato dedicato di riferimento di tensione.

Quando il partitore alimenta un ingresso ad alta impedenza, mantieni anche la corrente del ramo ben al di sopra della corrente di polarizzazione di quell’ingresso — picoampere per i CMOS moderni, microampere per i componenti più vecchi. Se la corrente del ramo scende sotto la corrente di polarizzazione, è proprio quest’ultima a distorcere il prelievo: un motivo in più per non esagerare con i valori dei resistori risparmiando solo microwatt.

Un esempio concreto di dimensionamento lega tutto insieme: per leggere una batteria da 0–12 V con un ADC a 3,3 V serve V_out/V_in = 3,3/12 ≈ 0,275, che dalla tabella dei rapporti significa R₂/R₁ ≈ 0,38. Un resistore superiore da 10 kΩ con uno inferiore da 3,8 kΩ (usa il valore E12 più vicino, 3,9 kΩ) rientra entro l’uno percento. Lascia sempre un margine, perché una cella appena carica non deve spingere il prelievo oltre la tensione dell’ADC.