Divisor de tensão para GPIO Raspberry Pi 3

Utilize sensores, módulos, e placas Arduino no Raspberry Pi 3 de uma forma segura sem prejudicar os pinos de GPIO.

Divisor de tensão para GPIO Raspberry Pi 3.

Para enviar dados ao Raspberry Pi 3 utilizando sensores ou módulos que trabalham em 5V é necessário implementar um divisor de tensão, pois as GPIOs (General-purpose Input/Output) não suportam valores maiores que 3.3V, conforme a documentação oficial

De uma forma simplificada, um divisor de tensão é um circuito que possui resistores em série, seu objetivo é diminuir a tensão de entrada (Vin) de forma equilibrada com a soma das resistências de R1 e R2, com isso é possível obter uma parcela deste valor, sendo a tensão de saída (Vout).

Neste contexto onde conhecemos as tensões de Vin e Vout, é preciso descobrir quais são os valores de R1 e R2 adequados ao circuito. O valor de R1 é escolhido de forma aleatória, porém que seja compatível com a intensidade de corrente, no caso das portas do Raspberry Pi 3 elas toleram um intervalo de 2mA até 16mA em seu máximo, conforme o eLinux.org. Para chegar nos valores exatos, aplicamos alguns cálculos básicos da Lei de Ohm, onde será possível alcançar os valores de R1, R2 e corrente para a GPIO escolhida.

Cálculos

Definindo o valor de R1 como 1KΩ podemos realizar o cálculo para descobrir qual é a intensidade da corrente para a GPIO, onde U = 5V e R = 1,000.

Observação: Algumas fontes de 5V/3A para Raspberry Pi 3 entregam aproximadamente 5,5V para a placa, com isso é sempre recomendável que realize testes com um multímetro para conhecer os reais valores a serem aplicados nas fórmulas.

Fórmula e cálculo da Lei de Ohm para Intensidade de corrente.
Fórmula e cálculo da Lei de Ohm para Intensidade de corrente.

Observado o resultado de 0,005A ou 5mA, está conforme o intervalo permitido das portas do Raspberry Pi 3, sendo possível aplicar o valor de R1 na fórmula do divisor de tensão para descobrir o valor de R2.

Primeiramente é interessante explanar todas as fórmulas que acompanham estes cálculos para divisores de tensão, neste tutorial será utilizada a fórmula número 2.

Fórmulas para divisores de tensão.
Fórmulas para divisores de tensão.

Aplicando a fórmula com os seguintes valores de Vin = 5V, Vout = 3,3V, R1 = 1,000 conforme a imagem abaixo.

Cálculo do divisor de corrente para R2.
Cálculo do divisor de corrente para R2.

O resultado do cálculo é de 1,94 KΩ, onde podemos adicionar no circuito um resistor de 2KΩ, ou dois resistores de 1KΩ em série.

Aplicando a teoria

Agora com todos os valores podemos aplicar este projeto na prática utilizando um protoboard, e medir com um multímetro a tensão de saída e a corrente. Para isso separe a lista de materiais necessários e siga o diagrama esquemático do divisor de tensão.

  • Fonte de alimentação 5V ou **Arduino Uno com fonte de 9V
  • 1 Protoboard pequeno.
  • 1 Multímetro de sua preferencia.
  • 1 Resistor de 1K
  • 1 Resistor de 2K ou 2 resistores de 1K em série
  • Fios

** É recomendado que utilize o Arduino conectado a uma fonte de alimentação de 9V, para que o regulador de tensão entregue o 5V de forma efetiva.

Esquema do divisor de tensão para Raspberry Pi.
Esquema do divisor de tensão para Raspberry Pi.

Clique nas imagens para ampliar.

Utilize o GND e 5V da placa Arduino para alimentar o circuito. Para medir o Vout coloque a opção de DC Volts no multímetro e faça a medição entre os dois resistores, o valor deve ser 3,3V ou 3.2V. Para medir a corrente do circuito, troque o conector da ponta positiva do multímetro de VΩ para mA e coloque a opção DC Amps, o valor deve ser de 5mA ou 4,8mA conforme o cálculo de intensidade de corrente. Não se esqueça de colocar novamente o conector da ponta positiva em VΩ.

Você pode aplicar este circuito em diversos projetos que integram diferentes plataformas de desenvolvimento, como Arduino, PIC, NodeMCU, Raspberry Pi ou FPGA. Vale ressaltar que este divisor de tensão funciona com valores de Vin e Vout de sua preferencia, só realizar os cálculos novamente com os novas tensões, e é claro realizar testes com um multímetro.

Comente a sua opinião sobre este projeto de divisores de tensão ou tire suas dúvidas!

Se inscreva no canal do YouTube para mais conteúdo de eletrônica digital e embarcados!


Comentários



Voltar ao topo
Aguarde..