Efecto de carga

01 · Punto de partida

3 V que se vuelven 1,8 V

Diseñaste 9 → 3 V con 2k/1k, medís en vacío: 3,0 V perfectos. Conectás la carga (1 kΩ de entrada) y cae a 1,8 V: −40 %. Nada se quemó ni se movió; simplemente la carga forma parte del circuito desde que la conectás, poniendo su resistencia en paralelo con R2.

Este tema cuantifica la caída, da la regla que la evita y enseña a rediseñar cuando la carga existe de verdad.

• ¿Por qué baja Vout al conectar?
• ¿Cuánto baja con números?
• ¿Qué regla lo mantiene bajo 10 %?
• ¿Cómo rediseño si la carga es fija?

02 · Qué pasa

La cuenta de la caída

Con RL = 1k sobre R2 = 1k: R2eq = 500 Ω. Vout = 9 × 500/2500 = 1,8 V. El divisor “nuevo” es 2k/500 y tu diseño original ya no existe.

La moraleja en una línea: carga comparable al divisor lo destruye; carga 10× mayor apenas lo toca. De ahí sale la regla.

03 · Regla 10×

Cuándo ignorar la carga

Si la corriente del divisor (sin carga) es al menos 10 veces la que tomará la carga, el error queda ≈ 10 % o menos y el diseño vale. Es la regla de oro de divisores con carga liviana.

Impedancia de salida Zout

Lo “duro” que es el divisor: Zout = R1 ∥ R2 (667 Ω en el ejemplo). La caída ≈ I_carga × Zout: 1,8 mA × 667 ≈ 1,2 V → 3 − 1,2 = 1,8 ✓.

Diseñar con Zout bajo

Zout chico = divisor “duro” que aguanta carga. Se logra bajando R1 y R2 (más I divisor, más consumo): el compromiso del diseño.

Medir también carga

El multímetro en V tiene ~10 MΩ: no carga nada. Pero una entrada de ADC sí puede: leer su Rin en la hoja (cursos 4–5).

Si viola 10×: rediseñar

Subir Idiv ×10 (bajar R), aceptar el error y compensar el diseño, o usar seguidor/regulador (cursos 3–4). Nunca ignorarlo.

04 · Rediseño

Diseñar sabiendo la carga

Si RL = 1k es fija y querés 3 V de 9 V con error chico: Idiv ≥ 10 × Icarga. Estimando Icarga ≈ 3 mA (3 V/1k): Idiv ≥ 30 mA → R total ≤ 300 Ω → R1 ≈ 200, R2 ≈ 100 Ω (E12: 200 y 100). Vout real con carga: R2eq = 100∥1000 ≈ 91; Vout = 9×91/291 ≈ 2,81 V (−6 %): cumple. Precio: 30 mA continuos (0,27 W de la fuente).

05 · Divisor cargado en código

Predecir la caída antes de sufrirla

Función que calcula sin y con carga, error, regla 10× y Zout:

def divisor_cargado(vs, r1, r2, rl=None):
    v_vacio = vs * r2 / (r1 + r2)
    i_div = vs / (r1 + r2)
    zout = r1 * r2 / (r1 + r2)
    print(f"Vacío: Vout={v_vacio:.2f} V  Idiv={i_div*1000:.1f} mA  Zout={zout:.0f} ohm")
    if rl is None:
        return v_vacio
    r2eq = r2 * rl / (r2 + rl)
    v_car = vs * r2eq / (r1 + r2eq)
    i_car = v_car / rl
    err = (v_car - v_vacio) / v_vacio * 100
    print(f"Con RL={rl}: Vout={v_car:.2f} V (error {err:+.0f}%)  Icarga={i_car*1000:.1f} mA")
    print("Regla 10x:", "CUMPLE" if i_div >= 10 * i_car else "VIOLADA: rediseñar")
    return v_car


divisor_cargado(9, 2000, 1000, 1000)
divisor_cargado(9, 2000, 1000, 10000)

Probá divisor_cargado(5, 1800, 3300, 10000) (sensor 10k): ¿error? ¿10×?

Rediseño automático

Dada la carga, propone un divisor endurecido que cumpla 10×:

def endurecer(vs, vout, rl, factor=10):
    i_car = vout / rl
    i_div = factor * i_car
    r_total = vs / i_div
    r2 = vout / i_div
    r1 = r_total - r2
    print(f"Icarga={i_car*1000:.1f} Idiv={i_div*1000:.1f} mA -> R1={r1:.0f} R2={r2:.0f} (buscar E12)")
    print(f"Costo: {vs*i_div*1000:.0f} mW continuos de fuente")


endurecer(9, 3.0, 1000)

06 · Analogía programador

El observador altera el sistema

1. 1
   Heisenbug de hardware.

   Medir en vacío da perfecto; conectar la carga cambia lo medido. El observador (carga) forma parte del sistema.

2. 2
   Zout = latencia bajo carga.

   Fuente “dura” (Zout bajo) mantiene Vout con carga, como un servicio con headroom. Fuente blanda se cae al primer request.

3. 3
   10× = overprovision.

   Sobredimensionar ×10 el divisor es como provisionar 10× pico: caro pero estable. Se paga en batería.

07 · Exploración

Laboratorio: cargar el divisor

Divisor 9 V 2k/1k fijo y carga variable: mové RL y mirá Vout caer, el error crecer y la regla 10× romperse. Incluye el caso “sin carga”.

Preguntas para explorar

1. ¿Con qué RL el error baja al 10 %? ¿Y al 1 %?
2. ¿Por qué con RL pesada (100 Ω) Vout casi desaparece?
3. ¿Qué le pasa a la corriente total de fuente al cargar más?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios con carga

Ejercicio 1: sensor de 10k

Divisor 5 V 1,8k/3,3k (Vout 3,24) + sensor Rin 10k. Calculá Vout cargado, error e Idiv vs Icarga. Verificá con divisor_cargado().

Ejercicio 2: endurecer para el sensor

Con endurecer(5, 3.3, 10000): ¿qué R1/R2 propone? ¿Vout real con E12 cercanos? ¿Costo en mW?

Ejercicio 3: LED como “carga” del divisor

¿Por qué no se alimenta un LED desde un divisor 9→2 V? Explicá con regla 10× y con no-linealidad.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Divisores honestos con carga. Ahora, la otra cara: en el próximo tema, el divisor de corriente en ramas paralelas.