Divisor de tensão e Conversor de nível lógico LLC

LLC e divisor de tensão

Certamente meu próximo post não será exatamente sobre o ESP8266, mas sobre um protocolo de comunicação com ele. Ainda assim, será necessário fazer o wiring, pois o ESP8266 trabalha em 3.3v e para comunicar-se com o Arduino utilizando um LLC ou divisor de tensão), não dá pra fazer a interconexão diretamente ou "capluf" - se é que entendeu a onomatopéia.

Justificando

Primeiramente, quero deixar claro que o pouco que sei sobre eletrônica é porque fui obrigado aprender para usar Arduino e PIC; não tenho curso, mas procuro material técnico para esclarecer minhas próprias dúvidas. Crendo que as tenho sanadas para o tema de hoje, vamos iniciar falando sobre o divisor de tensão.

Alguns conceitos

Pesquisando sobre o assunto, encontrei um material bastante agradável (em inglês) nesse link (Sparkfun). A primeira questão é a mais clara; uma tensão é aplicada sobre dois resistores em série.

R1 é o resistor próximo de Vin e R2 é o resistor próximo do Gnd. A tensão próxima de R2 é chamada Vout, sendo o resultado da divisão.

Equação

"Chupinhando" também as imagens do post original, essa derivada assume que são sabidos os valores Vin, R1 e R2.

Agilizando um pouco as coisas, para fazer a queda de tensão de 5v para 3.3, teriamos que utilizar um resistor de 1.7Kohms e um de 3.3Kohms. Mas como agilizar para outros valores, não é mesmo? Bem, existem calculadoras online como a do post de referência, mas eu uso o aplicativo ElectroDroid, que tem uma quantidade enorme de calculadoras, pinouts e outras coisas incríveis.

Simplificações

Esses conceitos são fundamentais para começar a fazer seus próprios testes, ainda que no aplicativo, para não dar tiro às cegas:

Se R1 e R2 forem iguais, a tensão de saída é igual a Vin/2.

Quanto maior R2, mais próximo de Vin será Vout.

Quanto maior R1, menor será a tensão de saída.

Simplificações simplificadas

Quer 1.9v dividindo tensão com Vin em 5v? R2=1900ohms e R1=Vin-R2. Ou seja, o R2 define a tensão e R1 é a diferença entre Vin e a tensão desejada. Mas claro, não há resistores de todos os valores imagináveis, é necessário adequar.

E começando a pensar no que a eletrônica fundamental oferece, podemos fazer um divisor de tensão variável utilizando potenciômetros!

Sensores resistivos

Que tal parar de pegar esquemas prontos no Google e começar a fazer o seu próprio?
Esse sensor de força tem uma resistência inicial de 10Mohms sem força influente, caindo sua resistência conforme a força é exercida sobre ele. Nesse datasheet tem uma tabela aproximada da resistência em relação ao peso, utilizando a relação entre R1 e R2.

Um exemplo bem simples é o LDR, exemplificado com range entre 1 e 10 Kohms. Uma faixa média seria algo em torno de 5.6Kohms. A range entre 1Kohms e 10Kohms dá uma tensão de aproximadamente 2.4V, que é uma escala mais que suficiente para muitos conversores ADC, ainda mais considerando uma resolução de 10 bits das MCUs populares, que dá uma escala de 0 a 1023 valores.

Deslocamento de nível

Se fosse só derrubar a tensão e tudo desse certo, seria maravilhoso, mas os pinos de comunicação, seja qual for o barramento, utiliza a tensão da origem. Isto é, se comunicarmos um ESP8266-01 com um Arduino, além de se preocupar com a alimentação de 3.3, também é necessário controlar o nível de tensão na comunicação. E nesse caso também a outra coisa a considerar; um divisor de tensão só tem a capacidade de derrubar a tensão (para amplificar o sinal, aguarde pelo post sobre amplificador operacional, saindo do forno).

Outra consideração é que a corrente está diretamente relacionada ao R1. E mais uma é que divisores de tensão não devem ser utilizados para baixar a tensão para alimentação. Se você tem uma fonte de 7.5V e quer derrubar a tensão para 5V, você deve usar um regulador de tensão.

Agora vamos falar do LLC.

Conversor de Nível Lógico

Comprei há alguns anos na SparkFun esse conversor de nível lógico da primeira imagem, mas até então eu não havia usado em nenhuma aplicação. Porém agora, mexendo com ESP8266, pareceu uma solução bastante elegante.

A mágica está realmente na funcionalidade extra desse dispositivo, que através de um MOSFET converte a tensão baixa para alta, tornando assim a comunicação bi-direcional sem maiores complexibilidades, tudo juntinho alí, em menos de 4cm².

A coluna do meio se refere à alimentação. HV é High Voltage e LV é Low Voltage. Ambos os lados devem estar alimentados com suas respectivas tensões, isto é; de Arduino para ESP8266, 5V em HV e 3.3 em LV, incluindo os aterramentos.

Devemos ter muita atenção também em relação aos pinos “RXI”, “RXO”, “TXI” e “TXO”.

RXI entra o sinal de HV, baixa a tensão e envia para RXO.

TXI é onde se encontra o MOSFET que amplifica a tensão do sinal, interador do TXO.

Para mandar um sinal de baixa para alta, a entrada é feita em TXI, que converterá o sinal direcionando-o para TXO.

Vamos brincar um pouco com essa comunicação. Se gostou, dá uma força e compartilha esse post em um (ou mais) dos canais de comunicação dispostos no rodapé, valeu?

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