Voltage divider : 
il partitore di tensione

Dividere una tensione

Capita spesso di trovarsi a dover misurare una tensione più elevata delle possibilità del circuito di misura, oppure dovere ricevere un segnale di ampiezza maggiore di quella accettabile all' ingresso di una qualche apparecchiatura.
Occorre allora implementare un sistema per ridurre questa tensione in modo proporzionale, ottenendone una inferiore in uscita; il modo più semplice è quello di utilizzare un divisore, o partitore, resistivo (in inglese voltage divider - divisore di tensione).

Per capire esattamente di cosa si tratti, partiamo da una semplice considerazione.

Supponiamo di avere una tensione Vin che alimenta due resistenze in serie tra di loro, R1 e R2. Esse saranno attraversate da una stessa corrente: I = Vin / (R1 + R2)     (0) Su ogni resistenza si stabilirà una differenza di potenziale pari al valore della resistenza moltiplicato per la corrente che la attraversa: Vr1 = R1 * I      (1a) Vr2 = R2 * I      (1b) essendo: Vin = Vr1 + Vr2      (2)

Se consideriamo le relazioni in rapporto alla R2, abbiamo:

Se consideriamo l' espressione dal punto di vista del rapporto tra la tensione sulla R2 e quella in ingresso abbiamo che:

Il rapporto di "divisione" tra la tensione di ingresso Vin e quella prelevabile ai capi della R2 dipende quindi dal rapporto

R2 / (R1 + R2)        (5)

tra le resistenze che costituiscono il voltage divider.

Ovviamente le cadute di tensione su ogni resistenza saranno minori della tensione di alimentazione della serie e, come chiaro dalla (1a)-(1b), il valore di queste tensioni sarà essenzialmente proporzionale al valore delle resistenze (dato che la corrente che le attraversa è la stessa). Quindi la tensione ai capi della R2 sarà: minore della tensione Vin che alimenta la serie e proporzionale al valore di R2, o meglio, al rapporto (5) tra R1 e R2 e proporzionale alla Vin Le due resistenze in serie costituiscono un semplice partitore che rende la tensione di uscita in un rapporto determinato rispetto a quella di ingresso: Vout = Vin * R2 / (R1 +R2)       (6)

A cosa serve un partitore del genere è subito chiaro a chi ha una minima conoscenza dell'elettrotecnica elementare: se ho una tensione elevata all' ingresso di una apparecchiatura che non supporta un valore così alto, facilmente, con una coppia di resistenze, potrò abbassarne il valore al livello desiderato.
Partitori di tensione sono utilizzati per regolare il livello di un segnale, per la polarizzazione di dispositivi amplificatori attivi, per la misura di tensioni, ecc. 
Così, lo stadio di ingresso di un voltmetro sarà costituito da un partitore; e userò un partitore per ridurre la tensione di ingresso di un modulo di conversione analogico-digitale (ADC): ad esempio, il modulo ADC dei PIC supporta al massimo la tensione Vdd al suo ingresso, per cui, volendo misurare una tensione di 50V dovrò inserire un partitore che mi riduca a 1/10 la tensione. 

Il rapporto tra le due tensioni

Vr2 / Vin = R2 / (R1 + R2)

dipende dal valore delle resistenze. Ma una volta fissato questo rapporto con il calcolo di R1 e R2, esso sarà fisso per qualsiasi variazioni della tensione di ingresso Vin.

Se supponiamo di avere calcolato le resistenze per ottenere:

R2 / (R1 + R2) = 1/10

si avrà pure:

Vr2 / Vin = 1 / 10

Quindi Vr2 varierà in perfetta proporzionalità 1:10 rispetto a Vin :

il che è essenziale per la correttezza della misura.

Partitori per corrente alternata

Va anche osservato che il voltage divider è adatto tanto per una tensione di ingresso continua che alternata, in quanto la resistenza è tale sia in un ambiente che nell' altro. Pertanto potremo applicarlo sia per dividere tensioni continue che per segnali audio o a qualsiasi altra frequenza, anche se nel campo delle frequenze elevate. In ca possono essere più vantaggiosi altri sistemi che impiegano induttanze e/o condensatori.

Questo è possibile dato che il  principio di divisione è valido anche se alla resistenza sostituiamo una impedenza. Infatti, dal punto di vista più generale possiamo scrivere che: Vout / Vin = Z2 / (Z1 + Z2)      (7) L' impedenza è funzione della frequenza, ma agendo la stessa frequenza su entrambe le impedenze, se esse sono analoghe, il loro rapporto è comunque costante, pur variando il valore di ogni singolo elemento.  E, in alternata, una impedenza è realizzata sia da una induttanza che da un condensatore. Quindi sarà possibile costruire il partitore con questi elementi.

E' evidente che questi partitori saranno funzionali solamente nel campo delle correnti alternate, mentre sono del tutto inadeguati per una alimentazione in corrente continua, dove l' induttanza non esiste e quindi il componente induttivo è visto solamente per la sua resistenza parassitaria, creando possibili situazioni di corto circuito; ed il condensatore costituisce un blocco alla circolazione della corrente. 
Si possono altresì realizzare partitori utilizzando un insieme di R-C-L: la tipologia del partitore in alternata viene determinata in base alle applicazioni e alle caratteristiche della tensione (ampiezza, frequenza, spettro, ecc.), essenzialmente, nel campo delle misure, allo scopo di non introdurre distorsioni nel segnale in uscita dal partitore e che verrà applicato allo strumento, come ad esempio un oscilloscopio oppure a minimizzare le perdite di inserzione del partitore stesso.

Ovviamente, la resistenza (pura) si comporta nello stesso modo sia in cc che in ca, per cui tutta la discussione successiva farà riferimento essenzialmente al partitore resistivo.