Riduzione della tensione con resistori

Ho cercato un modo semplice per convertire da 12V a 5V . Ho visto alcune persone dire che è sufficiente un semplice resistore.

A m p s = V o

Quindi l'applicazione di una resistenza diminuirà la tensione del circuito. Ciò dovrebbe significare che un resistore di dimensioni adeguate potrebbe semplicemente essere inserito nel percorso di un circuito a 12V, convertendolo in 5v.

• In questo caso, come si ridurrebbero gli amplificatori?
• Serie vs parallelo farebbero la differenza in questo settore?

Ho visto progetti che includono un regolatore IC e alcuni condensatori, ma se una semplice configurazione di resistori / fusibili / diodi farà il trucco, lo preferirei davvero.

Ci sono alcuni modi per ottenere 5 V da un'alimentazione a 12V. Ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi, quindi ho elaborato 5 circuiti di base per mostrare i loro pro e contro.

• Il circuito 1 è un semplice resistore in serie - proprio come quello di cui "alcune persone" ti hanno parlato.

Funziona, MA funziona solo con un valore di corrente di carico e spreca gran parte della potenza fornita. Se il valore del carico cambia, la tensione cambierà, poiché non esiste alcuna regolazione. Tuttavia, sopravviverà a un cortocircuito in uscita e proteggerà la fonte da 12 V dal corto circuito.

• Il circuito 2 è un diodo Zener in serie (oppure è possibile utilizzare un numero di diodi ordinari in serie per compensare la caduta di tensione, ad esempio 12 diodi al silicio)

Funziona, MA gran parte della potenza viene dissipata dal diodo Zener. Non molto efficiente! D'altra parte dà un certo grado di regolazione se il carico cambia. Tuttavia, se si cortocircuita l'uscita, il fumo blu magico si libererà dallo Zener ... Tale cortocircuito potrebbe anche danneggiare la sorgente a 12 V una volta che lo Zener viene distrutto.

• Il circuito 3 è un transistor in serie (o follower di emettitori) - viene mostrato un transistor di giunzione, ma una versione simile potrebbe essere costruita usando un MOSFET come follower di sorgente.

Funziona, MA la maggior parte della potenza deve essere dissipata dal transistor e non è a prova di corto circuito. Come il circuito 2, potresti finire per danneggiare la sorgente a 12V. D'altra parte, la regolazione sarà migliorata (grazie all'attuale effetto di amplificazione del transistor). Il diodo Zener non deve più assumere la corrente a pieno carico, quindi è possibile utilizzare uno Zener di potenza molto più economico / più piccolo / inferiore o un altro dispositivo di riferimento di tensione. Questo circuito è in realtà meno efficiente dei circuiti 1 e 2, poiché è necessaria una corrente aggiuntiva per Zener e la sua resistenza associata.

• Circuito 4 è un regolatore a tre terminali (IN-COM-OUT). Ciò potrebbe rappresentare un IC dedicato (come un 7805) o un circuito discreto costruito da amplificatori operazionali / transistor ecc.

Funziona, MA il dispositivo (o circuito) deve dissipare più potenza di quella fornita al carico. È ancora più inefficiente rispetto ai circuiti 1 e 2, perché l'elettronica aggiuntiva richiede corrente aggiuntiva. D'altra parte, sopravviverebbe a un cortocircuito e quindi è un miglioramento sui circuiti 2 e 3. Limita anche la corrente massima che verrebbe assorbita in condizioni di corto circuito, proteggendo la sorgente 12v.

• Circuito 5 è un regolatore di tipo buck (regolatore di commutazione CC / CC).

Funziona, MA l'uscita può essere un po 'spikey a causa della natura di commutazione ad alta frequenza del dispositivo. Tuttavia, è molto efficiente perché utilizza l'energia immagazzinata (in un induttore e un condensatore) per convertire la tensione. Ha una ragionevole regolazione della tensione e limitazione della corrente di uscita. Sopravviverà a un corto circuito e proteggerà la batteria.

Questi 5 circuiti funzionano tutti (ovvero producono tutti 5 V in un carico) e tutti hanno i loro pro e contro. Alcuni funzionano meglio di altri in termini di protezione, regolamentazione ed efficienza. Come la maggior parte dei problemi di ingegneria, è un compromesso tra semplicità, costo, efficienza, affidabilità ecc.

Per quanto riguarda la "corrente costante", non è possibile avere una tensione fissa (costante) e una corrente costante con un carico variabile . Devi scegliere: tensione costante o corrente costante. Se si sceglie una tensione costante, è possibile aggiungere una qualche forma di circuito per limitare la corrente massima a un valore massimo sicuro, ad esempio nei circuiti 4 e 5.

Un resistore può fornire una caduta di tensione fissa solo se si invia sempre esattamente la stessa corrente attraverso di essa. Dovresti semplicemente scegliere la resistenza in base alla quantità di corrente in modo che scenda 7 V.

Ma la maggior parte dei carichi non assorbe sempre esattamente la stessa corrente, quindi questo approccio è raramente utile nella pratica. Per un carico a corrente molto bassa (ad esempio, fino a 50 mA), un regolatore lineare produrrà una tensione di uscita fissa con una variazione minima in risposta alle variazioni della corrente di carico. Per correnti più elevate, un regolatore a commutazione buck farà lo stesso, ma con un'efficienza energetica molto migliore.

Questo dipende molto dal PERCHÉ stai cercando di far cadere la tensione e se il LOAD sta cambiando. Per rubare l'immagine da @Matthijs,

Il tuo circuito per il quale stai cercando di far cadere la tensione nel suo insieme va tra i punti riflessi da U2. Se quel circuito assorbe corrente, è necessario tener conto di ciò nelle equazioni. Peggio ancora, se la corrente assorbita dal circuito cambia, anche la tensione U2 !!

A volte, è possibile cavarsela facendo cadere la tensione con un partitore di tensione, ma altre volte è necessario utilizzare una sorta di regolatore di tensione.

Come altri hanno già detto, è possibile utilizzare un partitore di tensione di due resistori, ma l'uscita del partitore di tensione cambierà se la corrente di carico cambia.

È ancora possibile utilizzare un partitore di tensione e risolvere questo problema aggiungendo un buffer all'uscita del partitore di tensione. Il modo più semplice (per te) per farlo è usare un amplificatore operazionale configurato come buffer:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

L'amplificatore operazionale ha un'impedenza di ingresso molto elevata, quindi non carica il divisore di tensione.

Puoi anche farlo con un follower sorgente (MOSFET) o un seguace emettitore (BJT) che agisce come buffer se non vuoi usare un amplificatore operazionale. Tuttavia, devi essere più attento con il bias se usi un follower di sorgente o emettitore.

La riduzione della tensione potrebbe essere effettuata utilizzando un divisore di tensione. Utilizza due resistori per "dividere" la tensione come mostrato nella figura seguente.

Il divisore di tensione farà il lavoro. Se si inserisce una resistenza nel percorso di alimentazione, si imposterà solo la corrente e non la tensione.

In base ai requisiti attuali è possibile selezionare il resistore e configurarlo per il partitore di tensione.