Déjame explicarte lo que quiero decir con un caso imaginario. Imaginemos una batería de 10 V en serie con dos resistencias iguales en valor de resistencia. El voltaje entre esas resistencias es de 5 V de acuerdo con la regla de división de voltaje. Tengo un componente (no importa lo que sea) que necesita ser alimentado por 5 voltios. Cuando trato de usar ese valor de voltaje de 5 V entre esas resistencias para encenderlo, la regla de división de voltaje se rompe y obtengo menos de 5 voltios a través de ese componente. No puedo encontrar la forma de proporcionarle 5 voltios para encenderlo mediante el uso de técnicas de análisis de circuitos básicos o división de voltaje. ¿Cuál es la manera de lograr cualquier valor de voltaje en cualquier componente que queramos?
Crear el voltaje requerido en un dispositivo utilizando principios eléctricos básicos [duplicado]
4 respuestas
Un regulador de voltaje.
Un regulador de voltaje es un concepto bastante fundamental en la electrónica. El regulador de voltaje más simple es el lineal (o a veces LDO - Low DropOut). El regulador está usando esencialmente dos resistencias para dividir el voltaje para crear su voltaje de salida objetivo (divisor de potencial). Sin embargo, el regulador también controla la tensión de salida y, cuando cambia (debido a que cambia la carga), el regulador modifica las resistencias para compensar.
En un dispositivo LDO típico, se utiliza un transistor como resistencia variable para ajustar el divisor de potencial y lograr el voltaje de salida deseado.
Hay otros tipos de reguladores que utilizan diferentes métodos, pero la característica común es que el dispositivo regula el voltaje de salida para que permanezca lo más constante posible, independientemente de la carga presentada o del voltaje de entrada.
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La respuesta de Oliver es correcta. Sin embargo, solo agregaré por qué está viendo los resultados que está viendo cuando trata de alimentar algo a través de su divisor.
Usted tiene razón al decir que para una fuente de alimentación de 10 VCC, dividirla a través de 2 resistencias iguales le dará 5 voltios. Lo vemos aquí:
Esto se debe a que la corriente que fluye a través de esto sería 10 / 20k = 500uA. la caída de voltaje en una resistencia de 10k es: 500uA * 10k = 5V.
Entonces, ¿qué pasaría si pusieras una carga en esto? Veamos:
Ahora ha agregado resistencia adicional en la resistencia inferior. Supongamos que la resistencia de carga es de 10k. Esto haría que la resistencia inferior 5k (resistencias en paralelo). ingresar esta nueva figura en nuestras ecuaciones anteriores dará un voltaje de punto medio de 3.3V.
Para que pueda ver que la regla de división de voltaje no se rompe, acaba de ajustar los valores.
Al agregar un regulador de voltaje (para 5V el 7805 clásico) podrá asegurar que usted tenga un voltaje de salida estable sin importar la carga. Esto generalmente se hace con un circuito de compensación interno como este:
Figura 1. Varios circuitos de regulación de voltaje.
Como ha descubierto, el divisor de voltaje simple de la Figura 1a no es estable. Una vez que se conecta una carga, el voltaje cae por debajo del valor de solo divisor y, lo que es peor, varía según la carga.
Se puede formar un regulador de voltaje simple usando un diodo Zener. Estos no se conducen en el modo de polarización inversa (como se muestra en la Figura 1b) hasta que la tensión aumenta por encima de la tensión de ruptura, 5.1 V en este caso. El truco aquí es establecer el valor de R4 lo suficientemente bajo para proporcionar 5 V en la carga a la corriente de carga máxima. Si la corriente de carga se reduce, el voltaje tenderá a aumentar, pero D1 se descompondrá y mantendrá el voltaje a 5,1 V. Encontrará un montón de material de referencia y tutoriales en línea.
Un regulador de voltaje lineal de tres terminales, Figura 1c, proporciona una solución muy simple y barata. El circuito del regulador ajusta su "resistencia" para mantener la salida a su voltaje nominal, 5 V en el caso del regulador 7805. Los condensadores son necesarios para evitar las oscilaciones, así que no se sienta tentado a dejarlos fuera.
Tenga en cuenta que todos estos arreglos desperdician la mitad de la energía suministrada como calor. Los reguladores de conmutación, en lugar de los lineales, son mucho más eficientes.
No podemos construir un circuito que suministre 5V perfectos a cualquier carga posible.
Lo que podemos hacer es construir un circuito que proporcione una aproximación suficientemente buena de 5V a una carga cuyo consumo de corriente esté dentro de un rango de valores definido.
La solución más simple sería reducir los valores de las resistencias en nuestro divisor de voltaje, mientras más pequeñas sean las resistencias, menos sensible será la carga del divisor. Sin embargo, esto también aumenta la potencia desperdiciada en el divisor de voltaje. Así que no es una buena solución.
El siguiente paso es reemplazar la resistencia inferior con un componente no lineal, por ejemplo, un diodo Zener con polarización inversa. El voltaje en estos componentes varía mucho menos con la corriente que el voltaje en una resistencia. Por lo tanto, la corriente a través de la resistencia superior solo necesita ser un poco más grande que la corriente máxima consumida por nuestra carga.
El siguiente paso es usar un "seguidor de emisor" para amortiguar la salida de nuestra combinación de resistencia / zener. Por lo tanto, la corriente extraída de la combinación resistencia / zener es mucho más pequeña que la corriente entregada a la carga.
Este es esencialmente el diseño del regulador lineal más básico, los reguladores reales pueden tener componentes adicionales, pero es probable que tengan los mismos elementos básicos.
Los reguladores de "baja caída" son un subconjunto de reguladores lineales que están diseñados para funcionar incluso cuando los voltajes de entrada y salida son similares. Un diseño de regulador lineal básico necesita una diferencia de al menos un par de voltios entre entrada y salida, los diseños de baja caída pueden ser mucho más bajos.
La opción final es un convertidor de conmutación. Un elemento de conmutación se enciende y apaga rápidamente y luego se utiliza un circuito de inductor / condensador para filtrarlo a un voltaje estable. Esto puede ser muy eficiente, pero agrega una complejidad sustancial y consideraciones de ruido.
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