Manera eficiente de regular el voltaje

Sí, una resistencia consumirá energía, pero esa no es la razón principal para no usar una. La caída de voltaje a través de la resistencia variará con la corriente, por lo que si su carga no es constante (nunca lo es), el voltaje variará. Eso no es lo que quieres de un regulador. Nunca use una resistencia en serie como regulador de voltaje.

Hay dos grandes categorías de regulador de voltaje: lineal y conmutador.

Un regulador lineal usualmente viene como un legger de tres patas: un pin de entrada, tierra y un pin de salida. Ejemplo típico: LM7805 . Tienen una buena regulación y son fáciles de usar. Principal inconveniente: no son eficientes. La corriente de carga pasa a través del regulador y causa una caída de voltaje allí, como lo haría la resistencia en serie. Si su circuito de 5V consume 1A, obtendrá 1A de 9V, por lo que los 5W de carga requerirán 9W de su fuente de alimentación, lo que representa una eficiencia del 55%. Esto se vuelve aún peor si su voltaje de entrada es más alto, como 24V. Con un voltaje de entrada tan alto, el regulador necesita considerable enfriamiento. No desea un regulador lineal para este tipo de aplicación.

Un conmutador (o SMPS, para fuente de alimentación en modo conmutado) es la solución. Esto utiliza una bobina para construir un campo magnético, que a su vez se convierte nuevamente en el voltaje de salida. Los conmutadores son un poco más complicados en funcionamiento que los reguladores lineales, pero son mucho más eficientes; A menudo son posibles eficiencias del 95%. Dado que trabajan en frecuencias más altas (100s de kHz a varios MHz), el diseño de la placa es superior para reducir la radiación. La selección adecuada de los componentes y el cuidadoso diseño de la PCB también son importantes para obtener una alta eficiencia.
La buena noticia es que los conmutadores son muy comunes hoy en día, y los diseños son mucho más simples que hace 20 años; muchos conmutadores solo necesitan cuatro componentes externos. TI tiene una serie Simple Switcher (née National Semiconductor) con herramientas de diseño en línea .

AndrejaKo hizo un comentario interesante. Hay módulos de conmutador que pueden usarse como reemplazo directo de un regulador lineal TO-220:

Como él dice, estos no son baratos, pero pueden ser la solución adecuada si necesita un regulador eficiente pero no tiene la experiencia para diseñar un conmutador usted mismo.

Dependiendo de lo que necesites, hay varias formas; básicamente, tiene una compensación entre la linealidad y la eficiencia energética.

Si bien el divisor de voltaje con resistencias es la solución más lineal (en principio), no es bueno para una fuente de alimentación: primero porque la salida de corriente desequilibra el divisor, y segundo porque no es eficiente en energía.

Así que tiene convertidores DC-DC, que hacen exactamente lo que necesita (convierten un voltaje en otro) y tienen diferentes características de precisión, ruido y eficiencia.

La solución más eficiente es el convertidor Buck de clase S (conmutación), que utiliza un reloj y los interruptores MOS para crear un voltaje más bajo, que será ruidoso y tendrá que ser filtrado.

Además de las respuestas anteriores, también puede usar un diodo zener . Como los diodos normales, resisten una tensión inversa hasta cierto punto. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los diodos, este umbral de voltaje es la clave para su uso: están diseñados para descomponerse en un determinado umbral de voltaje (conocido como voltaje Zener). Si coloca el zener en paralelo con la carga, el voltaje a través de la carga se limitará muy estrechamente al voltaje a través del zener siempre que el voltaje de entrada exceda el umbral.

Para aumentar la eficiencia (ya que el zener se usa para desviar el voltaje), se debe usar una resistencia de bajo valor (en serie con la carga) para limitar la corriente.

¿Por qué no usar un diodo Zener de 4v en serie con el 9v? La caída de tensión te dejará con 5v. y un 9v está regulado como está. El uso práctico de un diodo Zener en la configuración de cortocircuito sería la regulación de CA donde la potencia es abundante. También con el Zener en serie sin resistencia, obtiene mayores corrientes de impulso disponibles con menos corrientes de fuga de tiempo de inactividad.