Reduciendo el voltaje con resistencias

Hay varias maneras de obtener 5V de un suministro de 12V. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas, por lo que he elaborado 5 circuitos básicos para mostrar sus pros y sus contras.

• Elcircuito1esunresistordeseriesimple,comoelquelecontaronsobre"algunas personas".

Funciona, PERO solo funciona con un valor de corriente de carga y desperdicia la mayor parte de la energía suministrada. Si el valor de la carga cambia, la tensión cambiará, ya que no hay regulación. Sin embargo, sobrevivirá a un cortocircuito en la salida y protegerá la fuente de 12 V para evitar un cortocircuito.

• El circuito 2 es un diodo Zener en serie (o puede usar un número de diodos ordinarios en serie para compensar la caída de voltaje, por ejemplo, 12 diodos de silicio)

Funciona, PERO la mayor parte de la potencia se disipa mediante el diodo Zener. ¡No muy eficiente! Por otro lado, da un grado de regulación si la carga cambia. Sin embargo, si cortocircuita la salida, el humo azul mágico se liberará del Zener ... Este cortocircuito también puede dañar la fuente de 12 V una vez que se destruye el Zener.

• El circuito 3 es un transistor en serie (o seguidor de emisor): se muestra un transistor de unión, pero se podría construir una versión similar utilizando un MOSFET como seguidor de la fuente.

Funciona, PERO la mayor parte de la energía tiene que ser disipada por el transistor y no es a prueba de cortocircuitos. Como en el circuito 2, podrías terminar dañando la fuente de 12V. Por otro lado, se mejorará la regulación (debido al efecto amplificador actual del transistor). El diodo Zener ya no tiene que tomar la corriente de carga completa, por lo que se puede usar un Zener u otro dispositivo de referencia de voltaje mucho más barato / más pequeño / más bajo. Este circuito es en realidad menos eficiente que los circuitos 1 y 2, porque se necesita corriente adicional para el Zener y su resistencia asociada.

• El circuito 4 es un regulador de tres terminales (IN-COM-OUT). Esto podría representar un IC dedicado (como un 7805) o un circuito discreto construido desde amplificadores operacionales / transistores, etc.

Funciona, PERO el dispositivo (o circuito) tiene que disipar más energía de la que se suministra a la carga. Es incluso más ineficiente que los circuitos 1 y 2, porque la electrónica adicional toma corriente adicional. Por otro lado, sobreviviría a un cortocircuito y, por lo tanto, es una mejora en los circuitos 2 y 3. También limita la corriente máxima que se tomaría en condiciones de cortocircuito, protegiendo la fuente de 12v.

• El circuito 5 es un regulador tipo Buck (regulador de conmutación CC / CC).

Funciona, PERO la salida puede ser un poco puntiaguda debido a la naturaleza de conmutación de alta frecuencia del dispositivo. Sin embargo, es muy eficiente porque utiliza energía almacenada (en un inductor y un condensador) para convertir el voltaje. Tiene una regulación de voltaje razonable y una limitación de la corriente de salida. Sobrevivirá a un cortocircuito y protegerá la batería.

Estos 5 circuitos funcionan todos (es decir, todos producen 5V a través de una carga) y todos tienen sus pros y sus contras. Algunos funcionan mejor que otros en términos de protección, regulación y eficiencia. Como la mayoría de los problemas de ingeniería, es un intercambio entre simplicidad, costo, eficiencia, confiabilidad, etc.

Con respecto a la 'corriente constante', usted no puede tener un voltaje fijo (constante) y una corriente constante con una carga variable . Tienes que elegir - voltaje constante O corriente constante. Si elige voltaje constante, puede agregar algún tipo de circuito para limitar la corriente máxima a un valor máximo seguro, como en los circuitos 4 y 5.

Una resistencia solo puede proporcionar una caída de voltaje fija si envía exactamente la misma corriente a través de ella en todo momento. Simplemente elegiría la resistencia en función de la cantidad de corriente para que caiga 7 V.

Pero la mayoría de las cargas no consumen exactamente la misma corriente en todo momento, por lo que este enfoque rara vez es útil en la práctica. Para una carga de corriente muy baja (por ejemplo, hasta 50 mA), un regulador lineal producirá un voltaje de salida fijo con muy poco cambio en respuesta a los cambios de corriente de carga. Para corrientes más altas, un regulador de conmutación tipo buck hará lo mismo, pero con una eficiencia de potencia mucho mejor.

Esto depende en gran medida de POR QUÉ intentes disminuir el voltaje y si la CARGA está cambiando. Para robar la foto de @Matthijs,

Su circuito para el que está intentando disminuir el voltaje va en conjunto entre los puntos reflejados por U2. Si ese circuito toma corriente, debe tenerlo en cuenta en las ecuaciones. Peor aún, si cambia la corriente que dibuja el circuito, ¡también lo hace el voltaje U2!

A veces, puede salirse con la caída del voltaje con un divisor de voltaje, pero otras veces necesita usar algún tipo de regulador de voltaje.

Como han mencionado otros, puede usar un divisor de voltaje de dos resistencias, pero la salida del divisor de voltaje cambiará si cambia la corriente de carga.

Aún puede usar un divisor de voltaje y solucionar este problema agregando un búfer a la salida del divisor de voltaje. La forma más fácil (para usted) de hacer esto es usar un amplificador operacional configurado como búfer:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El amplificador operacional tiene una impedancia de entrada muy alta, por lo que no cargará su divisor de voltaje.

También puede lograr esto con un seguidor de origen (MOSFET) o un seguidor de emisor (BJT) que actúe como su búfer si no desea usar un amplificador operacional. Sin embargo, debe tener más cuidado con la polarización si utiliza una fuente o un seguidor de emisor.

La reducción del voltaje se puede hacer usando un divisor de voltaje. Utiliza dos resistencias para "dividir" el voltaje como se muestra en la siguiente imagen.

El divisor de voltaje hará el trabajo. Si está colocando una resistencia en la ruta de suministro, solo se establecerá la corriente, no el voltaje.

Según su requisito actual, puede seleccionar la resistencia y configurarlo para el divisor de voltaje.