Permítanme explicar lo que quiero decir con un caso imaginario. Imaginemos una batería de 10 V en serie con dos resistencias de igual valor. La tensión entre esas resistencias es de 5V según la regla de división de la tensión. Tengo un componente (no importa lo que sea) que necesita ser alimentado con 5 voltios. Cuando intento utilizar ese valor de tensión de 5V entre esas resistencias para alimentarlo, la regla de división de la tensión se rompe y obtengo menos de 5 voltios en ese componente. No puedo averiguar cómo proporcionarle 5 voltios para alimentarlo utilizando la división de voltaje o las técnicas básicas de análisis de circuitos. ¿Cuál es la forma de conseguir cualquier valor de tensión a través de cualquier componente que queramos?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
La respuesta de Oliver es efectivamente correcta. Sin embargo, sólo voy a añadir por qué usted está viendo los resultados que está viendo al tratar de alimentar algo a través de su divisor.
Tienes razón al decir que para una fuente de alimentación de 10V DC, al dividirla por medio de 2 resistencias iguales te dará 5V. lo vemos aquí:
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Esto se debe a que la corriente que fluye a través de ella sería de 10/20k = 500uA. la caída de tensión a través de una resistencia de 10k es: 500uA * 10k = 5V.
Entonces, ¿qué pasaría si se le colocara una carga? Veamos:
Ahora has añadido una resistencia extra a la resistencia inferior. Supongamos que la resistencia de carga es de 10k. Esto haría que la resistencia inferior fuera de 5k (resistencias en paralelo). la introducción de esta nueva cifra en nuestras ecuaciones anteriores dará un voltaje de punto medio de 3,3V.
Así puedes ver que la regla de división de la tensión no se rompe, sólo has ajustado los valores.
Si añades un regulador de voltaje (para 5V el clásico 7805) podrás asegurar una tensión de salida estable sea cual sea la carga. Esto se suele hacer con un circuito de compensación interno como este:
Un regulador de tensión.
Un regulador de tensión es un concepto bastante fundamental en electrónica. El regulador de voltaje más sencillo es el lineal (o a veces LDO - Low DropOut). El regulador utiliza esencialmente dos resistencias para dividir la tensión para crear su tensión de salida objetivo (divisor de potencial). Sin embargo, el regulador también monitorea el voltaje de salida, y cuando cambia (porque la carga cambia), el regulador altera sus resistencias para compensar.
En un dispositivo LDO típico, se utiliza un transistor como resistencia variable para ajustar el divisor de potencial y conseguir la tensión de salida deseada.
Hay otros tipos de reguladores que utilizan diferentes métodos, pero la característica común es que el dispositivo regula la tensión de salida para que se mantenga lo más constante posible, independientemente de la carga que se presente, o de la tensión de entrada.
El página wiki tiene más información de la que nadie querría
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Figura 1. Varios circuitos de regulación de tensión.
Como has descubierto, el simple divisor de tensión de la figura 1a no es estable. Una vez que se conecta una carga, la tensión cae por debajo del valor del divisor simple y, lo que es peor, varía en función de la carga.
Con un diodo Zener se puede formar un regulador de tensión sencillo. Estos no conducen en el modo de polarización inversa (como se muestra en la Figura 1b) hasta que la tensión se eleva 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 como para proporcionar 5 V en la carga a la máxima corriente de carga. Si la corriente de carga se reduce, el voltaje tenderá a subir, pero D1 se romperá y mantendrá el voltaje a 5,1 V. Encontrarás mucho material de referencia y tutoriales en Internet.
Un regulador de tensión lineal de tres terminales, figura 1c, ofrece una solución muy sencilla y barata. El circuito regulador ajusta su "resistencia" para mantener la salida a su tensión nominal, 5 V en el caso del regulador 7805. Los condensadores son necesarios para evitar las oscilaciones, así que no tenga la tentación de omitirlos.
Obsérvese que todas estas disposiciones desperdician la mitad de la energía suministrada en forma de 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 puede 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 sencilla sería reducir los valores de las resistencias en nuestro divisor de tensión, cuanto más pequeñas sean las resistencias menos sensible será el divisor a la carga. Sin embargo, esto también aumenta la potencia desperdiciada en el divisor de tensión. Así que no es una buena solución.
El siguiente paso es sustituir la resistencia inferior por un componente no lineal, por ejemplo un diodo zener de polarización inversa. La tensión a través de estos componentes varía mucho menos con la corriente que la tensión a través de una resistencia. Por lo tanto, la corriente a través de la resistencia superior sólo tiene que ser ligeramente mayor que la corriente máxima consumida por nuestra carga.
El siguiente paso es utilizar un "seguidor de emisor" para amortiguar la salida de nuestra combinación resistencia/zener. De este modo, la corriente extraída de la combinación resistencia/zener es mucho menor 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 al menos un par de voltios de diferencia entre la entrada y la salida, los diseños de baja caída pueden llegar a ser mucho más bajos.
La última opción es un convertidor de conmutación. Un elemento de conmutación se enciende y apaga rápidamente y, a continuación, se utiliza un circuito de inductor/condensador para filtrarlo en una tensión estable. Esto puede ser muy eficaz, pero añade una gran complejidad y consideraciones de ruido.
