Reducción de la tensión con resistencias

Question

He estado buscando una manera fácil de convertir 12V a 5V . He visto a algunas personas diciendo que una simple resistencia es todo lo que se necesita.

$$ Volts = Ohms \cdot Amps $$ $$ Amps = \frac{Volts}{Ohms} $$ $$Ohms = \frac{Volts}{Amps}$$

Por lo tanto, la aplicación de una resistencia disminuirá la tensión del circuito. Eso debería significar que una resistencia de tamaño adecuado podría simplemente colocarse en el camino de un circuito de 12V, convirtiéndolo en 5v.

• Si este es el caso, ¿cómo se pueden reducir los amperios?
• ¿Habría alguna diferencia entre la serie y el paralelo en esta área?

He visto diseños que incluyen un circuito integrado regulador y algunos condensadores, pero si una simple configuración de resistencias/fusibles/diodos es suficiente, lo preferiría.

Answer 1

Hay varias formas de obtener 5V de una alimentación de 12V. Cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas, por lo que he elaborado 5 circuitos básicos para mostrar sus pros y sus contras.

• Circuito 1 es una simple resistencia en serie, como la que "algunos" te han comentado.

Funciona, PERO sólo 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 12V de un cortocircuito.

• Circuito 2 es un diodo Zener en serie (o puedes utilizar varios diodos normales en serie para compensar la caída de tensión, por ejemplo 12 diodos de silicio)

Funciona, PERO la mayor parte de la potencia es disipada por el diodo Zener. No es muy eficiente. Por otro lado, da un grado de regulación si la carga cambia. Sin embargo, si haces un cortocircuito en la salida, el humo azul mágico se desprende del Zener... Un cortocircuito de este tipo también puede dañar la fuente de 12V una vez que el Zener se destruye.

• 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 fuente.

Funciona, PERO la mayor parte de la potencia tiene que ser disipada por el transistor y no es a prueba de cortocircuitos. Al igual que el circuito 2, podrías acabar dañando la fuente de 12V. Por otro lado, la regulación mejorará (debido al efecto de amplificación de la corriente del transistor). El diodo Zener ya no tiene que soportar toda la corriente de carga, por lo que se puede utilizar un Zener mucho más barato/pequeño/de menor potencia u otro dispositivo de referencia de tensión. Este circuito es en realidad menos eficiente que los circuitos 1 y 2, porque se necesita una corriente adicional para el Zener y su resistencia asociada.

• Circuito 4 es un regulador de tres terminales (IN-COM-OUT). Esto podría representar un CI dedicado (como un 7805) o un circuito discreto construido a partir de op amps / transistores, etc.

Funciona, PERO el dispositivo (o circuito) tiene que disipar más potencia de la que se suministra a la carga. Es aún más ineficaz que los circuitos 1 y 2, porque los componentes electrónicos adicionales consumen más corriente. Por otro lado, sobreviviría a un cortocircuito, por lo que es una mejora respecto a los circuitos 2 y 3. También limita la corriente máxima que se tomaría en condiciones de cortocircuito, protegiendo la fuente de 12v.

• Circuito 5 es un regulador de tipo buck (regulador de conmutación DC/DC).

Funciona, PERO la salida puede ser un poco irregular debido a la naturaleza de la conmutación de alta frecuencia del dispositivo. Sin embargo, es muy eficiente porque utiliza la energía almacenada (en un inductor y un condensador) para convertir la tensión. Tiene una regulación de tensión razonable y una limitación de la corriente de salida. Sobrevive a un cortocircuito y protege 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 en la mayoría de los problemas de ingeniería, se trata de un equilibrio entre la simplicidad, el coste, la eficacia, la fiabilidad, etc.

En cuanto a la "corriente constante", usted no puede tienen una tensión fija (constante) y una corriente constante con una carga variable . Tienes que elegir - tensión constante O corriente constante. Si elige la tensión constante, puede añadir algún tipo de circuito para limitar la corriente máxima a un valor máximo seguro - como en los circuitos 4 y 5.

Answer 2

Una resistencia sólo puede proporcionar una caída de tensión fija si se envía exactamente la misma corriente a través de ella en todo momento. Simplemente elegirías 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 no suele ser útil en la práctica. Para una carga de muy baja corriente (digamos, hasta 50 mA), un regulador lineal producirá una tensión de salida fija con muy poco cambio en respuesta a los cambios de corriente de la carga. Para corrientes más altas, un regulador de conmutación de tipo buck hará lo mismo, pero con una eficiencia energética mucho mayor.

Answer 3

Esto depende mucho de POR QUÉ estás tratando de bajar la tensión, y si la CARGA está cambiando. Para robar la imagen de @Matthijs,

El circuito para el que intentas bajar la tensión en su conjunto va entre los puntos reflejados por U2. Si ese circuito consume corriente, tienes que tenerlo en cuenta en las ecuaciones. ¡Peor aún, si la corriente que el circuito dibuja cambia, también lo hace la tensión U2!

A veces, se puede conseguir bajar la tensión con un divisor de tensión, pero otras veces hay que utilizar algún tipo de regulador de tensión.

Answer 4

Como otros han mencionado, puedes utilizar un divisor de tensión de dos resistencias, pero la salida del divisor de tensión cambiará si la corriente de carga cambia.

Puedes seguir utilizando un divisor de tensión y solucionar este problema añadiendo un buffer a la salida del divisor de tensión. La forma más fácil (para ti) de hacer esto es utilizar un amplificador operacional configurado como un buffer:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

El amplificador óptico tiene una impedancia de entrada muy alta, por lo que no cargará el divisor de tensión.

También puedes lograr esto con un seguidor de fuente (MOSFET) o un seguidor de emisor (BJT) actuando como tu buffer si no quieres usar un op amp. Sin embargo, tienes que tener más cuidado con la polarización si utilizas un seguidor de fuente o de emisor.

Answer 5

El divisor de voltaje hará el trabajo. Si colocas una resistencia en el camino de la alimentación, entonces sólo fijará la corriente, no el voltaje.

En función de sus necesidades de corriente, puede seleccionar la resistencia y configurarla como divisor de tensión.