Reduzindo a tensão com resistores

23

Estive procurando uma maneira fácil de converter 12V para 5V . Eu já vi algumas pessoas dizendo que basta um resistor.

A m p s = V o l t s

Voeuts=OhmsUMAmps
Ohms=Volts
UMAmps=VoeutsOhms
Ohms=VoeutsUMAmps

Portanto, a aplicação de um resistor diminuirá a tensão do circuito. Isso significa que um resistor de tamanho apropriado pode ser simplesmente colocado no caminho de um circuito de 12V, convertendo-o para 5v.

  • Se for esse o caso, como reduzir os amplificadores?
  • Seria a série vs paralelo faria a diferença nessa área?

Já vi projetos que incluem um IC de regulador e alguns capacitores, mas se uma simples configuração de resistor / fusível / diodo for suficiente, eu realmente prefiro isso.

Konner Rasmussen
fonte
1
Você está tentando fornecer energia para uma carga? Que tipo de carga? Ou você está tentando alterar o nível de um sinal que transporta informações?
The Photon
3
Quase nunca se trata apenas de reduzir a tensão, também de não desperdiçar energia (eficiência), segurança (os resistores podem ficar muito quentes) e regulação (manter a tensão de saída com a alteração da demanda de carga / corrente).
21730 JIm Dearden #
Hum, não há maneiras muito melhores de cortar a tensão. Use um regulador de tensão de 5V ou, se você estiver procurando por algo simples, basta inserir um diodo zener no viés reverso.
shortstheory

Respostas:

69

Existem algumas maneiras de obter 5V de uma fonte de 12V. Cada um tem suas vantagens e desvantagens, então eu desenhei 5 circuitos básicos para mostrar seus prós e contras.

5 diagramas de diferentes reguladores de tensão

  • O circuito 1 é um resistor de série simples - exatamente como o que "algumas pessoas" lhe falaram.

Funciona, MAS funciona apenas com um valor de corrente de carga e desperdiça a maior parte da energia fornecida. Se o valor da carga mudar, a tensão mudará, pois não há regulação. No entanto, ele sobreviverá a um curto-circuito na saída e protegerá a fonte de 12V contra curto-circuito.

  • O circuito 2 é um diodo Zener em série (ou você pode usar vários diodos comuns em série para compensar a queda de tensão - por exemplo, 12 x diodos de silício)

Funciona, mas a maior parte da energia é dissipada pelo diodo Zener. Não é muito eficiente! Por outro lado, fornece um certo grau de regulação se a carga mudar. No entanto, se você fizer um curto-circuito na saída, a fumaça azul mágica se libertará do Zener ... Esse curto-circuito também pode danificar a fonte de 12V quando o Zener for destruído.

  • O circuito 3 é um transistor em série (ou seguidor de emissor) - um transistor de junção é mostrado, mas uma versão semelhante pode ser construída usando um MOSFET como seguidor de fonte.

Funciona, mas a maior parte da energia precisa ser dissipada pelo transistor e não é à prova de curto-circuito. Como no circuito 2, você pode acabar danificando a fonte de 12V. Por outro lado, a regulação será aprimorada (devido ao atual efeito de amplificação do transistor). O diodo Zener não precisa mais receber a corrente de carga total, portanto pode ser usado um Zener muito mais barato / menor / mais baixo ou outro dispositivo de referência de tensão. Na verdade, esse circuito é menos eficiente que os circuitos 1 e 2, porque é necessária corrente extra para o Zener e seu resistor associado.

  • O circuito 4 é um regulador de três terminais (IN-COM-OUT). Isso poderia representar um IC dedicado (como um 7805) ou um circuito discreto construído a partir de amplificadores operacionais / transistores etc.

Funciona, MAS o dispositivo (ou circuito) precisa dissipar mais energia do que é fornecido para a carga. É ainda mais ineficiente do que os circuitos 1 e 2, porque os componentes eletrônicos extras recebem corrente adicional. Por outro lado, sobreviveria a um curto-circuito, assim como uma melhoria nos circuitos 2 e 3. Também limita a corrente máxima que seria absorvida em condições de curto-circuito, protegendo a fonte de 12V.

  • O circuito 5 é um regulador do tipo buck (regulador de comutação DC / DC).

Funciona, MAS a saída pode ser um pouco instável devido à natureza de comutação de alta frequência do dispositivo. No entanto, é muito eficiente, porque utiliza energia armazenada (em um indutor e em um capacitor) para converter a tensão. Possui regulação de tensão razoável e limitação de corrente de saída. Ele sobreviverá a um curto-circuito e protegerá a bateria.

Todos esses 5 circuitos funcionam (ou seja, todos produzem 5V através de uma carga) e todos têm seus prós e contras. Alguns funcionam melhor que outros em termos de proteção, regulamentação e eficiência. Como a maioria dos problemas de engenharia, é uma troca entre simplicidade, custo, eficiência, confiabilidade etc.

Em relação à 'corrente constante' - você não pode ter uma tensão fixa (constante) e uma corrente constante com uma carga variável . Você tem que escolher - tensão constante OU corrente constante. Se você escolher tensão constante, poderá adicionar alguma forma de circuito para limitar a corrente máxima a um valor máximo seguro - como nos circuitos 4 e 5.

JIm Dearden
fonte
E o divisor de tensão "clássico" mencionado na resposta de @Scott Seidman? Como é que não é mencionado aqui? À primeira vista, parece ser diferente do circuito 1 aqui, pois contém um resistor extra constante em paralelo à carga [potencialmente variável]. Seria bom saber quais são as consequências de escolher diferentes valores de R1 e R2. Qual é o seu efeito na estabilidade da tensão quando a resistência da carga muda?
AnT
12

Um resistor só pode fornecer uma queda de tensão fixa se você enviar exatamente a mesma corrente através dele o tempo todo. Você simplesmente escolheria o resistor com base na quantidade de corrente para que caia 7 V.

Mas a maioria das cargas não usa exatamente a mesma corrente o tempo todo, portanto, essa abordagem raramente é útil na prática. Para uma carga de corrente muito baixa (por exemplo, até 50 mA), um regulador linear produzirá uma tensão de saída fixa com muito pouca mudança em resposta às mudanças na corrente de carga. Para correntes mais altas, um regulador de comutação do tipo buck fará o mesmo, mas com uma eficiência de energia muito melhor.

O fóton
fonte
um indutor resolveria a questão da corrente constante correta? poderia ser usado um capacitor para extrair a corrente necessária? e enviar o restante de volta para a psu?
Konner Rasmussen 02/09
1
Não. Um indutor diminui a velocidade das mudanças, mas não as impede.
The Photon
7

Isso depende muito do motivo pelo qual você está tentando diminuir a tensão e se o LOAD está mudando. Para roubar a foto de @Matthijs, insira a descrição da imagem aqui

O seu circuito para o qual você está tentando diminuir a tensão vai entre os pontos refletidos pelo U2. Se esse circuito consome corrente, é necessário dar conta disso nas equações. Pior, se a corrente desse circuito mudar, o mesmo acontece com a tensão U2 !!

Às vezes, você pode diminuir a tensão com um divisor de tensão, mas outras vezes você precisa usar algum tipo de regulador de tensão.

Scott Seidman
fonte
Sim, mas essa equação não nos dá uma resposta R1e R2valores únicos . Há um número infinito de R1/R2pares que satisfazem essa equação. Como alguém escolhe a combinação adequada da infinidade de soluções? Presumo que a escolha adequada deve basear-se na resistência da carga. Mas, por algum motivo, muitas respostas tendem a evitar essa pergunta extremamente frequente.
AnT
4

Como já mencionado, você pode usar um divisor de tensão de dois resistores, mas a saída do divisor de tensão mudará se a corrente de carga mudar.

Você ainda pode usar um divisor de tensão e corrigir esse problema adicionando um buffer à saída do divisor de tensão. A maneira mais fácil (para você) de fazer isso é usar um amplificador operacional configurado como um buffer:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

O amplificador operacional possui uma impedância de entrada muito alta, para que não carregue seu divisor de tensão.

Você também pode fazer isso com um seguidor de origem (MOSFET) ou seguidor de emissor (BJT) atuando como seu buffer, se não quiser usar um amplificador operacional. No entanto, você deve ter mais cuidado com a polarização se usar um seguidor de fonte ou emissor.

Nulo
fonte
2
Embora seja melhor que um divisor, o amplificador operacional ainda não é o caminho certo para isso, dependendo da quantidade de corrente que a carga deseja.
Scott Seidman
2

A redução da tensão pode ser feita usando um divisor de tensão. Ele usa dois resistores para "dividir" a tensão, como mostrado na figura abaixo.

insira a descrição da imagem aqui

Matthijs
fonte
Estou assumindo que u1 e u2 são v dentro e v fora sim?
Konner Rasmussen
Isso está certo. U1 é a voltagem que você deseja "dividir" e U2 é a voltagem que você deseja usar. Conhecendo essa tensão, você pode calcular os resistores. Basta escolher um resistor para R1 e calcular R2. Conforme observado em outras respostas, é necessário dimensionar os valores do resistor de forma que eles possam lidar com a corrente que é consumida pelo seu circuito. Este método é usado principalmente em aplicações de corrente muito baixa e onde o ruído elétrico não é um problema importante para o circuito. (Exemplo: fiz algumas pedais de guitarra que os níveis de voltagem necessários diferentes de tensão, que I fornecida através de um divisor de tensão)
Matthijs
0

O divisor de tensão fará o trabalho. Se você estiver colocando um resistor no caminho de alimentação, ele definirá apenas a corrente e não a tensão.

Com base nos seus requisitos atuais, você pode selecionar o resistor e configurá-lo para o divisor de tensão.

Sanjeev Kumar
fonte
1
O divisor de tensão fará o trabalho apenas para uma carga fixa.
Whatsisname