Reduzindo a tensão com resistores

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

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.

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.

• 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.

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.

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,

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.

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:

^{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.

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.

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.