Reducción de voltaje con resistencias

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

A m p s = V o l t

Entonces, aplicar una resistencia disminuirá el voltaje del circuito. Eso debería significar que una resistencia de tamaño apropiado podría simplemente colocarse en la ruta de un circuito de 12V, convirtiéndola a 5v.

• Si este es el caso, ¿cómo reduciría los amperios?
• ¿Las series versus el paralelo marcarían una diferencia en esta área?

He visto diseños que incluyen un IC regulador y algunos condensadores, pero si una simple configuración de resistencia / fusible / diodo funcionara, realmente preferiría eso.

Hay algunas formas 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 ventajas y desventajas.

• Circuito 1 es una resistencia en serie simple, tal como la que le dijeron "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, el voltaje cambiará, ya que no hay regulación. Sin embargo, sobrevivirá a un cortocircuito en la salida y protegerá la fuente de 12V contra cortocircuitos.

• Circuito 2 es un diodo Zener en serie (o podría usar varios diodos ordinarios en serie para compensar la caída de voltaje, digamos 12 x diodos de silicio)

Funciona, PERO la mayor parte de la energía se disipa por 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 ... Tal cortocircuito también puede dañar la fuente de 12V una vez que se destruye el Zener.

• 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 origen.

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, podría 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 utilizar 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 a partir de amplificadores operacionales / transistores, etc.

Funciona, PERO el dispositivo (o circuito) tiene que disipar más energía de la que se suministra a la carga. Es aún 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 DC / DC).

Funciona, PERO la salida puede ser un poco espinosa 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 regulación de voltaje razonable y limitación de corriente de salida. Sobrevivirá a un cortocircuito y protegerá la batería.

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

Con respecto a la 'corriente constante': no puede tener un voltaje fijo (constante) y una corriente constante con una carga variable . Debe 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 dibujan 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 (digamos, hasta 50 mA), un regulador lineal producirá un voltaje de salida fijo con muy pocos cambios 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 energética mucho mejor.

Esto depende mucho de POR QUÉ está tratando de bajar el voltaje y de si la CARGA está cambiando. Para robar la foto de @Matthijs,

Su circuito para el que está tratando de bajar el voltaje en su conjunto va entre los puntos reflejados por U2. Si ese circuito consume corriente, debe tenerlo en cuenta en las ecuaciones. Peor aún, si la corriente que consume ese circuito cambia, ¡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 otros han mencionado, puede usar un divisor de voltaje de dos resistencias, pero la salida del divisor de voltaje cambiará si cambia la corriente de carga.

Todavía 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 un búfer:

^{simular este circuito : esquema creado con 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 utilizar 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 imagen a continuación.

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

Según sus requisitos actuales, puede seleccionar la resistencia y configurarla para el divisor de voltaje.