Zmniejszenie napięcia za pomocą rezystorów

23

I zostały rozglądać się za łatwym sposobem konwersji 12V do 5V . Widziałem niektórych ludzi mówiących, że wystarczy prosty rezystor.

V o l t s = O h m s \cdot A m p s

$Volts = Ohms \cdot Amps$

ZA m p s = \frac{V. o l t s}{O h m s}

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

O h m s = \frac{V. o l t s}{ZA m p s}

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

Tak więc zastosowanie rezystora zmniejszy napięcie w obwodzie. Powinno to oznaczać, że odpowiednio dobrany rezystor można po prostu umieścić na ścieżce obwodu 12 V, przekształcając go w 5 V.

Jeśli tak jest, to jak zmniejszyć wzmacniacze?
Czy seriale kontra równoległe miałyby znaczenie w tym obszarze?

Widziałem projekty, które zawierają układ scalony regulatora i niektóre kondensatory, ale jeśli prosta konfiguracja rezystora / bezpiecznika / diody da radę, naprawdę wolałbym to.

voltage resistors dc-dc-converter

— Konner Rasmussen
źródło

1

Czy próbujesz zapewnić zasilanie odbiorowi? Jaki rodzaj ładunku? A może próbujesz zmienić poziom informacji przenoszącej sygnał?

— Photon

3

Prawie nigdy nie chodzi tylko o spadek napięcia, nie marnuje energii (wydajności), bezpieczeństwa (oporniki mogą się bardzo nagrzewać) i regulacji (utrzymanie napięcia wyjściowego przy zmieniającym się zapotrzebowaniu na obciążenie / prąd).

— JIm Dearden

electronics.stackexchange.com/questions/83656/…

— jippie

Hmm, nie, są znacznie lepsze sposoby na obniżenie napięcia. Użyj regulatora napięcia 5 V lub jeśli szukasz czegoś prostego, po prostu włóż diodę Zenera w odwrotnym kierunku.

— shortstheory,

69

Istnieje kilka sposobów na uzyskanie 5 V z zasilania 12 V. Każdy ma swoje zalety i wady, więc opracowałem 5 podstawowych obwodów, aby pokazać ich zalety i wady.

5 schematów różnych regulatorów napięcia

Obwód 1 to prosty rezystor szeregowy - tak jak ten, o którym opowiadali ci „niektórzy ludzie”.

Działa, ALE działa tylko przy jednej wartości prądu obciążenia i marnuje większość dostarczonej mocy. Jeśli wartość obciążenia się zmieni, napięcie się zmieni, ponieważ nie ma regulacji. Jednak przetrwa zwarcie na wyjściu i ochroni źródło 12 V przed zwarciem.

Obwód 2 to szeregowa dioda Zenera (lub można użyć szeregu zwykłych diod w szeregu, aby wyrównać spadek napięcia - powiedzmy 12 x diod krzemowych)

Działa, ALE większość mocy jest rozpraszana przez diodę Zenera. Niezbyt wydajny! Z drugiej strony daje pewien stopień regulacji, jeśli zmienia się obciążenie. Jeśli jednak zewniesz wyjście, magiczny niebieski dym uwolni się od Zenera ... Takie zwarcie może również uszkodzić źródło 12 V po zniszczeniu Zenera.

Obwód 3 to szeregowy tranzystor (lub popychacz emitera) - pokazano tranzystor połączeniowy, ale podobną wersję można zbudować przy użyciu MOSFET-a jako popychacza źródła.

Działa, ALE większość mocy musi zostać rozproszona przez tranzystor i nie jest odporna na zwarcie. Podobnie jak w przypadku obwodu 2, może dojść do uszkodzenia źródła 12 V. Z drugiej strony poprawiona zostanie regulacja (ze względu na wzmacniający prąd tranzystor). Dioda Zenera nie musi już pobierać pełnego prądu obciążenia, więc można zastosować znacznie tańszą / mniejszą / niższą moc Zenera lub inne urządzenie odniesienia napięcia. Obwód ten jest w rzeczywistości mniej wydajny niż obwody 1 i 2, ponieważ potrzebny jest dodatkowy prąd dla Zenera i związanego z nim rezystora.

Obwód 4 to regulator z trzema zaciskami (IN-COM-OUT). Może to reprezentować dedykowany układ scalony (taki jak 7805) lub dyskretny obwód zbudowany ze wzmacniaczy operacyjnych / tranzystorów itp.

Działa, ALE urządzenie (lub obwód) musi rozproszyć więcej energii niż jest dostarczane do odbiornika. Jest to nawet bardziej nieefektywne niż obwody 1 i 2, ponieważ dodatkowa elektronika pobiera dodatkowy prąd. Z drugiej strony przetrwałby zwarcie, podobnie jak ulepszenie obwodów 2 i 3. Ogranicza również maksymalny prąd, który byłby pobierany w warunkach zwarcia, chroniąc źródło 12 V.

Obwód 5 jest regulatorem typu buck (regulator przełączający DC / DC).

Działa, ALE sygnał wyjściowy może być nieco ostry ze względu na charakter przełączania wysokiej częstotliwości urządzenia. Jest jednak bardzo wydajny, ponieważ wykorzystuje zmagazynowaną energię (w cewce i kondensatorze) do konwersji napięcia. Ma rozsądną regulację napięcia i ograniczenie prądu wyjściowego. Przetrwa zwarcie i ochroni akumulator.

Te 5 obwodów działa wszystkie (tzn. Wszystkie wytwarzają napięcie 5 V na obciążeniu) i wszystkie mają swoje zalety i wady. Niektóre działają lepiej niż inne pod względem ochrony, regulacji i wydajności. Podobnie jak większość problemów inżynieryjnych, jest to kompromis między prostotą, kosztem, wydajnością, niezawodnością itp.

Jeśli chodzi o „stały prąd” - nie można mieć stałego (stałego) napięcia i stałego prądu o zmiennym obciążeniu . Musisz wybrać - stałe napięcie LUB stały prąd. Jeśli wybierzesz stałe napięcie, możesz dodać jakąś formę obwodu, aby ograniczyć maksymalny prąd do bezpiecznej wartości maksymalnej - na przykład w obwodach 4 i 5.

— JIm Dearden
źródło

Co z „klasycznym” dzielnikiem napięcia wymienionym w odpowiedzi @Scott Seidman? Dlaczego nie wspomniano tutaj? Na pierwszy rzut oka wydaje się różnić od obwodu 1, ponieważ zawiera dodatkowy stały rezystor równolegle do [potencjalnie zmieniającego się] obciążenia. Byłoby miło wiedzieć, jakie są konsekwencje wyboru różnych wartości R1 i R2. Jaki jest ich wpływ na stabilność napięcia przy zmianie rezystancji obciążenia?

— AnT

12

Rezystor może zapewnić stały spadek napięcia tylko wtedy, gdy przez cały czas przesyłasz przez niego dokładnie ten sam prąd. Po prostu wybierz rezystor na podstawie ilości prądu, aby spadł 7 V.

Ale większość obciążeń nie pobiera dokładnie tego samego prądu przez cały czas, więc takie podejście rzadko jest przydatne w praktyce. W przypadku bardzo niskoprądowego obciążenia (powiedzmy do 50 mA) liniowy regulator wytworzy stałe napięcie wyjściowe z niewielką zmianą w odpowiedzi na zmiany prądu obciążenia. W przypadku wyższych prądów regulator przełączający typu buck zrobi to samo, ale ze znacznie lepszą wydajnością energetyczną.

— The Photon
źródło

induktor naprawiłby problem stałego prądu poprawny? czy można wykorzystać kondensator do poboru potrzebnego prądu? i wysłać resztę z powrotem do psu?

— Konner Rasmussen

1

Nie. Induktor spowolni zmiany prądu, ale go nie zapobiegnie.

— Photon

7

Zależy to w dużej mierze od DLACZEGO próbujesz obniżyć napięcie i czy LOAD się zmienia. Aby ukraść zdjęcie z @Matthijs, wprowadź opis zdjęcia tutaj

Twój obwód, dla którego próbujesz obniżyć napięcie jako całość, przechodzi między punktami odbijanymi przez U2. Jeśli obwód ten pobiera prąd, należy to uwzględnić w równaniach. Gorzej, jeśli zmienia się prąd pobierany przez obwód, zmienia się również napięcie U2 !!

Czasami można uniknąć spadku napięcia za pomocą dzielnika napięcia, ale innym razem trzeba użyć jakiegoś regulatora napięcia.

— Scott Seidman
źródło

Tak, ale to równanie nie daje nam unikalnej odpowiedzi R1i R2wartości. Istnieje nieskończona liczba R1/R2par, które spełniają to równanie. Jak wybrać właściwą kombinację z nieskończoności rozwiązań? Zakładam, że właściwy wybór powinien opierać się na rezystancji obciążenia. Ale z jakiegoś powodu wiele odpowiedzi unika tego bardzo często zadawanego pytania.

— AnT

4

Jak wspomnieli inni, można użyć dzielnika napięcia z dwóch rezystorów, ale wyjście dzielnika napięcia zmieni się, jeśli zmieni się prąd obciążenia.

Nadal możesz użyć dzielnika napięcia i rozwiązać ten problem, dodając bufor do wyjścia dzielnika napięcia. Najłatwiejszym sposobem (dla Ciebie) jest użycie wzmacniacza operacyjnego skonfigurowanego jako bufor:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Wzmacniacz operacyjny ma bardzo wysoką impedancję wejściową, więc nie obciąża dzielnika napięcia.

Możesz to również zrobić za pomocą źródła podążającego (MOSFET) lub podążającego za emiterem (BJT) działającego jako bufor, jeśli nie chcesz używać wzmacniacza operacyjnego. Musisz jednak uważać na promowanie, jeśli używasz obserwatora źródła lub emitera.

— Zero
źródło

2

Choć lepszy niż dzielnik, wzmacniacz operacyjny często nie jest do tego właściwym sposobem, w zależności od tego, ile prądu chce obciążenie.

— Scott Seidman

2

Obniżenie napięcia można wykonać za pomocą dzielnika napięcia. Wykorzystuje dwa rezystory do „podziału” napięcia, jak pokazano na poniższym obrazku.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

— Matthijs
źródło

Zakładam, że u1 i u2 są v i v out tak?

— Konner Rasmussen

Zgadza się. U1 to napięcie, które chcesz „podzielić”, a U2 to napięcie, którego chcesz użyć. Znając te napięcie, możesz obliczyć rezystory. Wystarczy wybrać rezystor dla R1 i obliczyć R2. Jak zauważono w innych odpowiedziach, należy zwymiarować wartości rezystorów w taki sposób, aby mogły one obsłużyć prąd pobierany przez obwód. Ta metoda jest najczęściej stosowana w aplikacjach o bardzo niskim prądzie i tam, gdzie szum elektryczny nie stanowi poważnego problemu w obwodzie. (Przykład: Zrobiłem kilka pedałów gitarowych, które wymagały napięcia o różnych poziomach napięcia, które zapewniłem za pomocą dzielnika napięcia)

— Matthijs

0

Dzielnik napięcia wykona zadanie. Jeśli umieszczasz rezystor na ścieżce zasilania, ustawi on tylko prąd, a nie napięcie.

W zależności od aktualnego zapotrzebowania możesz wybrać rezystor i skonfigurować go dla dzielnika napięcia.

— Sanjeev Kumar
źródło

1

Dzielnik napięcia wykona zadanie tylko dla stałego obciążenia.

— whatsisname