Уменьшение напряжения с помощью резисторов

23

Я искал легкий способ преобразовать 12V в 5V . Я видел, как некоторые люди говорили, что простой резистор - это все, что нужно.

A m p s = V o l t s

Volts=OhmsAmps
Amps=VoltsOhms
Ohms=VoltsAmps

Таким образом, применение резистора уменьшит напряжение цепи. Это должно означать, что резистор подходящего размера может быть просто размещен на пути цепи 12 В, преобразуя его в 5 В.

  • Если это так, как можно уменьшить ампер?
  • Будет ли ряд против параллели иметь значение в этой области?

Я видел конструкции, которые включают в себя интегральную схему регулятора и некоторые конденсаторы, но если простая установка резистора / предохранителя / диода справится с задачей, я бы действительно предпочел это.

Коннер Расмуссен
источник
1
Вы пытаетесь подать питание на нагрузку? Что за груз? Или вы пытаетесь изменить уровень сигнала, несущего информацию?
Фотон
3
Он почти никогда не сводится к падению напряжения, а также к тому, что не тратит энергию (эффективность), безопасность (резисторы могут очень сильно нагреваться) и регулирование (поддержание выходного напряжения при изменении нагрузки / тока).
Джим Дирден
Хм, нет гораздо лучших способов снизить напряжение. Используйте регулятор напряжения 5 В или, если вы ищете что-то простое, просто вставьте стабилитрон в обратном смещении.
короткая теория

Ответы:

69

Есть несколько способов получить 5 В от источника питания 12 В. У каждого есть свои преимущества и недостатки, поэтому я составил 5 основных схем, чтобы показать их плюсы и минусы.

5 диаграмм разных регуляторов напряжения

  • Цепь 1 - это простой последовательный резистор, такой же, как тот, о котором вам говорили «некоторые люди».

Он работает, НО работает только при одном значении тока нагрузки и тратит большую часть подаваемой энергии. Если значение нагрузки изменится, напряжение изменится, поскольку регулирование отсутствует. Однако он выдержит короткое замыкание на выходе и защитит источник 12 В от короткого замыкания.

  • Цепь 2 представляет собой последовательный стабилитрон (или вы можете использовать ряд последовательных обычных диодов для компенсации падения напряжения - скажем, 12 х кремниевых диодов)

Это работает, НО большая часть мощности рассеивается диодом Зенера. Не очень эффективно! С другой стороны, это дает определенную степень регулирования при изменении нагрузки. Однако, если вы закоротите выход, волшебный синий дым вырвется из стабилитрона ... Такое короткое замыкание может также повредить источник 12 В после разрушения стабилитрона.

  • Схема 3 представляет собой последовательный транзистор (или эмиттерный повторитель) - показан переходной транзистор, но аналогичная версия может быть построена с использованием MOSFET в качестве исходного повторителя.

Это работает, НО большая часть энергии должна рассеиваться транзистором, и это не доказательство короткого замыкания. Как и в схеме 2, вы можете повредить источник 12В. С другой стороны, регулирование будет улучшено (благодаря усиливающему эффекту транзистора). Не диод Зенера больше не должен принимать полный ток нагрузки, поэтому намного дешевле / меньше / меньше энергии Зенера или другое опорное напряжение устройства может быть использована. Эта схема на самом деле менее эффективна, чем схемы 1 и 2, поскольку для стабилитрона и связанного с ним резистора требуется дополнительный ток.

  • Цепь 4 представляет собой трехполюсный регулятор (IN-COM-OUT). Это может быть специальная микросхема (например, 7805) или дискретная схема, построенная из операционных усилителей / транзисторов и т. Д.

Это работает, НО устройство (или схема) должно рассеивать больше энергии, чем подается на нагрузку. Это даже более неэффективно, чем схемы 1 и 2, потому что дополнительная электроника потребляет дополнительный ток. С другой стороны, он выдержит короткое замыкание и, следовательно, улучшит схемы 2 и 3. Он также ограничивает максимальный ток, который может быть взят в условиях короткого замыкания, защищая источник 12 В.

  • Цепь 5 является стабилизирующим регулятором (импульсный регулятор постоянного / постоянного тока).

Это работает, НО выходной сигнал может быть немного быстрым из-за высокочастотной коммутационной природы устройства. Тем не менее, это очень эффективно, потому что он использует накопленную энергию (в индуктивности и конденсаторе) для преобразования напряжения. Имеет разумное регулирование напряжения и ограничение выходного тока. Он выдержит короткое замыкание и защитит аккумулятор.

Все эти 5 цепей работают (т.е. все они вырабатывают 5 В на нагрузке), и у них всех есть свои плюсы и минусы. Некоторые работают лучше других с точки зрения защиты, регулирования и эффективности. Как и большинство инженерных проблем, это компромисс между простотой, стоимостью, эффективностью, надежностью и т. Д.

Что касается «постоянного тока» - вы не можете иметь фиксированное (постоянное) напряжение и постоянный ток с переменной нагрузкой . Вы должны выбрать - постоянное напряжение или постоянный ток. Если вы выберете постоянное напряжение, вы можете добавить некоторую форму цепи, чтобы ограничить максимальный ток безопасным максимальным значением, например, в цепях 4 и 5.

Джим Дирден
источник
Как насчет «классического» делителя напряжения, упомянутого в ответе Скотта Сейдмана? Почему это не упоминается здесь? На первый взгляд, здесь он отличается от схемы 1, поскольку он содержит дополнительный постоянный резистор, параллельный [потенциально меняющейся] нагрузке. Было бы хорошо узнать, каковы последствия выбора различных значений R1 и R2. Как они влияют на стабильность напряжения при изменении сопротивления нагрузки?
AnT
12

Резистор может обеспечить фиксированное падение напряжения только в том случае, если через него постоянно подается один и тот же ток. Вы бы просто выбрали резистор в зависимости от величины тока, чтобы он падал на 7 В.

Но большинство нагрузок не всегда потребляют один и тот же ток, поэтому такой подход редко бывает полезен на практике. Для очень слабой токовой нагрузки (скажем, до 50 мА) линейный регулятор будет производить фиксированное выходное напряжение с очень небольшим изменением в ответ на изменения тока нагрузки. Для более высоких токов импульсный импульсный регулятор будет делать то же самое, но с гораздо большей энергоэффективностью.

Фотон
источник
индуктор исправит проблему постоянного тока правильно? Можно ли использовать конденсатор для получения необходимого тока? и отправить остаток обратно в блок питания?
Коннер Расмуссен
1
Нет. Индуктор замедлит изменения тока, но не предотвратит их.
Фотон
7

Это очень сильно зависит от того, ПОЧЕМУ вы пытаетесь сбросить напряжение, и изменяется ли НАГРУЗКА. Чтобы украсть картину у @Matthijs, введите описание изображения здесь

Ваша схема, для которой вы пытаетесь сбросить напряжение в целом, проходит между точками, отраженными U2. Если эта схема потребляет ток, вы должны учесть это в уравнениях. Хуже того, если изменяется ток, потребляемый схемой, то и напряжение U2 !!

Иногда вы можете избежать падения напряжения с помощью делителя напряжения, но в других случаях вам нужно использовать какой-то регулятор напряжения.

Скотт Сейдман
источник
Да, но это уравнение не дает нам уникального ответа R1и R2значения. Существует бесконечное количество R1/R2пар, которые удовлетворяют этому уравнению. Как выбрать правильную комбинацию из бесконечности решений? Я предполагаю, что правильный выбор должен основываться на сопротивлении нагрузки. Но по некоторым причинам многие ответы имеют тенденцию уклоняться от этого чрезвычайно часто задаваемого вопроса.
AnT
4

Как уже упоминали другие, вы можете использовать делитель напряжения двух резисторов, но выход делителя напряжения изменится, если изменится ток нагрузки.

Вы все еще можете использовать делитель напряжения и исправить эту проблему, добавив буфер на выход делителя напряжения. Самый простой способ (для вас) сделать это - использовать операционный усилитель, настроенный в качестве буфера:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Операционный усилитель имеет очень высокий входной импеданс, поэтому он не будет загружать ваш делитель напряжения.

Вы также можете сделать это с помощью источника-повторителя (MOSFET) или эмиттера-повторителя (BJT), выступающего в качестве буфера, если вы не хотите использовать операционный усилитель. Тем не менее, вы должны быть более осторожны с смещением, если используете источник или последователь эмиттера.

Значение NULL
источник
2
Несмотря на то, что операционный усилитель лучше, чем делитель, он все еще не является правильным способом, в зависимости от того, какой ток требуется нагрузке.
Скотт Сейдман
2

Понижение напряжения может быть сделано с помощью делителя напряжения. Он использует два резистора для «деления» напряжения, как показано на рисунке ниже.

введите описание изображения здесь

Matthijs
источник
Я предполагаю, что u1 и u2 v v и v out да?
Коннер Расмуссен
Это верно. U1 - это напряжение, которое вы хотите «разделить», а U2 - это напряжение, которое вы хотите использовать. Зная эти напряжения, вы можете рассчитать резисторы. Просто выберите резистор для R1 и рассчитайте R2. Как отмечалось в других ответах, вам необходимо измерить значения резисторов таким образом, чтобы они могли выдерживать ток, потребляемый вашей цепью. Этот метод в основном используется в приложениях с очень низким током, где электрические помехи не являются серьезной проблемой в цепи. (Пример: я сделал несколько гитарных педалей, которые нуждались в напряжениях разных уровней напряжения, которые я использовал с помощью делителя напряжения)
Matthijs
0

Делитель напряжения сделает работу. Если вы поместите резистор на пути питания, он будет устанавливать только ток, а не напряжение.

В зависимости от ваших текущих требований вы можете выбрать резистор и настроить его для делителя напряжения.

Санджив Кумар
источник
1
Делитель напряжения выполнит работу только для фиксированной нагрузки.
Whatsname