Spannungsreduzierung mit Widerständen

Ich habe nach einer einfachen Möglichkeit gesucht, 12V in 5V umzuwandeln . Ich habe einige Leute sagen sehen, dass ein einfacher Widerstand alles ist, was benötigt wird.

Das Anlegen eines Widerstands verringert also die Spannung des Stromkreises. Das sollte bedeuten, dass ein Widerstand geeigneter Größe einfach in den Pfad eines 12-V-Stromkreises gelegt und in 5 V umgewandelt werden kann.

• Wenn dies der Fall ist, wie würde man die Ampere reduzieren?
• Würden Serien oder Parallelen in diesem Bereich einen Unterschied machen?

Ich habe Entwürfe gesehen, die einen Regler-IC und einige Kondensatoren enthalten, aber wenn ein einfaches Widerstands- / Sicherungs- / Dioden-Setup den Trick macht, würde ich das wirklich vorziehen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, 5 V aus einer 12-V-Versorgung zu beziehen. Jedes hat seine Vor- und Nachteile, daher habe ich 5 grundlegende Schaltkreise erstellt, um deren Vor- und Nachteile aufzuzeigen.

• Schaltung 1 ist ein einfacher Vorwiderstand - genau wie der, von dem "einige Leute" Ihnen erzählt haben.

Es funktioniert, ABER es funktioniert nur bei einem Wert des Laststroms und es verschwendet den größten Teil der zugeführten Energie. Wenn sich der Lastwert ändert, ändert sich die Spannung, da keine Regelung vorliegt. Es übersteht jedoch einen Kurzschluss am Ausgang und schützt die 12-V-Quelle vor einem Kurzschluss.

• Schaltung 2 ist eine serielle Zenerdiode (oder Sie können eine Reihe von normalen Dioden in Serie verwenden, um den Spannungsabfall auszugleichen - z. B. 12 x Siliziumdioden).

Es funktioniert, ABER der größte Teil der Energie wird von der Zenerdiode abgeleitet. Nicht sehr effizient! Andererseits gibt es eine gewisse Regulierung, wenn sich die Last ändert. Wenn Sie jedoch den Ausgang kurzschließen, löst sich der magische blaue Rauch vom Zener ... Ein solcher Kurzschluss kann auch die 12-V-Quelle beschädigen, sobald der Zener zerstört wird.

• Schaltung 3 ist ein Serientransistor (oder Emitterfolger) - ein Sperrschichttransistor ist gezeigt, aber eine ähnliche Version könnte unter Verwendung eines MOSFET als Sourcefolger aufgebaut werden.

Es funktioniert, ABER der größte Teil der Leistung muss vom Transistor abgeführt werden und ist nicht kurzschlussfest. Wie bei Schaltung 2 kann die 12-V-Quelle beschädigt werden. Andererseits wird die Regelung verbessert (aufgrund des Stromverstärkungseffekts des Transistors). Die Zenerdiode muss nicht mehr den vollen Laststrom aufnehmen, so dass ein viel preiswerterer / kleinerer / leistungsärmerer Zener oder ein anderes Spannungsreferenzgerät verwendet werden kann. Diese Schaltung ist weniger effizient als die Schaltungen 1 und 2, da für den Zener und den zugehörigen Widerstand zusätzlicher Strom benötigt wird.

• Schaltung 4 ist ein Regler mit drei Anschlüssen (IN-COM-OUT). Dies kann ein dedizierter IC (wie z. B. ein 7805) oder eine aus Operationsverstärkern / Transistoren usw. gebaute diskrete Schaltung sein.

Es funktioniert, ABER das Gerät (oder der Stromkreis) muss mehr Leistung abgeben, als der Last zugeführt wird. Es ist noch ineffizienter als die Schaltkreise 1 und 2, da die zusätzliche Elektronik zusätzlichen Strom verbraucht. Andererseits würde es einen Kurzschluss überstehen und damit eine Verbesserung der Schaltkreise 2 und 3. Es begrenzt auch den maximalen Strom, der unter Kurzschlussbedingungen aufgenommen werden würde, um die 12-V-Quelle zu schützen.

• Schaltung 5 ist ein Abwärtsregler (DC / DC-Schaltregler).

Es funktioniert, ABER der Ausgang kann aufgrund der Hochfrequenz-Schaltcharakteristik des Geräts ein bisschen stachelig sein. Es ist jedoch sehr effizient, da es gespeicherte Energie (in einem Induktor und einem Kondensator) verwendet, um die Spannung umzuwandeln. Es verfügt über eine angemessene Spannungsregelung und Ausgangsstrombegrenzung. Es übersteht einen Kurzschluss und schützt die Batterie.

Diese 5 Stromkreise arbeiten alle (dh sie produzieren alle 5 V über eine Last) und sie haben alle ihre Vor- und Nachteile. Einige arbeiten in Bezug auf Schutz, Regulierung und Effizienz besser als andere. Wie bei den meisten technischen Problemen ist es ein Kompromiss zwischen Einfachheit, Kosten, Effizienz, Zuverlässigkeit usw.

In Bezug auf "Konstantstrom" - Sie können keine feste (konstante) Spannung und keinen konstanten Strom mit variabler Last haben . Sie müssen wählen - Konstante Spannung ODER Konstanter Strom. Wenn Sie sich für eine konstante Spannung entscheiden, können Sie eine Art Stromkreis hinzufügen, um den Maximalstrom auf einen sicheren Maximalwert zu begrenzen - wie in den Stromkreisen 4 und 5.

Ein Widerstand kann nur dann einen festen Spannungsabfall liefern, wenn Sie immer genau den gleichen Strom durch ihn schicken. Sie würden einfach den Widerstand basierend auf der Strommenge so auswählen, dass er um 7 V fällt.

Die meisten Verbraucher ziehen jedoch nicht immer genau den gleichen Strom, so dass dieser Ansatz in der Praxis nur selten sinnvoll ist. Bei einer Last mit sehr geringem Strom (z. B. bis zu 50 mA) erzeugt ein Linearregler eine feste Ausgangsspannung mit sehr geringer Änderung in Reaktion auf Änderungen des Laststroms. Bei höheren Strömen funktioniert ein Buck-Schaltregler genauso, jedoch mit einer viel besseren Leistungseffizienz.

Dies hängt stark davon ab, warum Sie versuchen, die Spannung zu senken und ob sich die LAST ändert. Um das Bild von @Matthijs zu stehlen,

Ihr Stromkreis, für den Sie versuchen, die Spannung insgesamt zu senken, verläuft zwischen den von U2 reflektierten Punkten. Wenn diese Schaltung Strom zieht, müssen Sie dies in den Gleichungen berücksichtigen. Schlimmer noch, wenn sich der Strom, den diese Schaltung zieht, ändert, ändert sich auch die Spannung U2 !!

Manchmal kann es passieren, dass die Spannung mit einem Spannungsteiler abfällt, aber manchmal muss ein Spannungsregler verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, können Sie einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen verwenden. Der Spannungsteilerausgang ändert sich jedoch, wenn sich der Laststrom ändert.

Sie können weiterhin einen Spannungsteiler verwenden und dieses Problem beheben, indem Sie dem Ausgang des Spannungsteilers einen Puffer hinzufügen. Der einfachste Weg (für Sie), dies zu tun, ist die Verwendung eines als Puffer konfigurierten Operationsverstärkers:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Der Operationsverstärker hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz, sodass Ihr Spannungsteiler nicht entlastet wird.

Sie können dies auch mit einem Source Follower (MOSFET) oder Emitter Follower (BJT) erreichen, der als Puffer fungiert, wenn Sie keinen Operationsverstärker verwenden möchten. Sie müssen jedoch vorsichtiger vorgehen, wenn Sie einen Quellen- oder Emitterfolger verwenden.

Die Spannung kann mit einem Spannungsteiler abgesenkt werden. Es verwendet zwei Widerstände, um die Spannung wie in der folgenden Abbildung gezeigt zu "teilen".

Der Spannungsteiler erledigt die Arbeit. Wenn Sie einen Widerstand in den Versorgungspfad legen, wird nur der Strom und nicht die Spannung eingestellt.

Abhängig von Ihrem aktuellen Bedarf können Sie den Widerstand auswählen und für den Spannungsteiler konfigurieren.