Crear el voltaje requerido a través de un dispositivo utilizando principios eléctricos básicos [duplicado]

Un regulador de voltaje.

Un regulador de voltaje es un concepto bastante fundamental en electrónica. El regulador de voltaje más simple es el Lineal (o, a veces, LDO - Low DropOut). El regulador utiliza esencialmente dos resistencias para dividir el voltaje para crear su voltaje de salida objetivo (divisor de potencial). Sin embargo, el regulador también monitorea el voltaje de salida, y cuando cambia (porque cambia la carga), el regulador altera sus resistencias para compensar.

En un dispositivo LDO típico, se utiliza un transistor como resistencia variable para ajustar el divisor de potencial y lograr el voltaje de salida deseado.

Existen otros tipos de reguladores que utilizan diferentes métodos, pero la característica común es que el dispositivo regula el voltaje de salida para que se mantenga lo más constante posible sin importar la carga que se presente, o el voltaje de entrada.

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La respuesta de Oliver es realmente correcta. Sin embargo, solo agregaré por qué está viendo los resultados que está viendo cuando intenta alimentar algo a través de su divisor.

Tiene razón al decir que para una fuente de alimentación de 10 V CC, dividirla en 2 resistencias iguales le dará 5 V. eso lo vemos aqui:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto se debe a que la corriente que fluye a través de este sería 10/20k = 500uA. la caída de voltaje a través de una resistencia de 10k es: 500uA * 10k = 5V.

Entonces, ¿qué pasaría si colocaras una carga en esto? Dejanos ver:

^{simular este circuito}

Ahora ha agregado resistencia adicional a la resistencia inferior. Suponga que la resistencia de carga es de 10k. Esto haría que la resistencia inferior sea de 5k (resistencias en paralelo). ingresar esta nueva cifra en nuestras ecuaciones anteriores dará un voltaje de punto medio de 3.3V.

Entonces puedes ver que la regla de división de voltaje no se rompe, acabas de ajustar los valores.

Agregar un regulador de voltaje (para 5V el clásico 7805) podrá garantizar que tenga un voltaje de salida estable sin importar la carga. Esto generalmente se hace con un circuito de compensación interno como este:

^{simular este circuito}

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Varios circuitos de regulación de voltaje.

Como ha descubierto, el divisor de voltaje simple de la Figura 1a no es estable. Una vez que se conecta una carga, el voltaje cae por debajo del valor del divisor y, lo que es peor, varía según la carga.

Se puede formar un regulador de voltaje simple usando un diodo Zener. Estos no conducen en el modo de polarización inversa (como se muestra en la Figura 1b) hasta que el voltaje sube por encima del voltaje de ruptura, 5,1 V en este caso. El truco aquí es establecer el valor de R4 lo suficientemente bajo como para proporcionar 5 V en la carga a la corriente de carga máxima. Si la corriente de carga se reduce, el voltaje tenderá a aumentar, pero D1 se descompondrá y mantendrá el voltaje en 5,1 V. Encontrará mucho material de referencia y tutoriales en línea.

Un regulador de voltaje lineal de tres terminales, Figura 1c, brinda una solución muy simple y económica. El circuito regulador ajusta su "resistencia" para mantener la salida a su voltaje nominal, 5 V en el caso del regulador 7805. Los condensadores son necesarios para evitar oscilaciones, así que no caiga en la tentación de omitirlos.

Tenga en cuenta que todos estos arreglos desperdician la mitad de la energía suministrada como calor. Los reguladores de conmutación, en lugar de los lineales, son mucho más eficientes.

No podemos construir un circuito que suministre 5V perfectos a cualquier carga posible.

Lo que podemos hacer es construir un circuito que proporcione una aproximación suficientemente buena de 5V a una carga cuyo consumo de corriente esté dentro de un rango definido de valores.

La solución más simple sería reducir los valores de las resistencias en nuestro divisor de voltaje, cuanto más pequeñas sean las resistencias, menos sensible es el divisor a la carga. Sin embargo, esto también aumenta la potencia desperdiciada en el divisor de tensión. Así que no es una buena solución.

El siguiente paso es reemplazar la resistencia inferior con un componente no lineal, por ejemplo, un diodo zener con polarización inversa. El voltaje a través de estos componentes varía mucho menos con la corriente que el voltaje a través de una resistencia. Entonces, la corriente a través de la resistencia superior solo necesita ser un poco más grande que la corriente máxima consumida por nuestra carga.

El siguiente paso es usar un "seguidor de emisor" para amortiguar la salida de nuestra combinación de resistencia/zener. Entonces, la corriente extraída de la combinación de resistencia/zener es mucho más pequeña que la corriente entregada a la carga.

Este es esencialmente el diseño del regulador lineal más básico, los reguladores reales pueden tener componentes adicionales pero es probable que tengan los mismos elementos básicos.

Los reguladores de "caída baja" son un subconjunto de reguladores lineales que están diseñados para funcionar incluso cuando los voltajes de entrada y salida son similares. Un diseño de regulador lineal básico necesita al menos un par de voltios de diferencia entre la entrada y la salida, los diseños de caída baja pueden ser mucho más bajos.

La última opción es un convertidor de conmutación. Un elemento de conmutación se enciende y apaga rápidamente y luego se usa un circuito de inductor/condensador para filtrarlo en un voltaje estable. Esto puede ser muy eficiente, pero agrega una complejidad sustancial y consideraciones de ruido.