Понизить напряжение резистором: Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт (резистор, микросхема) ?

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт (резистор, микросхема) ?

 В этой статье расскажу о весьма банальных вещах, что не менялись уже не одно десятилетие, да они вообще не менялись. Другое дело, что с тех пор как был изучен принцип снижения напряжения в замкнутой цепи за счет сопротивления, появились и другие принципы питания нагрузки, за счет ШИМ, но тема это отдельная, хотя и заслуживающая внимания. Поэтому продолжу все-таки по порядку логического русла, когда расскажу о законе Ома, потом о его применении для различных радиоэлементов участвующих в понижении напряжения, а после уже можно упомянуть и о ШИМ.

Закон Ома при понижении напряжения

 Собственно был такой дядька Георг Ом, который изучал протекание тока в цепи. Производил измерения, делал определенные выводы и заключения. Итогами его работы стала формула Ома, как говорят закон Ома. Закон описывает зависимость падения напряжения, тока от сопротивления.
Сам закон весьма понятен и схож с представлением таких физических событий как протекание жидкости по трубопроводу. Где жидкость, а вернее ее расход это ток, а ее давление это напряжение. Ну и само собой любые изменения сечения или препятствия в трубе для потока, это будет сопротивлением. Итого получается, что сопротивление «душит» давление, когда из трубы под давлением, могут просто капать капли, и тут же падает и расход. Давление и расход величины весьма зависящие друг от друга, как ток и напряжение. В общем если все записать формулой, то получается так:

R=U/I; То есть давление (U) прямо пропорционально сопротивлению в трубе (R), но если расход (I) будет большой, то значит сопротивления как такового нет… И увеличенный расход должен показывать на пониженное сопротивление.

 Весьма туманно, но объективно! Осталось сказать, что закон то этот впрочем, был получен эмпирическим путем, то есть окончательные факторы его изменения весьма не определены.
Теперь вооружившись теоретическими знаниями, продолжим наш путь в познании того, как же снизить нам напряжение.

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью резистора

 Самое простое это взять и использовать нестабилизированную схему. То есть когда напряжение просто понизим за счет сопротивления и все. Рассказывать о таком принципе особо нечего, просто считаем по формуле выше и все. Приведу пример. Скажем снижаем с 12 вольт до 5.

R=U/I. С напряжением понятно, однако смотрите, у нас недостаточно данных! Ничего не известно о «расходе», о токе потребления. То есть если вы решите посчитать сопротивление для понижения напряжения, то обязательно надо знать, сколько же «хочет кушать» наша нагрузка.

Эту величину вам необходимо будет посмотреть на приборе, который вы собираетесь питать или в инструкции к нему. Примем условно ток потребления 50 мА=0,05 А. Осталось также еще заметить, что по этой формуле мы подберем сопротивление, которое будет полностью гасить напряжение, а нам надо оставить 5 вольт, то 12-5=7 вольт подставляем в формулу.
R= 7/0,05=140 Ом нужно сопротивление, чтобы после из 12 вольт получить 5, с током на нагрузке в 50 мА.
 Осталось упомянуть о не менее важном! О том, что любое гашение энергии, а в данном случае напряжение, связано с рассеиваемой мощностью, то есть наш резистор должен будет «выдержать» то тепло, которое будет рассеивать. Мощность резистора считается по формуле.
P=U*I. Получаем. P=7*0,05=0,35 Вт должна быть мощность резистора. Не менее. Вот теперь курс расчет для резистора можно считать завершенным.

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью микросхемы

 Ничего принципиально не меняется и в этом случае. Если сравнивать этот вариант понижения через микросхему, с вариантом использующим резистор. По факту здесь все один в один, разве что добавляются полезные «интеллектуальные» особенности подстройки внутреннего сопротивления микросхемы исходя из тока потребления. То есть, как мы поняли из абзаца выше, в зависимости от тока потребления, расчетное сопротивление должно «плавать». Именно это и происходит в микросхеме, когда сопротивление подстраивается под нагрузку таким образом, что на выходе микросхемы всегда одно и тоже напряжение питания! Ну и плюсом идут такие «полезные плюшки» как защита от перегрева и короткого замыкания. Что касательно микросхем, так называемых стабилизаторов напряжения на 5 вольт, то это могут быть: LM7805, КРЕН142ЕН5А. Подключение тоже весьма простое.

Само собой для эффективной работы микросхемы ставим ее на радиатор. Ток стабилизации ограничен 1,5 -2 А.
Вот такие вот принципы понижения напряжения с 12 на 5 вольт. Теперь один раз их поняв, вы сможете легко рассчитать какое сопротивление надо поставить или как подобрать микросхему, чтобы получить любое другое более низкое напряжение.
Осталось сказать пару слов о ШИМ.

 Широко импульсная модуляция весьма перспективный и самое главное высокоэффективный метод питания нагрузки, но опять же со своими подводными камнями. Вся суть ШИМ сводится к тому, чтобы выдавать импульсами такое напряжение питание, которое суммарно с моментами отсутствия напряжения будет давать мощность и среднее напряжение достаточное для работы нагрузки. И здесь могут быть проблемы, если подключить источник питания от одного устройства к другому. Ну, самые простые проблемы это отсутствие тех характеристик, которые заявлены. Возможны помехи, неустойчивая работа. В худшем случае ШИМ источник питания может и вовсе сжечь прибор, под которые не предназначен изначально!

Как понизить напряжение переменного и постоянного тока?

За счет наличия большого количества международных стандартов и технических решений питание электронных устройств может осуществляться от различных номиналов. Но, далеко не все они присутствуют в свободном доступе, поэтому для получения нужной разности потенциалов придется использовать преобразователь. Такие устройства можно найти как в свободной продаже, так и собрать самостоятельно из радиодеталей.

В связи с наличием двух родов электрического тока: постоянного и переменного, вопрос,  как понизить напряжение, следует рассматривать в  ключе каждого из них отдельно.

Понижение напряжения постоянного тока

В практике питания бытовых приборов существует масса примеров работы электрических устройств от постоянного тока. Но номинал рабочего напряжения может существенно отличаться, к примеру, если из 36 В вам нужно получить 12 В, или в ситуациях, когда от USB разъема персонального компьютера нужно запитать прибор от 3 В вместо имеющихся 5 вольт.

Для снижения такого уровня от блока питания или другого источника почти вполовину можно использовать как простые методы – включение в цепь дополнительного сопротивления, так и более эффективные – заменить стабилизатор напряжения в ветке обратной связи.

Рис. 1. Замена резистора или стабилитрона

На рисунке выше приведен пример схемы блока питания, в котором вы можете понизить вольтаж путем изменения параметров резистора и стабилитрона. Этот узел на рисунке обведен красным кругом, но в других моделях место установки, как и способ подсоединения, может отличаться. На некоторых схемах, чтобы понизить напряжение вы сможете воспользоваться лишь одним стабилитроном.

Если у вас нет возможности подключаться к блоку питания – можно обойтись и менее изящными методами. К примеру, вы можете понизить напряжение за счет включения в цепь резистора или подобрать диоды, второй вариант является более практичным для цепей постоянного тока. Этот принцип основан на падении напряжения за счет внутреннего сопротивления элементов. В зависимости от соотношения проводимости рабочей нагрузки и полупроводникового элемента может понадобиться около 3 – 4 диодов.

Рис. 2. Понижение постоянного напряжения диодами

На рисунке выше показана принципиальная схема понижения напряжения при помощи диодов. Для этого они включаются в цепь последовательно по отношению к нагрузке. При этом выходное напряжение окажется ниже входного ровно на такую величину, которая будет падать на каждом диоде в цепи.  Это довольно простой и доступный способ, позволяющий понизить напряжение, но его основной недостаток – расход мощности для каждого диода, что приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить  вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

• С выводом от средней точки – могут выдавать разность потенциалов как 220В, так и в два раза меньшее – 127В или 110В. От него вы сможете взять установленный номинал на те же 110В со средней точки. Это заводские изделия, которые массово устанавливались в старых советских телевизорах и других приборах. Но у этой схемы преобразователя имеется существенный недостаток – если нарушить целостность обмотки ниже среднего вывода, то на выходе трансформатора получится номинал значительно большей величины.

Рис. 3. Понижение трансформатором с отводом от средней точки

• Автотрансформатором – это универсальная электрическая машина, которая способна не только понизить вольтаж, но и повысить его до нужного вам уровня. Для этого достаточно перевести ручку в нужное положение и проследить полученные показания на вольтметре.

Рис. 4. Использование автотрансформатора

• Понижающим трансформатором с преобразованием 220В на нужный вам номинал или с любого другого напряжения переменной частоты. Реализовать этот метод можно как уже готовыми моделями трансформаторов, так и самодельными. За счет наличия большого количества инструментов и приспособлений, сегодня каждый может собрать трансформатор с заданными параметрами в домашних условиях. Более детально об этом вы можете узнать из соответствующей статьи: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

• Мощность – трансформатор должен не только соответствовать, подключаемой к нему нагрузке, но и превосходить ее, хотя бы на 10 – 20%. В противном случае максимальный ток приведет к перегреву обмоток трансформатора и дальнейшему выходу со строя.
• Номинал напряжения – выбирается и для первичной, и для вторичной цепи. Оба параметра одинаково важны, так как, выбрав модель с входным напряжением на 200 или 190В, на выходе вы при питании от 220В получится пропорционально большая величина.
• Защита от поражения электротоком – все обмотки и выводы от них должны обязательно иметь достаточную изоляцию и защиту от прикосновения.
• Класс пыле- влагозащищенности – определяет устойчивость оборудования к воздействию окружающих факторов. В современных приборах обозначается индексом IP.

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается  делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

• величины напряжения;
• сопротивления нагрузки;
• мощности источника.

Если  вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

R = U_c/I — R_н ,

где

• R – сопротивление резистора;
• R_Н – сопротивление прибора нагрузки;
• I – ток, который должен обеспечиваться в номинальном режиме прибора;
•  U_C – напряжение в сети.

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.

Видео по теме

Как уменьшить постоянное напряжение с помощью резисторов?

спросил 9 лет, 8 месяцев назад

Изменено 27 дней назад

Просмотрено 459 тысяч раз

\$\начало группы\$

Как можно использовать источник питания 12 В постоянного тока для питания чего-либо, для чего требуется 4,5 В постоянного тока с использованием резисторов? Есть ли способ определить, насколько добавление резистора понизит напряжение?

• напряжение
• сопротивление

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Короткий ответ: «Не делай этого».

Напряжение, падающее на резисторе, определяется законом Ома: V = I R.

Таким образом, если вы точно знаете, какой ток будет потреблять ваше устройство, вы можете выбрать резистор, который падает точно на 7,5 В, и оставить 4,5 В для ваше устройство, когда этот ток проходит через него. Но если ток, протекающий через ваше устройство, меняется или если вы хотите создать более одной системы, и не все устройства одинаково потребляют ток, вы не сможете постоянно получать 4,5 В на устройстве, используя только резистор.

Другие варианты:

• Линейный регулятор. По сути, это переменный резистор, который регулирует свое значение, чтобы поддерживать выходной сигнал там, где вы хотите. Это, вероятно, хорошее решение только в том случае, если ваше устройство потребляет очень мало энергии (возможно, до 100 мА).

• Шунтовой регулятор. Это означает использование резистора для снижения напряжения, как вы предлагаете, но затем добавление дополнительного устройства параллельно с нагрузкой для управления напряжением. Шунтовой регулятор будет регулировать свой ток (в определенных пределах), чтобы ток через резистор оставался правильным для поддержания желаемого выходного напряжения.

• Импульсный регулятор. Здесь используются некоторые приемы для создания желаемого выходного напряжения с гораздо большей энергоэффективностью, чем у линейного стабилизатора. Это, вероятно, лучший выбор, если вашему устройству требуется ток более 10 или 20 мА.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Если эти условия соблюдены, вы можете уменьшить напряжение постоянного тока с помощью (мощных алюминиевых) резисторов [>

50 Вт]

• Аккумулятора достаточно, чтобы обеспечить как минимум 20-кратный (или даже более) ток для вашей нагрузки.
• Потеря питания не является проблемой.
• (Перегрев) Нагрев не является проблемой или наличие хорошего механизма охлаждения для резисторов.
• Даже самое низкое сопротивление вашей нагрузки намного (в 20 и более раз) выше, чем сопротивление алюминия.

Примечание: 20x — это только искусственное число, фактическое число зависит от того, насколько % изменения напряжения может выдержать ваша нагрузка.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Можно использовать два резистора, как объяснил @efox29, единственная проблема с этой конфигурацией — это ток, проходящий через нагрузку, подключение нагрузки изменит выходное напряжение, потому что через нагрузку будет протекать некоторый ток.

Самим простым решением является повторитель напряжения , подключенный к выходу двух резисторов, это обеспечит высокое входное сопротивление и, следовательно:

1. выходное напряжение будет постоянным 4,5 В

2. операционный усилитель, используемый в качестве повторителя напряжения, попытается обеспечить как можно больше ток в зависимости от нагрузки.

Вот картинка того о чем я говорю:

Подключите выход между двумя резисторами к Vin в этой конфигурации и тогда на выходе должно быть постоянное значение и операционный усилитель обеспечит нагрузку требуемым током .

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Посмотрите на схему electro103 выше. Вам нужно знать четыре числа: максимальный ток, который может потреблять ваше устройство, минимальный ток, который оно будет потреблять, максимальное напряжение, которое оно может выдержать, не превращаясь в вонючее облако, и минимальное напряжение, необходимое для его работы. Без этих четырех чисел невозможно разработать резистивный делитель напряжения.

Обратите внимание, что такое расположение очень неэффективно и может привести к сильному нагреву гасящих резисторов.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Просто возьмите 7805 с рынка и соедините контакт № 1 с плюсом и соедините контакт 2 с минусом, возьмите выход с плюса с контакта № 3 и минус с контакта № 2 и держите выходной провод на расстоянии 1,5 метра от выходной клеммы питания до нагрузка.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Если ваша нагрузка представляет собой фиксированный ток (скажем, светодиод на 20 мА), то вы должны рассчитать «подавляющий» резистор следующим образом:

• R = E*I = (12-4,5 В) * 20 мА = 375 Ом

Если ваша нагрузка не является фиксированной , вам необходимо использовать какой-либо регулятор напряжения.

• Для небольшой нагрузки (менее 500 мА) подойдет линейный регулятор (например, LM317)
• Для большей нагрузки (500 мА и более) лучше использовать DC-DC

Хактатическая идея:

• Сходите в магазин и купите автомобильное USB-зарядное устройство (выход 5 В) и дешевый USB-кабель. (Если вы хотите, чтобы к этому прилагались Funyuns или 12 упаковок Steel Reserve, я не осуждаю.)
• Взломать конец USB-кабеля: GND будет черным, а +5V красным.
• Добавьте последовательно кремниевый диод (подойдет 1N4001) с красным проводом, чтобы получить падение напряжения 0,6 В.

Это около 4,4 В или около того при 1 А с эффективностью около 70-90%.

\$\конечная группа\$

Уменьшение напряжения с помощью резисторов — Stack Exchange

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

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

Работает, НО работает только при одном значении тока нагрузки и расходует большую часть подаваемой мощности. Если значение нагрузки изменится, изменится и напряжение, так как нет регулирования. Однако он переживет короткое замыкание на выходе и защитит источник 12В от короткого замыкания.

• Цепь 2 представляет собой последовательный стабилитрон (или вы можете использовать ряд обычных диодов последовательно, чтобы компенсировать падение напряжения, скажем, 12 кремниевых диодов)

Работает, НО большую часть мощности рассеивает стабилитрон. Не очень эффективно! С другой стороны, это дает некоторую степень регулирования при изменении нагрузки. Однако, если вы замкнете выход, волшебный синий дым вырвется из стабилитрона… Такое короткое замыкание также может 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 полевого МОП-транзистора в качестве истокового повторителя.

Работает, НО большая часть мощности должна рассеиваться транзистором, а он не защищен от короткого замыкания. Как и в схеме 2, вы можете повредить источник 12 В. С другой стороны, улучшится регулирование (за счет усиливающего ток эффекта транзистора). Диод Зенера больше не должен воспринимать полный ток нагрузки, поэтому можно использовать гораздо более дешевый / меньший / меньший по мощности стабилитрон или другое устройство опорного напряжения. Эта схема на самом деле менее эффективна, чем схемы 1 и 2, потому что для стабилитрона и связанного с ним резистора требуется дополнительный ток.

• Контур 4 представляет собой регулятор с тремя клеммами (ВХОД-ВЫХОД-ВЫХОД). Это может быть отдельная микросхема (например, 7805) или дискретная схема, состоящая из операционных усилителей/транзисторов и т. д.

Работает, НО устройство (или схема) должно рассеивать больше мощности, чем подается на нагрузку. Это еще более неэффективно, чем схемы 1 и 2, потому что дополнительная электроника потребляет дополнительный ток. С другой стороны, он выдержит короткое замыкание, что является улучшением для цепей 2 и 3.