Zwei Möglichkeiten, ein 12-Volt-System auf 4 Volt zu reduzieren, sind Spannungsteiler oder Zener-Dioden.
Spannungsteiler bestehen aus in Reihe geschalteten Widerständen. Die Eingangsspannung wird in einen Ausgang aufgeteilt, der vom Wert der verwendeten Widerstände abhängt. Sie gehorchen dem Ohmschen Gesetz, bei dem die Spannung proportional zum Strom mit dem Widerstand als Proportionalitätskonstante ist.
Zener-Dioden sind Dioden, die wie Gleichstromquellen funktionieren, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt oder in Schaltungen rückwärts angeordnet sind. Sie müssen mit einem Strombegrenzungswiderstand verwendet werden, um die Leistungsanforderungen des Herstellers einzuhalten.
Studieren Sie das Ohmsche Gesetz für Widerstände in Reihe. Sie werden als Spannungsteiler verwendet. Die Gleichung für einen sehr einfachen mit zwei Widerständen lautet Vout = Vin * (R2/(R1 + R2)), wobei die gewünschte Ausgangsspannung über R2 gemessen wird.
Konstruieren Sie einen Spannungsteiler, der 4 Volt liefert. Befestigen Sie die positive Seite der 12-Volt-Quelle an einer Seite des 660-Ohm-Widerstands, der R1 ist. Verbinden Sie sein freies Ende mit einer Seite des 330-Ohm-Widerstands, der R2 ist. Verdrahten Sie die verbleibende Klemme von R2 mit der negativen Seite der Stromversorgung.
Stellen Sie das Multimeter auf eine Gleichspannungseinstellung. Messen Sie die Ausgangsspannung an R2. Alternativ können Sie den Ausgang zwischen den beiden Widerständen messen, indem Sie einen Draht anbringen und eine Sonde darauf und die andere auf einen geerdeten Draht legen. Der Ausgang sollte ungefähr 4 Volt betragen.
Sehen Sie sich die Spezifikationen sowie Widerstands- und Leistungsformeln für die 1N4731A-Diode an. Es gibt stabile 4,3 Volt aus und hat eine Nennleistung von 1 Watt. Es hat auch einen maximalen Izm-Strom von 1 W / 4,3 V = 233 mA. Der maximale Zener-Strom bei Verwendung des 330-Ohm-Widerstands beträgt (Vin – Vout)/R = 12 V – 4,3 V/330 Ohm = 23 mA. Dies liegt innerhalb von Izm und auch innerhalb der Nennleistung der Diode, da P = IV = 23 mA*4,3 V = 100 mW.
Konstruieren Sie eine Schaltung mit der Zener-Diode und dem 330-Ohm-Widerstand in Reihe. Befestigen Sie die positive Seite der 12-Volt-Stromquelle an einer Seite des Widerstands. Verdrahten Sie das andere Ende des Widerstands mit der in Sperrrichtung vorgespannten Seite der Zener-Diode, die durch eine Markierung gekennzeichnet ist. Verbinden Sie den verbleibenden Diodenanschluss mit der negativen Seite der 12-Volt-Quelle.
Verweise
- Elektronische Prinzipien; Albert Malvino; 1999
- Erste Schritte in der Elektronik; Forrest Mims III; 2000
- Die Kunst der Elektronik; Paul Horowitz und Winfield Hill; 1997
Tipps
- Die Zener-Diode kann mit einer Op-Amp-Emitter-Follower-Schaltung gepaart werden, wenn ein höherer Ausgangsstrom benötigt wird.
- Diese Berechnungen berücksichtigen nicht den Zener-Widerstand, der für Präzisionsmessungen wichtig ist.
Warnungen
- Der Zener muss in Sperrrichtung vorgespannt sein, sonst verhält er sich wie eine normale Siliziumdiode.
- Halbleiter sind empfindliche Bauelemente. Achten Sie darauf, die vom Hersteller angegebenen Leistungs-, Strom- und Temperaturwerte nicht zu überschreiten.
- Seien Sie immer vorsichtig, wenn Sie Stromkreise bauen, um zu vermeiden, dass Sie sich verbrennen oder Ihre Ausrüstung beschädigen.
Über den Autor
Kim Lewis ist ein professioneller Programmierer und Webentwickler. Sie ist seit mehr als 10 Jahren Technische Redakteurin und hat Artikel für Unternehmen und die Bundesregierung geschrieben. Lewis hat einen Bachelor of Science und gibt gelegentlich Kurse zum Programmieren für das Internet.
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