No [non è un duplicato di " Quando dovrei usare un regolatore di tensione rispetto a un partitore di tensione?"] perché so perché vengono utilizzati in modo diverso e la loro applicazione, volevo conoscere la fisica di perché i resistori all'interno del componente [regolatore di tensione lineare] non brucerebbero rispetto a un partitore di tensione.

OK, penso di vedere la domanda che stai facendo e la risposta è abbastanza semplice:

• Con un partitore di tensione, che comprende solo componenti resistivi (che è tipicamente ciò che le persone intendono quando parlano di divisori di tensione in questa situazione) la corrente per l'intero carico passa attraverso il resistore "superiore". Uno degli effetti di questo (oltre a una cattiva regolazione) è che il resistore deve essere in grado di dissipare tutto il calore causato dal passaggio di quella corrente di carico.

  In questo tipo di circuito, i resistori devono avere valori relativamente bassi, per ridurre l'effetto della corrente di carico sulla tensione di "uscita" del partitore di tensione. Tuttavia, l'utilizzo di valori di resistenza bassi aumenta la corrente complessiva che fluisce attraverso il partitore di tensione verso terra, aumentando così la dissipazione di potenza in tali resistori.

• Utilizzando un IC regolatore di tensione lineare, indipendentemente dal fatto che i suoi resistori di retroazione siano esterni o interni al regolatore di tensione stesso, la corrente di carico non scorre attraverso tali resistori di retroazione. Invece, la corrente di carico passa attraverso quello che viene chiamato un "elemento di passaggio", ad es. un transistor.

Questa differenza significa che i resistori di retroazione per un regolatore di tensione lineare (e sto affrontando solo la tua domanda sopra, sui resistori) dissipano solo una piccola potenza poiché passano solo una piccola corrente, che non è correlata alla corrente richiesto dal carico. Questi resistori di retroazione possono avere un valore comparativamente molto più alto rispetto ai resistori in un "partitore di tensione semplice solo resistore".

Ad esempio, nella pagina 1 di questa scheda tecnica per la vecchia serie Signetics 7800, R19 e R20 sono i resistori di feedback (indicati come 0,25kΩ + 5kΩ) quindi la corrente che li attraversa è appena inferiore a 1mA a 5V di uscita. Il punto è che questa piccola corrente attraverso quei resistori rimane approssimativamente costante (e così fa la loro dissipazione di potenza), indipendentemente dalla corrente di carico.

(C'è anche questa interessante pagina web di Ken Shirriff, dove esegue il reverse engineering di un regolatore 7805. Su quello schema 7805, il divisore del resistore di feedback è etichettato R20 + R21.)

L'elemento pass (es. BJT o FET) in un regolatore di tensione lineare si comporta come un resistore variabile, sotto il controllo di un "amplificatore di errore" (vedi sotto) e dissipa la stessa quantità di potenza come "resistenza superiore" nello scenario del partitore di tensione equivalente.

Le resistenze [all'interno del regolatore di tensione lineare] non brucerebbero a causa della dissipazione di potenza?

No, è l'elemento passante (ad esempio BJT o FET) che può dissipare una potenza significativa (ed è progettato per questo, con il dissipatore aggiunto dal progettista del circuito, ove necessario) - non le resistenze di feedback per il regolatore lineare, che non lo sono t dissipare abbastanza energia da "bruciare".

Quell'elemento passa può essere interno a un IC regolatore di tensione lineare (tipico di questi tempi), o esterno ad esso, o una combinazione di entrambi, a seconda dell'IC del regolatore e delle scelte del progettista del circuito.

Nel caso in cui sia utile vederlo, ecco uno schema a blocchi di un tipo di regolatore di tensione lineare. Il carico è collegato ai terminali V _O :

_{(Fonte immagine: da "Figura 1 diagramma a blocchi LDO" di Regolatori di tensione lineari a bassa caduta, da Modulo di apprendimento attivo ADALM1000 di Analog Devices) sub >}

L'elemento series pass (nello schema sopra, è un MOSFET a canale P) dissipa comunque una potenza relativa alla corrente di carico (P = (V _I - V _{O sub>) · I O approssimativamente). I resistori di retroazione sono chiamati "resistori di campionamento" in quel diagramma. Come ho spiegato, la corrente di carico I O non scorre attraverso quei resistori di campionamento (feedback).}

L '"Error Amplifier" (misura la differenza tra la tensione di riferimento V _R e V _S che è la tensione di uscita tramite il divisore formato da resistenze di campionamento / feedback R ₁ e R ₂ ) varia la resistenza effettiva dell'elemento pass, poiché la tensione di uscita (e quindi V _{S sub >) cambia (mentre la tensione di riferimento V REF e quindi V R , sarebbe stabile in un regolatore ideale).}

Questo spiega quello che penso tu stia cercando nella domanda sopra, sul motivo per cui i resistori in un "partitore di tensione del resistore puro" diventano più caldi dei resistori di feedback in un regolatore di tensione lineare?

Poiché la domanda si è sviluppata dopo che originariamente ho pubblicato questa risposta, è chiaro che è improbabile che un buon approccio al problema intero coinvolga un regolatore di tensione lineare (o un partitore di tensione a resistenza pura). Invece, potrebbe comportare un regolatore di commutazione in modalità buck (ad esempio da 12V a 5V), forse diversi (ad esempio uno per RPi o per più schede RPi).

Ci sono vantaggi & svantaggi dell'utilizzo di uno o più alimentatori da 12V (e regolatori buck aggiuntivi fino a 5V) o dell'utilizzo di uno o più alimentatori da 5V, a seconda di vari fattori (ad es. caduta di tensione sul cablaggio di alimentazione CC). Questo è stato spiegato in un'altra risposta.

Tutti gli input finora sembrano mancare il punto principale.
L'uso di QUALSIASI mezzo lineare per ridurre la tensione alla stessa corrente farà sprecare la differenza di potenza tra alimentazione in ingresso e uscita.

Questa mia risposta SE EE del 2011 spiega cosa succede quando viene utilizzato un regolatore lineare - e mostra perché non vuoi usarne uno qui - tranne forse per far cadere una piccola frazione di volt a un ingresso Pi se viene utilizzato un bus locale leggermente superiore a 5V.

Qui per divisore OR regolatore lineare, Iin = Iout (a parte una piccola quantità utilizzata nel controllo del regolatore).

Pin = Vin x Iin
Pout = Vout x Iout
Potenza persa nel regolatore lineare o nel divisore = (Vin-Vout) x Iin

Qui:

Ingresso 12V, 20A
Uscita 5 V 20 A
Pin = 12 x 20 = 240 Watt
Pout =% v x 20A = 100 Watt
Potenza dissipata (sprecata) 240 - 100 = 140 Watt
Efficienza = Pout / Pin = 100/240 = 42%
Perdita di potenza (in realtà energia) = 58%

Hai bisogno di uno dei seguenti:

Un regolatore attivo (alimentatore switching) che converte in modo efficiente i 12V in 5V

o

Un sistema di alimentazione che ti fornisce ciò di cui hai bisogno (~ = 5 V) direttamente

Si può dire di più, ma abbiamo bisogno di un tuo feedback.

Importante: un regolatore lineare è "solo" un partitore di tensione con un certo grado di intelligenza.

PERARE CORRETTAMENTE A 'PI:

Un Pi ["Raspberrby Pi"] è progettato per essere alimentato da un alimentatore a 5V e, a differenza della maggior parte delle altre piccole schede microcontrollore, non ha un regolatore integrato.
Il modo "corretto" per fornire alimentazione è fornire un'alimentazione a 5V di buona qualità con una capacità di corrente adeguata al pin di ingresso da 5V.

Schemi circuitali:

• Schema del circuito Rasperry Pi 4 Model B

• Schema del circuito Rasperry Pi 3 Model B

• Schema del circuito Rasperry Pi 2 Modello B

• Tutte le versioni

Il modello 2 (e forse anche il precedente) ha un circuito di alimentazione in ingresso più interessante ma valgono le stesse osservazioni.

Alcune fonti suggeriscono una tensione di 5,1 V per consentire cadute interne sotto carichi pesanti. Sebbene questo probabilmente non causerà grandi problemi, sta già superando teoricamente le specifiche in quanto vi è un soppressore di tensione a 5V integrato (di solito SMNJ-5.0A) che ha una "tensione di stallo" di 5.0V. Questo è progettato per garantire che le tensioni di ingresso dell'alimentatore superiori a 5 V "abbiano le ali tagliate". A 5,1 V sta (di nuovo, teoricamente ")" inizia a interessare ", ma probabilmente non in modo eccessivo.

Se i Pis sono in gruppi con piccole distanze tra loro, allora può essere accettabile fornire 5 V (o 5,1 V) da un alimentatore adatto su brevi distanze utilizzando cavi adeguatamente pesanti.

Se i cluster o i singoli Pis sono separati a distanza in modo tale che nel caso peggiore si verifichino cadute di tensione superiori a 0,1 V ai pin di ingresso di alimentazione, una soluzione molto migliore è reticolare una tensione più alta a 5 V sui regolatori di commutazione situati immediatamente adiacenti a singoli Pis o forse piccoli gruppi.

Una volta utilizzata la reticolazione più i regolatori di commutazione, Vin può essere ciò che è più adatto. L'uso, ad esempio, di 12V riduce le perdite di potenza nei cavi di distribuzione di un fattore 5+ per lo stesso cavo. L'uso di 20C riduce l'energia persa di un fattore di circa (20/5) ^ 2 = 25 volte per cavi della stessa dimensione o consente cavi di diametro inferiore.

I piccoli moduli di regolazione della commutazione sono disponibili a basso costo, ad esempio su ebay o da Aliexpress o .... Come sempre, attenzione dell'acquirente. Controlla le specifiche. Controlla la funzionalità. Considera un fusibile di ingresso (e spera o progetta cose in modo che il soppressore di sovratensioni faccia saltare il fusibile se un'uscita di alimentazione si guasta.
Si noti che mentre ad esempio il modello Pi 3 ha un ingresso "fusibile ripristinabile PTC" (tipicamente MF-MSMF250 / X) in serie con l'ingresso, è stato (maliziosamente) omesso dal modello 4 e forse altre versioni - vedere gli schemi circuitali.

La differenza tra un regolatore di tensione e un divisore essenzialmente è che il regolatore fa quello che dice ..... regola la tensione. Per la maggior parte dei regolatori lineari, troverai che lo schema interno ha un "amplificatore di errore" che è il modo in cui rimane nella regolazione.

Ecco uno schema molto semplificato del regolatore lineare:

Le resistenze Rf1 e Rf2 sono chiamate "resistenze di feedback". Funziona proprio come un partitore di tensione. Questi possono essere interni per un regolatore a uscita fissa o possono essere componenti esterni per un regolatore regolabile. Il Vref è quasi sempre interno e il valore di questo sarà nella scheda tecnica dei regolatori. L'amplificatore regolerà la corrente di base del pass transistor, in modo che la tensione di uscita sia inferiore all'ingresso. È qui che le resistenze di feedback sono importanti. L'amplificatore continuerà a modificare la corrente di base del pass transistor, fino a quando l '"uscita" del divisore di feedback (Vfb) è uguale a Vref. In questo modo, se si verifica una variazione del carico e la tensione di uscita ne risente, anche Vfb verrà modificato. L'amplificatore regolerà quindi la corrente di base del pass transistor, regolando la tensione di uscita fino a Vfb = Vref. Pertanto, è autoregolante.

La maggior parte delle schede tecniche avrà valori di resistenza consigliati per almeno uno dei resistori di feedback. Di solito vengono scelti in modo che la corrente che li attraversa sia piccola, il che significa una minore dissipazione del calore. Per le versioni a uscita fissa, la resistenza interna sarà di nuovo elevata, riducendo al minimo la corrente in modo che non dissipino troppo calore. L'uso del pass transistor significa anche che la corrente di carico non fluirà attraverso i resistori.

Un regolatore mantiene la sua tensione di uscita per una gamma più ampia di assorbimenti di corrente.

Mentre un partitore di tensione è (spesso) costruito partendo dal presupposto che l'assorbimento di corrente è 0. E non appena l'assorbimento di corrente cambia, cambia anche la tensione di uscita.

I regolatori di tensione lineari utilizzano un transistor nella regione lineare per fornire la resistenza.Questo infatti si surriscalda e devi assicurarti che rimanga abbastanza fresco.

Se si desidera fornire un carico a 5 V ad alta potenza da una sorgente a 12 V, è necessario utilizzare un regolatore a commutazione o un regolatore buck.Questi sprecheranno meno energia nella conversione.

Il problema con l'utilizzo di divisori di tensione per qualsiasi carico moderato o variabile è che la tensione sul carico cambierà a causa del carico resistivo.

Considera questo circuito:

^{simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab}

Questo è un esempio grossolano, ma ti dà un'idea del problema.

Scegliamo arbitrariamente Vin = 6.6V con un obiettivo di 3.3V al carico; che rimarrà vero (approssimativamente) per carichi superiori a circa 1k (quindi < = 3,3 mA) (la tensione di carico scenderà effettivamente a 3,14 V con un carico di 1k) - questo è dovuto al fatto che il partitore di tensione non è abbastanza rigido.

Per mantenere la tensione entro il 10%, il resistore divisore inferiore non deve essere maggiore di 1/10 della resistenza di carico effettiva.

Per un carico di 1 A da 3,3 V, la resistenza di carico effettiva è 3,3 \ $ \ Omega \ $ quindi le resistenze del divisore devono essere molto inferiori a questa (0,33 \ $ \ Omega \ $ ).

Questo è solo il primo problema; anche il resistore superiore deve essere sufficientemente basso da consentire il passaggio di tale quantità di corrente.

Poi abbiamo i transitori di carico: un carico che varia tra 100 mA e 2 A avrà significativi transitori della linea di alimentazione che sarebbe difficile da filtrare in modo efficace.

I divisori di tensione sono utilizzati per tensioni di riferimento con correnti di carico molto piccole ma all'aumentare delle correnti di carico, l'effetto divisore (corrente) del carico con il divisore stesso porta ad errori nella tensione di riferimento effettiva .

Quindi il problema più grande non è necessariamente il calore nel divisore, ma l'imprecisione (che può essere molto grande) della tensione di uscita effettiva con qualsiasi carico variabile.

Tieni presente che questo problema è ancora alquanto problematico anche quando si utilizza uno zener come semplice regolatore.

Il motivo per cui lo chiedo è cercare di trovare il modo migliore per fornire in modo efficiente e sicuro 5 V a 1-2 A a tutti gli 80 Pi

Il modo migliore è utilizzare un regolatore di commutazione!Sia il regolatore lineare che il divisore dissiperanno 7W-14W (1A-2A), il che non è efficiente.