Цепь насоса положительного и отрицательного заряда

В предыдущей статье я показал вам, как вы можете создать свою собственную схему преобразователя напряжения на переключаемых конденсаторах, используя классическую стандартную микросхему LMC7660. Но часто возникают ситуации, когда у вас нет в наличии конкретной ИС или стоимость дополнительной ИС нарушает гармонию вашей спецификации. И здесь на помощь приходит наша любимая микросхема таймера 555. Вот почему, чтобы уменьшить боль при поиске конкретной микросхемы для конкретного приложения, а также снизить стоимость спецификации; мы собираемся использовать наши любимые таймеры 555 для создания, демонстрации и тестирования схемы накачки положительного и отрицательного заряда с помощью микросхемы таймера 555.

Что такое цепь нагнетательного насоса?

Зарядный насос - это тип схемы, которая состоит из диодов и конденсаторов путем конфигурирования диодов и конденсаторов в определенной конфигурации, чтобы получить выходное напряжение выше входного или ниже входного. Под более низким я подразумеваю отрицательное напряжение по отношению к земле. Кроме того, как и все схемы, эта схема имеет некоторые преимущества и недостатки, о которых мы поговорим позже в этой статье.

Чтобы узнать, как схема работает, мы должны смотреть в схему обоих, то подзарядка насос и инвертер нагнетательный насос контура первой.

Цепь подкачивающего насоса

Чтобы лучше понять схему, предположим, что мы используем идеальные диоды и конденсаторы для построения схемы, показанной на рисунке 1. Кроме того, мы предполагаем, что схема достигла установившегося состояния и конденсаторы полностью заряжены. Кроме того, у нас нет нагрузки, подключенной к этой цепи, с учетом этих условий, принцип работы описан ниже.

С помощью рисунков 1 и 2 мы собираемся объяснить, как работает схема накачки заряда.

Теперь предположим, что мы подключили сигнал ШИМ от генератора сигналов, и сигнал колеблется в пределах 0-5 В.

Когда входной сигнал ШИМ в точке 0 находится в состоянии 0 В, напряжение в точке 1 равно + 5 В или VCC. Вот почему конденсатор зарядился до + 5В или VCC. И в следующем цикле, когда сигнал ШИМ переключается с 0 В на 5 В, напряжение в точке 1 теперь равно + 10 В. Если вы посмотрите на рисунки 1 и 2, вы увидите, почему напряжение удвоилось.

Он удвоился, потому что опорный сигнал на выводе конденсатора был просеян, и поскольку ток не может течь в обратном направлении через диод из-за действия диода, поэтому в точке 1 мы получаем сдвинутую прямоугольную волну, которая выше напряжения смещения или входного напряжения.. Теперь вы можете понять эффект на Рисунке 2, место 1 сигнала.

После этого сигнал подается на классическую схему однодиодного выпрямителя для сглаживания прямоугольной волны и получения на выходе напряжения +10 В постоянного тока.

На следующем этапе в ячейке 2 напряжение равно +10 В, вы можете убедиться в этом по рисунку 1. Теперь, в следующем цикле, снова происходит то же явление, мы получаем выход +15 В в точке 4 после того, как окончательное исправление выполнено с помощью диод и конденсаторы.

Так работает схема наддува нагнетательного насоса .

Далее мы увидим, как работает инвертор подкачки заряда или отрицательный заряд.

Инвертор нагнетательного насоса

Насос заряда отрицательным напряжением немного сложно объяснить, но, пожалуйста, оставайтесь со мной, и я объясню, как он работает.

В первом цикле в точке-0 на рисунке 3 входной сигнал равен 0 В, и ничего не происходит, но как только сигнал PWM достигает 5 В в точке-0, конденсаторы начинают заряжаться через диод D1, и вскоре он иметь 5В в точке-1. И теперь у нас есть диод, который находится в состоянии прямого смещения, поэтому напряжение почти мгновенно станет 0 В в точке-1. Теперь, когда входной сигнал PWM снова становится низким, напряжение в точке-1 равно 0 В. В этот момент сигнал PWM вычитает значение, и мы получим -5V в точке 1.

И теперь классический однодиодный выпрямитель выполняет свою работу и преобразует импульсный сигнал в плавный сигнал постоянного тока и сохраняет напряжение на конденсаторе C2.

На следующем этапе цепи, который является местоположением-3 и местоположением-4, то же самое явление произойдет одновременно, и мы получим устойчивый -10 В постоянного тока на выходе цепи.

Вот как на самом деле работает схема насоса отрицательного заряда.

Запись! Обратите внимание, что я не упомянул точку 2 на этом этапе, потому что, как вы можете видеть из схемы в точке 2, напряжение будет -5 В.

Необходимые компоненты

• NE555 Таймер IC - 2
• ИС регулятора напряжения LM7805 - 1
• Конденсатор 0,1 мкФ - 4
• Конденсатор 0,01 мкФ - 2
• Конденсатор 4,7 мкФ - 8
• 1N5819 Диод Шоттки - 8
• Резистор 680 Ом - 2 шт.
• Резистор 330 Ом - 2 шт.
• Блок питания 12 В постоянного тока - 1
• Стандартный одножильный провод - 18
• Общая макетная плата - 1

Схематическая диаграмма

Схема для бустера нагнетательного насоса:

Схема для инвертора нагнетательного насоса:

Для демонстрации схема построена на беспаечной макетной плате с помощью принципиальной схемы. Все компоненты расположены как можно ближе и аккуратнее, чтобы уменьшить нежелательный шум и рябь.

Расчеты

Необходимо рассчитать частоту ШИМ и рабочий цикл микросхемы таймера 555, поэтому я пошел дальше и рассчитал частоту и рабочий цикл таймеров 555 с помощью этого инструмента калькулятора нестабильной схемы таймера 555.

Для практической схемы я использовал довольно высокую частоту 10 кГц, чтобы уменьшить пульсации в цепи. Ниже показан расчет

Испытательная установка для контура положительного и отрицательного нагнетательного насоса

Для тестирования схемы используются следующие инструменты и настройки:

1. Импульсный источник питания 12 В (SMPS)
2. Meco 108B + мультиметр
3. Meco 450B + мультиметр
4. Осциллограф Hantech 600BE USB для ПК

Для построения схемы использовались резисторы с металлической пленкой 1%, допуск конденсаторов не учитывался. Во время тестирования комнатная температура составляла 30 градусов Цельсия.

Здесь входное напряжение 5В, я подключил свой источник питания 12В к регулятору напряжения 5В 7805. Таким образом, вся система питается от + 5В постоянного тока.

На изображении выше показано, что частота микросхемы таймера 555 составляет 8 кГц, это связано с допусками резисторов и конденсаторов.

Из двух изображений выше вы можете рассчитать рабочий цикл схемы, который составил 63%. Я измерил его заранее, поэтому больше не буду рассчитывать.

Далее на изображении выше, можно видеть, что выходное напряжение упало совсем немного для оба удвоителя напряжения и напряжения инвертора цепи, как я подключен нагрузка 9.1K.

Ток, протекающий через резистор 9,1 кОм, можно легко рассчитать по закону Ома, который для цепи удвоителя напряжения и цепи инвертора напряжения оказался 1,21 мА , оказалось 0,64 мА.

Теперь просто для удовольствия, давайте посмотрим, что произойдет, если мы подключим резистор 1K в качестве нагрузки. И вы можете увидеть схему удвоителя напряжения, которая не может использоваться для питания чего-либо.

А пульсация на выходе феноменальная. И это, безусловно, испортит вам день, если вы попытаетесь запитать что-нибудь с помощью такого источника питания.

Для пояснения вот несколько снимков схемы крупным планом.

Дальнейшее улучшение

1. Схема может быть дополнительно модифицирована для удовлетворения конкретных потребностей конкретного приложения.
2. Для получения лучших результатов схему можно встроить в перфокарту или печатную плату.
3. Можно добавить потенциометр для дальнейшего улучшения выходной частоты цепей 555.
4. Пульсации можно уменьшить, используя конденсатор более высокой емкости или просто используя более высокочастотный ШИМ-сигнал.
5. К выходу схемы можно добавить LDO, чтобы получить относительно постоянное выходное напряжение.

Приложения

Эта схема может использоваться для множества различных приложений, например:

1. Вы можете управлять операционным усилителем с помощью этой схемы
2. ЖК-дисплей также может управляться с помощью этой схемы.
3. С помощью схемы инвертора напряжения операционные усилители с двойной полярностью питания.
4. Вы также можете управлять схемами предусилителя, которым требуется питание +12 В для перехода в рабочее состояние.

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое. Если у вас есть сомнения, вы можете задать вопрос в комментариях ниже или воспользоваться нашим форумом для подробного обсуждения.