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如何建立自己的负电压发生器?

助工
2018-08-07 11:20:17    评分

每个人都需要一个负电压轨,但大多数只有一个轨道电源。该项目将向您展示如何构建一个负压发电机,该发电机使用单轨供电!

需要一个负轨

许多业余爱好者都会遇到使用双轨供电的运放电路。为了提供双轨电源,可以使用两个电源,但是许多电源无法访问这些设备,或者设计需要便携,因此两个单独的电源可能不是理想的。一种解决方案是分离输入电源并在分压器中的两个电阻器之间创建虚拟接地。

但是,此解决方案存在一些问题。首先,虚拟地的电流吸收/输出能力受到限制,其次,电源电压被除以2(例如,9V电池可能变为±4.5V,但4.5V是最大可实现电压)。

但是使用振荡器,一些二极管和巧妙的电容器布置,我们可以利用称为电容耦合的效应,从而可以从单轨电源产生接近等于电源电压的负电压!

 

一些电容器理论

电容耦合是电容器“试图”保持其端子上的电压恒定的效应。例如,如果电容器的两侧都处于0V且板1突然变为10V,则另一个板上的电压将立即开始上升至10V。反之亦然:如果第一块板从10V变为0V,则另一块板将试图下降10V以保持电容器两端的电压恒定。

 

 

注意当左板充电到10V而另一个板保持在0V时,负变化如何给出-10V。这是将用于产生负电压的序列。

但是,如果没有另一个板充电到10V,我们如何将左侧充电到10V?请记住,当您将第一块板放到10V时,另一侧也会尝试达到该电压。这就是二极管进来的地方!

 

二极管 - 消除正电压

还记得二极管如何只朝一个方向传导?好吧,如果我们使用一个简单(但很聪明)的电容器和两个二极管,我们可以在电容器板上产生负电压!

 

 

当输入从0V升至10V时,C1上的负极板也会因电容耦合而尝试匹配。然而,一旦极板达到0.7V,D1导通,这可以防止极板电压高于0.7V。现在正极板为10V,负极板为0.7V,整个极板的电位差为10 - 0.7 = 9.3V。当正极板从10V快速下降到0V时,由于耦合,必须保持9.3V的电位差。因此,负极板降至-9.3V。D1由于反向偏置而无法导通,因此该负电压保留在电容器上。

然而,D2正在导电,因为阳极(连接到C2负极板)处于比阴极(连接到-9.3V)更高的电位。因此,C2的负极板上的电压将减小,直到D2停止导通。一旦其上的电压降低于0.7V,D2将停止导通。一旦C2的负极板变为-9.3 - -0.7 = -8.6V,就会发生这种情况。 

但如果外部设备试图使用负电压,它很快就会用完!这是因为C1和C2的尺寸相对较小以及电路驱动器的电流限制。解决方案是将振荡器连接到输入端,以便在C1处不断产生负电压,从而使C2加满。

C2用作外部器件的去耦器,使用负电压试图使值保持尽可能恒定。对于我们的项目,C1将是一个10uF电容器,C2将是一个100uF电容器。

 

振荡器

振荡器可以是从555定时器到微控制器的任何东西,但请记住,负电压将等于振荡器的最大电压 - 最小电压。在这个项目中,我们将研究使用两种不同的振荡器:555非稳态振荡器和74HC14施密特触发器振荡器。

 

555非稳态振荡器

 

74HC14施密特触发器振荡器


材料清单


image.png


创建电路非常简单,最多需要一个小时。从振荡器开始,然后构建电容泵电路。由于74HC14振荡器IC只有一个电容和电阻,因此值是BOM中列出的值。555定时器使用一个5.6kΩ电阻用于R1,一个47kΩ电阻用于R2,10nF电容用于C1,100nF电容用于C2。

如果您有示波器,则可以通过探测输出来确认振荡器是否工作。如果您只有万用表,则可以使用直流电压读数测量输出。如果读数大约是电源的一半,则电路很可能振荡。例如,如果从9V电源为电路供电并且电路振荡,则输出将读取大约4.5V。发生这种情况是因为电压表快速读取多个读数并产生平均值。由于输出开启了一半时间而另一个时间关闭,因此平均值的一半是最大值的一半。 

 

完整电路

555驱动负电压发生器

 

 

74HC14驱动负电压发生器

 

 

最后的成果

这是使用555振荡器的负电压发生器,其输出是右边的蓝线。

 

 

这是负电压发生器的输出。注意由于双二极管压降(1.4V),电压如何约为-7.2V,电源不是完美的9V,而是接近8.5V。

 

 

这是使用74HC14振荡器的结构:

 

 

这里的输出为-7.95V并且高于555定时器电路,因为74HC14使用多余的门来创建驱动器。该驱动器可以提供和吸收比555输出更多的电流,从而产生更大的负电压。请记住在CMOS芯片上将所有未使用的输入连接到地!

 

 

NVG功能

该负电压发生器只能提供少量电流。如果在输出端使用稳压器(例如7905),则不要超过4mA~5mA。但如果不加以调节(例如在运算放大器项目中),在输出电压开始显着下降之前,您可以提供高达20mA的电流。在项目中使用此发生器时,尽量保持设备的电流消耗尽可能小,以便负轨保持其电压值。

通过使用肖特基二极管代替通用硅,可以使电路更高效并增加输出电压。这是因为肖特基二极管具有较小的正向压降(低至0.1V),这导致较大的负电压。

 

总结

既然你有一个负电压发生器电路,你能做什么?

  • 构建单轨双电源:使用稳压器和滤波元件,您可以制作双轨供电,接收电池电压或壁式适配器,并将其转换为5V和-5V。如果使用足够大的输入电压,还可以制作12V和-12V线路。

  • 运算放大器项目 :许多运算放大器项目(如合成器)需要使用负轨,现在你有一个!

  • 音频项目 :扬声器和压电盘等音频组件在使用正电压和负电压时效果更佳。这是因为负电压使机构变形,正电压使机构变形的方式相反。因此,产生的声音更响亮,更清晰。

  • 便携式双轨 :如果您的系统需要减少重量(例如RC计划),需要使用负电压,可以使用此电路而不是使用两个独立的电源。




关键词: 电压发生器     半导体     IC    

管理员
2018-08-08 08:38:36    评分
2楼

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