Позитивний і негативний контур насоса

У попередній статті я показав вам, як ви можете побудувати свою власну схему перетворювача напруги з конденсатором, використовуючи класичну промислову стандартну мікросхему LMC7660. Але часто трапляються ситуації, коли у вас немає певної ІС або вартість додаткової ІС руйнує гармонію вашої специфікації. І тут на допомогу приходить наш улюблений мікросхемний таймер 555. Ось чому зменшити біль при пошуку конкретного чіпа для конкретного застосування, а також зменшити вартість специфікації; ми збираємось використовувати наші улюблені 555 таймери для побудови, демонстрації та тестування ланцюга насоса з позитивним і негативним зарядом за допомогою 555 таймера IC.

Що таке схема зарядного насоса?

Зарядний насос - це тип ланцюга, який складається з діодів та конденсаторів, налаштовуючи діоди та конденсатори в певній конфігурації, щоб отримати вихідну напругу вище, ніж вхідна напруга, або нижчу, ніж вхідна напруга. Під нижчою, я маю на увазі негативну напругу щодо землі. Крім того, як і кожна схема, ця схема має деякі переваги та недоліки, про які ми поговоримо далі в статті.

Щоб дізнатися, як схема працює, ми повинні дивитися в схему обох, то підзарядка насос і инвертер нагнітальний насос контуру першої.

Схема підсилювача зарядного насоса

Щоб краще зрозуміти схему, припустимо, що ми використовуємо ідеальні діоди та конденсатори для побудови схеми, показаної на рисунку-1. Крім того, ми припускаємо, що ланцюг досягла стійкого стану, а конденсатори повністю заряджені. Крім того, ми не маємо навантаження, підключеного до цієї схеми, враховуючи ці умови, принцип роботи описаний нижче.

За допомогою малюнків 1 та 2 ми пояснимо, як працює схема зарядного насоса.

Тепер припустимо, що ми підключили ШІМ-сигнал від генератора сигналів і сигнал коливається в межах 0-5В.

Коли вхідний ШІМ-сигнал в місці-0 знаходиться в стані 0В, напруга в місці-1 становить + 5В або VCC. Отже, тому конденсатор зарядився до + 5 В або VCC. І в наступному циклі, коли ШІМ-сигнал перемикається з 0В на 5В, напруга в місці 1 зараз становить + 10В. Якщо ви спостерігаєте малюнки 1. та малюнок 2. Ви можете спостерігати, чому напруга подвоїлася.

Він подвоївся, оскільки посилання на терміналі конденсатора просіяне, і оскільки струм не може протікати в зворотному напрямку через діод через діодну дію, тому в місці 1 ми отримуємо зміщену квадратну хвилю, яка знаходиться вище напруги зміщення або вхідної напруги. Тепер ви можете зрозуміти ефект на малюнку 2, розташування 1 сигналу.

Після цього сигнал подається в класичну однодіодну схему випрямляча, щоб згладити квадратну хвилю і отримати на виході напругу постійного струму + 10 В.

На наступному етапі в Розташуванні 2 напруга становить +10 В, ви можете переконатися, що на малюнку 1. Тепер у наступному циклі повторюється те саме явище, і ми отримуємо вихід + 15 В у місці 4 після остаточного випрямлення. діод і конденсатори.

Ось як працює схема підсилення насоса заряду .

Далі ми побачимо, як працює інвертор насоса заряду або насос негативного заряду.

Інвертор зарядного насоса

Насос із зарядкою з негативною напругою трохи складно пояснити, але будь ласка, залиштесь зі мною, і я поясни, як це працює.

У першому циклі в точці -0 на малюнку-3 вхідний сигнал дорівнює 0В, і нічого не відбувається, але як тільки ШІМ-сигнал досягає 5В в точці -0, конденсатори починають заряджатися через діод D1 і незабаром він буде мають 5 В в місці-1. І тепер у нас є діод, який знаходиться в стані прямого зміщення, тому напруга майже моментально стане 0В в місці-1. Тепер, коли вхідний ШІМ-сигнал знову знижується, напруга в точці-1 дорівнює 0В. У цей момент ШІМ-сигнал відніме значення, і ми отримаємо -5В в місці 1.

І тепер класичний однодіодний випрямляч зробить свою роботу і перетворить імпульсний сигнал в плавний сигнал постійного струму і збереже напругу на конденсаторі С2.

На наступній стадії схеми, яка є локацією-3 і локацією-4, одне і те ж явище відбуватиметься одночасно, і ми отримаємо стабільний -10 В постійного струму на виході схеми.

І ось як насправді працює схема насоса з негативним зарядом.

Примітка! Зверніть увагу, що на даний момент я не згадував місце 2, оскільки, як ви можете бачити з ланцюга в місці 2, напруга буде -5В.

Потрібні компоненти

NE555 Таймер IC - 2
LM7805 IC регулятора напруги - 1
Конденсатор 0,1 мкФ - 4
Конденсатор 0,01 мкФ - 2
Конденсатор 4,7 мкФ - 8
1N5819 Діод Шотткі - 8
Резистор 680 Ом - 2
Резистор 330 Ом - 2
Джерело живлення постійного струму 12 В - 1
Загальний одножильний провід - 18
Загальний макет - 1

Принципова схема

Схема для підсилювача зарядного насоса:

Схема для інвертора зарядного насоса:

Для демонстрації схема побудована на безпаяній макетній дошці за допомогою схеми. Всі компоненти розміщені якомога ближче і якомога акуратніше, щоб зменшити небажаний шум і пульсацію.

Розрахунки

Частоту ШІМ та робочий цикл 555 IC-таймера потрібно розрахувати таким чином, я продовжив і розрахував частоту і робочий цикл 555-ти таймерів за допомогою цього інструмента 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Для практичної схеми я використав досить високу частоту 10 кГц, щоб зменшити пульсації в схемі. Нижче наведено розрахунок

Налаштування тесту для ланцюга насоса позитивного та негативного заряду

Для тестування схеми використовуються такі інструменти та налаштування,

Блок живлення в режимі перемикання 12 В (SMPS)
Meco 108B + Мультиметр
Meco 450B + Мультиметр
Осцилограф USB для ПК Hantech 600BE

Для побудови схеми використовували 1% резистори з металевої плівки, і допуск конденсаторів не враховувався. Під час тестування температура в приміщенні становила 30 градусів Цельсія.

Тут вхідна напруга становить 5 В, я підключив джерело живлення 12 В до регулятора напруги 5 В 7805. Отже, загальна система живиться від + 5 В постійного струму.

Наведене зображення показує, що частота мікросхеми таймера 555 становить 8 кГц, це пов’язано з коефіцієнтами допусків резисторів і конденсаторів.

З наведених вище двох зображень ви можете розрахувати робочий цикл схеми, який виявився 63%. Я виміряв його заздалегідь, тому не збираюся обчислювати ще раз.

Далі на наведеному вище зображенні видно, що вихідна напруга досить сильно впала як для удвоювача напруги, так і для схеми інвертора напруги, оскільки я підключив навантаження 9,1 КБ.

Потік струму через резистор 9,1 К можна легко розрахувати за законом Ом, який, як виявилося, становив 1,21 мА для ланцюга подвоєння напруги та схеми інвертора напруги, виявилось, 0,64 мА.

Тепер просто для розваги, давайте подивимося, що станеться, якщо підключити резистор 1К як навантаження. І ви можете бачити схему подвоєння напруги там, де вона не знаходиться в стані, щоб використовувати її для живлення.

І пульсація на вихідному терміналі феноменальна. і це, безсумнівно, зіпсує вам день, якщо ви спробуєте подати що-небудь із такого типу джерела живлення.

Для роз’яснення наведемо кілька знімків схеми крупним планом.

Подальше вдосконалення

Схему можна додатково модифікувати, щоб задовольнити конкретну потребу в конкретному застосуванні.
Для отримання кращих результатів схему можна вбудувати в плату для перфокарт або друковану плату.
Потенціометр може бути доданий для подальшого покращення вихідної частоти 555 схем
Пульсацію можна зменшити, використовуючи конденсатор більшого значення або просто використовуючи сигнал ШІМ більш високої частоти.
LDO може бути доданий до виходу схеми, щоб отримати відносно постійну вихідну напругу.

Програми

Ця схема може бути використана для багатьох різних застосувань, таких як:

Ви можете керувати Op-Amp за допомогою цієї схеми
РК-дисплеєм також можна керувати за допомогою цієї схеми.
За допомогою схеми інвертора напруги Операційні підсилювачі з подвійною полярністю живлення.
Ви також можете керувати схемами попереднього підсилювача, які потребують живлення + 12 В, щоб дійти до робочого стану.

Сподіваюся, вам сподобалась ця стаття і ви дізналися з неї щось нове. Якщо у вас є якісь сумніви, ви можете запитати в коментарях нижче або скористатися нашими форумами для детального обговорення.