Circuitul pompei de încărcare pozitivă și negativă

Într-un articol anterior, v-am arătat cum vă puteți construi propriul circuit convertizor de tensiune cu condensator comutat folosind IC -ul clasic LMC7660 standard din industrie. Dar de multe ori există situații în care nu aveți un CI specific disponibil sau costul unui CI suplimentar distruge armonia DOM-ului dvs. Și aici vine îndrăgostitul nostru IC 555 cu temporizator. De aceea, pentru a reduce durerea de a găsi un cip specific pentru o anumită aplicație și, de asemenea, pentru a reduce costul BOM; vom folosi îndrăgitele noastre 555 de temporizatoare pentru a construi, demonstra și testa un circuit de pompă de încărcare pozitivă și negativă cu un CI de temporizator 555.

Ce este un circuit de pompă de încărcare?

O pompă de încărcare este un tip de circuit care este format din diode și condensatori prin configurarea diodelor și condensatoarelor într-o configurație specifică pentru a obține tensiunea de ieșire mai mare decât tensiunea de intrare sau mai mică decât tensiunea de intrare. Prin mai mică, vreau să spun tensiune negativă în raport cu solul. De asemenea, la fel ca fiecare circuit, acest circuit are câteva avantaje și dezavantaje pe care le vom discuta mai târziu în articol.

Pentru a cunoaște modul în care funcționează circuitul, trebuie să analizăm mai întâi schema ambelor, a amplificatorului pompei de încărcare și a circuitului invertorului pompei de încărcare.

Circuitul de rapel al pompei de încărcare

Pentru a înțelege mai bine circuitul, să presupunem că folosim diode și condensatori ideali pentru a construi circuitul prezentat în Figura-1. De asemenea, presupunem că circuitul a ajuns la o stare stabilă și că condensatoarele sunt complet încărcate. Mai mult, nu avem nicio sarcină conectată la acest circuit având în vedere aceste condiții, principiul de funcționare fiind descris mai jos.

Cu ajutorul Figura 1 și Figura 2, vom explica cum funcționează un circuit de pompă de încărcare.

Acum să presupunem că am conectat un semnal PWM de la un generator de semnal și semnalul oscilează în intervalul 0-5V.

Când semnalul PWM de intrare la locația-0 este în starea 0V, tensiunea la locația-1 este + 5V sau VCC. Deci, de aceea condensatorul s-a încărcat până la + 5V sau VCC. Și în următorul ciclu, când semnalul PWM comută de la 0V la 5V, tensiunea la locația 1 este acum + 10V. Dacă observați Figura 1. & Figura 2. Puteți observa de ce tensiunea sa dublat.

S-a dublat, deoarece referința la terminalul condensatorului a fost cernută și, deoarece curentul nu poate curge în direcția inversă prin diodă din cauza acțiunii diodei, așa că, la locul 1, ajungem cu o undă pătrată deplasată care este deasupra tensiunii de polarizare sau a tensiunii de intrare. Acum, puteți înțelege efectul din Figura 2, locația 1 a formei de undă.

După aceea, semnalul este alimentat către un circuit clasic redresor cu o singură diodă pentru a netezi unda pătrată și pentru a obține + 10V tensiune continuă la ieșire.

În etapa următoare la Locația 2, tensiunea este de + 10V, puteți verifica că din Figura 1. Acum, în următorul ciclu, același fenomen se întâmplă din nou, ajungem cu ieșire de + 15V la locația 4 după ce rectificarea finală se face cu dioda și condensatoarele.

Așa funcționează circuitul de creștere a pompei de încărcare .

Apoi, vom vedea cum funcționează un invertor de pompă de încărcare sau o pompă de încărcare negativă.

Invertorul pompei de încărcare

Pompa de încărcare cu tensiune negativă este puțin dificil de explicat, dar vă rog să rămâneți cu mine și vă voi explica cum funcționează.

În primul ciclu la locația-0 din Figura-3, semnalul de intrare este 0V și nu se întâmplă nimic, dar de îndată ce semnalul PWM ajunge la 5V la locația-0, condensatorii încep să se încarce prin dioda D1 și în curând va fi au 5V la locația-1. Și acum avem o diodă care este într-o stare de polarizare directă, astfel încât tensiunea va deveni 0V la locația-1 aproape instantaneu. Acum, când semnalul PWM de intrare scade din nou, tensiunea la locația-1 este 0V. În acest moment, semnalul PWM va scădea valoarea și vom obține -5V în locația 1.

Și acum, redresorul clasic cu diodă simplă își va face treaba și va converti semnalul pulsat într-un semnal continuu DC și va stoca tensiunea la condensatorul C2.

În etapa următoare a circuitului, care este locația-3 și locația-4, același fenomen se va întâmpla simultan și vom obține un DC constant de -10V la ieșirea circuitului.

Și așa funcționează circuitul pentru o pompă de încărcare negativă.

Notă! Vă rugăm să rețineți că nu am menționat locația 2 în acest moment deoarece, după cum puteți vedea din circuitul de la locația 2, tensiunea ar fi -5V.

Componente necesare

NE555 Timer IC - 2
LM7805 Regulator de tensiune IC - 1
Condensator 0,1 uF - 4
Condensator 0.01uF - 2
4.7uF Condensator - 8
1N5819 Schottky Diode - 8
Rezistor 680 Ohm - 2
Rezistor de 330 Ohm - 2
Alimentare 12V DC - 1
Sârmă generică simplă - 18
Breadboard generic - 1

Diagramă schematică

Circuit pentru amplificatorul pompei de încărcare:

Circuit pentru invertorul pompei de încărcare:

Pentru demonstrație, circuitul este construit pe o placă fără sudură cu ajutorul schemei. Toate componentele sunt așezate cât mai aproape și mai ordonate posibil pentru a reduce zgomotul și ondularea nedorite.

Calcule

Frecvența PWM și ciclul de funcționare al temporizatorului 555 IC trebuie calculate, așa că am continuat și am calculat frecvența și ciclul de funcționare al temporizatoarelor 555 cu ajutorul acestui instrument 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Pentru circuitul practic, am folosit o frecvență destul de mare de 10 kHz pentru a reduce ondularea circuitului. Mai jos este prezentat calculul

Configurarea testului pentru circuitul pompei de încărcare pozitivă și negativă

Pentru a testa circuitul, se utilizează următoarele instrumente și configurare,

Sursă de alimentare cu comutator 12V (SMPS)
Multimetru Meco 108B +
Multimetru Meco 450B +
Osciloscop USB Hantech 600BE pentru PC

Pentru construirea circuitului s-au folosit rezistențe de film metalic de 1%, iar toleranța condensatorilor nu a fost luată în considerare. Temperatura camerei a fost de 30 de grade Celsius în timpul testării.

Aici tensiunea de intrare este de 5V, mi-am conectat sursa de 12V la un regulator de tensiune de 5V 7805. Deci, sistemul total este alimentat de + 5V DC.

Imaginea de mai sus arată că frecvența IC timer 555 este de 8KHz, acest lucru se datorează factorilor de toleranță ai rezistențelor și condensatoarelor.

Din cele două imagini de mai sus, puteți calcula ciclul de funcționare al circuitului care sa dovedit a fi de 63%. L-am măsurat în prealabil, așa că nu am de gând să îl calculez din nou.

În imaginea de mai sus, se poate observa că tensiunea de ieșire a scăzut destul de mult atât pentru circuitul de dublare a tensiunii, cât și pentru circuitul invertorului de tensiune, deoarece am conectat o sarcină de 9,1K.

Debitul de curent prin rezistorul de 9,1K poate fi calculat cu ușurință prin legea ohmilor, care s-a dovedit a fi 1,21mA pentru circuitul de dublare a tensiunii și circuitul invertorului de tensiune, s-a dovedit a fi de 0,64mA.

Acum, doar pentru distracție, să vedem ce se întâmplă dacă conectăm un rezistor de 1K ca încărcare. Și puteți vedea circuitul de dublare a tensiunii în care nu se află într-o stare pentru a fi folosit pentru a alimenta ceva.

Și ondulația la terminalul de ieșire este fenomenală. și cu siguranță vă va ruina ziua dacă încercați să alimentați ceva cu acest tip de sursă de alimentare.

Pentru clarificări, iată câteva dintre fotografiile primordiale ale circuitului.

Îmbunătățire suplimentară

Circuitul poate fi modificat în continuare pentru a satisface nevoia specifică pentru o aplicație specifică.
Pentru a produce rezultate mai bune, circuitul poate fi încorporat într-o placă de perfecționare sau PCB.
Se poate adăuga un potențiometru pentru a îmbunătăți în continuare frecvența de ieșire a celor 555 circuite
Ripple-ul poate fi redus prin utilizarea unui condensator cu valoare mai mare sau doar prin utilizarea unui semnal PWM cu frecvență mai mare.
La ieșirea circuitului se poate adăuga un LDO pentru a obține o tensiune de ieșire relativ constantă.

Aplicații

Acest circuit poate fi utilizat pentru multe aplicații diferite, cum ar fi:

Puteți conduce un Op-Amp cu acest circuit
Un LCD poate fi acționat și cu ajutorul acestui circuit.
Cu ajutorul circuitului invertorului de tensiune Op-Amps cu alimentare cu polaritate dublă.
De asemenea, puteți conduce circuite de preamplificator care necesită o sursă de + 12V pentru a ajunge la o stare de funcționare.

Sper că ți-a plăcut acest articol și ai învățat ceva nou din el. Dacă aveți vreo îndoială, puteți întreba în comentariile de mai jos sau puteți folosi forumurile noastre pentru discuții detaliate.