מעגל משאבת מטען חיובי ושלילי

במאמר קודם, הראיתי לך כיצד תוכל לבנות מעגל ממיר מתח קבלים מחליף משלך באמצעות ה- LMC7660 IC הקלאסי. אך לעתים קרובות ישנם מצבים שאין לך IC ספציפי זמין או שהעלות של IC נוסף הורסת את ההרמוניה של ה- BOM שלך. וכאן מגיע חילוץ ה- 555 טיימר האהוב שלנו. זו הסיבה להפחית את הכאב במציאת שבב ספציפי ליישום ספציפי וגם להפחית את עלות ה- BOM; אנו הולכים להשתמש בטיימרים 555 האהובים עלינו לבניית, הדגמה ובדיקת מעגל משאבת מטען חיובי ושלילי באמצעות IC 555 טיימר.

מהו מעגל משאבת מטען?

משאבת טעינה היא סוג של מעגל שעשוי דיודות וקבלים על ידי קביעת תצורה של הדיודות והקבלים בתצורה ספציפית כדי לקבל את מתח המוצא גבוה ממתח הכניסה או נמוך ממתח הכניסה. במטה נמוך יותר, אני מתכוון לומר מתח שלילי ביחס לקרקע. כמו כן, בדומה לכל מעגל, יש למעגל זה כמה יתרונות וחסרונות עליהם נדון בהמשך המאמר.

כדי לדעת כיצד פועל המעגל, אנחנו צריכים להסתכל לתוך סכמטי של שניהם, מאיץ משאבת מטען ו מהפכים משאבת מטען במעגל ראשונה.

מעגל מגבר משאבת מטען

כדי להבין טוב יותר את המעגל, נניח שאנו משתמשים בדיודות וקבלים אידיאליים לבניית המעגל המוצג באיור -1. כמו כן, אנו מניחים שהמעגל הגיע למצב יציב והקבלים טעונים לחלוטין. יתר על כן, אין לנו עומס המחובר למעגל זה עם תנאים אלה בחשבון עקרון העבודה מתואר להלן.

בעזרת איור 1 ואיור 2, אנו נסביר כיצד פועל מעגל משאבת מטען.

עכשיו נניח שחיברנו אות PWM ממחולל אותות והאות מתנודד בתוך 0-5V.

כאשר אות ה- PWM הקלט במיקום 0 נמצא במצב 0 וולט, המתח במיקום -1 הוא + 5 וולט או VCC. אז בגלל זה הקבל טעון עד +5 V או VCC. ובמחזור הבא, כאשר אות ה- PWM עובר מ 0 וולט ל 5 וולט, המתח במקום 1 הוא עכשיו + 10 וולט . אם אתה מתבונן באיור 1. ובאיור 2. אתה יכול לראות מדוע המתח הוכפל.

הוא הוכפל מכיוון שההפניה במסוף הקבל ננפה וכיוון שהזרם אינו יכול לזרום בכיוון ההפוך דרך הדיודה בגלל פעולת דיודה, כך שבמקום 1 נגמר עם גל ריבועי שהוסט מעל מתח ההטיה או מתח הכניסה. כעת תוכלו להבין את ההשפעה באיור 2, מיקום 1 של צורת הגל.

אחרי זה, את האות מוזן קלסי מעגל מיישר דיודה יחיד להחליק את הגל המרובע ולקבל + 10V מתח DC במוצא.

בשלב הבא במיקום 2, המתח הוא + 10 וולט , אתה יכול לוודא שמצגת איור 1. עכשיו במחזור הבא, אותה התופעה מתרחשת שוב, בסופו של דבר עם פלט +15 וולט במיקום 4 לאחר ביצוע התיקון הסופי עם את הדיודה והקבלים.

כך עובד מעגל הגברת משאבת הטעינה .

לאחר מכן, נראה כיצד פועל מהפך משאבת מטען או משאבת מטען שלילית.

מהפך משאבת מטען

משאבת טעינת המתח השלילית קצת מסובכת להסבר, אבל אנא הישאר איתי ואני אסביר איך זה עובד.

במחזור הראשון בבית -המיקום 0 של איור-3, אות הקלט הוא 0V וכלום לא קורה אבל ברגע אות PWM מגיע 5V ב מיקום-0, קבלים להתחיל לחייב את דרך הדיודה D1 ובקרוב יש 5 וולט במיקום -1. ועכשיו יש לנו דיודה שנמצאת במצב של הטיה קדימה כך שהמתח יהפוך ל 0 וולט במיקום -1 כמעט באופן מיידי. כעת כאשר אות ה- PWM הקלט הולך ונמוך שוב המתח במקום -1 הוא 0V. ברגע זה אות ה- PWM יפחית את הערך ונקבל -5 וולט במקום 1.

ועכשיו מיישר הדיודות היחיד הקלאסי יעשה את עבודתו וימיר את האות הפועם לאות DC חלק ואגור את המתח בקבל C2.

בשלב הבא של המעגל שהוא מיקום 3 ומיקום 4, אותה התופעה תתרחש בו זמנית ונקבל זרם יציב של -10 וולט בפלט המעגל.

וכך למעשה עובד המעגל של משאבת מטען שלילית.

הערה! שימו לב שלא ציינתי את מיקום 2 בנקודה זו מכיוון שכפי שניתן לראות מהמעגל במקום 2 המתח יהיה -5 וולט .

רכיבים נדרשים

• NE555 טיימר IC - 2
• LM7805 ויסות מתח IC - 1
• 0.1 uF קבלים - 4
• קבלים 0.01uF - 2
• קבלים 4.7uF - 8
• 1N5819 דיודת שוטקי - 8
• נגד 680 אוהם - 2
• נגן 330 אוהם - 2
• ספק כוח 12 וולט DC - 1
• חוט מד יחיד יחיד - 18
• לוח לחם גנרי - 1

תרשים סכמטי

מעגל למאיץ משאבת המטען:

מעגל למהפך משאבת הטענה:

לצורך הדגמה, המעגל בנוי על קרש לחם ללא הלחמה בעזרת הסכמה. כל הרכיבים ממוקמים כמה שיותר קרוב ומסודר ככל האפשר כדי להפחית רעש ואדווה לא רצויים.

חישובים

צריך לחשב את תדר ה- PWM ואת מחזור החובה של טיימר 555 טיימר, המשכתי וחישבתי את תדירות ומחזור החובה של טיימרים 555 בעזרת כלי זה 555 טיימר Astable Circuit Calculator Calculator.

למעגל המעשי השתמשתי בתדירות גבוהה למדי של 10 קילוהרץ על מנת להפחית את האדווה במעגל. להלן מוצג החישוב

הגדרת בדיקה למעגל משאבת טעינה חיובי ושלילי

כדי לבדוק את המעגל משתמשים בכלים ובהתקנה הבאים,

1. ספק כוח במצב מתג 12 וולט (SMPS)
2. Meco 108B + מודד
3. Meco 450B + מודד
4. אוסצילוסקופ USB למחשב Hantech 600BE

כדי לבנות את המעגל נעשה שימוש בנגדים של 1% ממתכת לסרטים ולא נחשב לסובלנות של הקבלים. טמפרטורת החדר הייתה 30 מעלות צלזיוס בזמן הבדיקה.

כאן מתח הכניסה הוא 5 וולט, חיברתי את אספקת 12 וולט שלי לווסת מתח 5 וולט 7805. אז המערכת הכוללת מופעלת באמצעות + 5 וולט DC.

התמונה לעיל מראה שתדירות ה- 555 טיימר IC היא 8KHz, זאת בגלל גורמי הסובלנות של הנגדים והקבלים.

משתי התמונות שלעיל ניתן לחשב את מחזור החובה של המעגל שהתברר כ- 63%. מדדתי את זה מראש ולכן אני לא מתכוון לחשב את זה שוב.

בהמשך בתמונה לעיל, ניתן לראות כי מתח המוצא ירד לא מעט גם עבור מכפיל המתח וגם עבור מעגל מהפך המתח שכן חיברתי עומס של 9.1K.

תזרים שוטף דרך הנגד 9.1K ניתן לחשב בקלות על ידי חוק אוהם אשר התברר 1.21mA עבור מעגל מכפיל מתח ואת המתח מהפך מעגל, התברר להיות 0.64mA.

עכשיו רק בשביל הכיף, בואו נראה מה קורה אם נחבר נגד 1K כעומס. ואתה יכול לראות את מעגל מכפיל המתח שבו הוא לא נמצא במצב שמשמש להפעלת שום דבר.

והאדווה במסוף הפלט היא פנומנלית. וזה בהחלט יהרוס לכם את היום אם תנסו להניע משהו עם ספק כוח זה.

להבהרה הנה כמה מצילומי המעגל הקרובים.

שיפור נוסף

1. ניתן לשנות את המעגל נוסף כדי לענות על הצורך הספציפי ליישום ספציפי.
2. כדי לייצר תוצאות טובות יותר, ניתן לבנות את המעגל בתוך לוח-לוח או PCB.
3. ניתן להוסיף פוטנציומטר כדי לשפר עוד יותר את תדר הפלט של מעגלי 555
4. ניתן להפחית את האדווה באמצעות קבלים בעלי ערך גבוה יותר או פשוט באמצעות אות PWM בתדר גבוה יותר.
5. ניתן להוסיף LDO ליציאת המעגל כדי לקבל מתח יציאה קבוע יחסית.

יישומים

ניתן להשתמש במעגל זה ליישומים רבים ושונים כמו:

1. אתה יכול לנהוג במגבר אופ עם המעגל הזה
2. ניתן להניע LCD בעזרת מעגל זה.
3. בעזרת מעגל מהפך המתח Op-Amps עם אספקת קוטביות כפולה.
4. אתה יכול גם לנהוג במעגלי מגבר מקדים שדורשים אספקת + 12 וולט כדי להגיע למצב הפעלה.

אני מקווה שאהבת את המאמר הזה ולמדת ממנו משהו חדש. אם יש לך ספק, אתה יכול לשאול בתגובות למטה או להשתמש בפורומים שלנו לדיון מפורט.