Tässä artikkelissa opimme, miten tehdä pari yksinkertaista DC to DC-jännitteen kaksinkertaistajapiiriä käyttämällä yhtä IC 4049 ja IC 555 yhdessä muutaman muun passiivisen komponentin kanssa.
Jos mietit, miten yksinkertaista IC 555: tä voidaan käyttää tehokkaan jännitteen kaksinkertaistajapiirin tekemiseen, niin tämä artikkeli auttaa sinua ymmärtämään yksityiskohtia ja rakentamaan suunnittelun kotona.
Mikä on jännitteen kaksinkertaistaja
Jännitteen kaksinkertaistaja on piiri, joka käyttää vain diodeja ja kondensaattoreita syöttöjännitteen nostamiseen suuremmaksi jännitteen ulostuloksi, joka on kaksi kertaa tulon suuruusluokkaa.
Jos olet uusi jännitteen kaksinkertaistajan käsite ja haluat oppia käsitteen perusteellisesti, meillä on tällä verkkosivustolla hyvä yksityiskohtainen artikkeli, jossa selitetään erilaisia jännitekerroinpiirejä viitteeksi.
Jännitteen kaksinkertaistajan käsitteen löysivät ja käyttivät käytännöllisesti katsoen brittiläiset ja irlantilaiset fyysikot John Douglas Cockcroft ja Ernest Thomas Sinton Walton, joten sitä kutsutaan myös Cockcroft-Waltonin (CW) generaattoriksi.
Hyvä esimerkki jännitekertoimen suunnittelusta voidaan tutkia tämän artikkelin kautta, jossa hyödynnetään konseptia ionisoidun ilman tuottamiseen ilman puhdistamiseksi kodeissa.
Jännitteen kaksinkertaistajapiiri on myös jännitekertoimen muoto, jossa diodi / kondensaattorivaihe on rajoitettu vain pariin vaiheeseen, jotta ulostulon sallitaan tuottaa jännite, joka voi olla kaksi kertaa syöttöjännite.
Koska kaikki jännitekerroinpiirit vaativat välttämättä vaihtovirtatulon tai sykkivän tulon, oskillaattoripiiri on välttämätön tulosten saavuttamiseksi.
IC 555 Pinout Details
Circuit Diagram of Voltage Doubler using IC 555
Viitaten yllä olevaan esimerkkiin, näemme IC 555 -piirin, joka on konfiguroitu astabiiliksi multivibraattorivaiheeksi, joka on itse asiassa oskillaattorin eräänlainen muoto, ja se on suunniteltu tuottamaan sykkivää tasavirtavirtavirtaa (PÄÄLLE/POIS) ulostulon nastassaan # 3.
Jos muistat, olimme keskustelleet tällä verkkosivustolla LED-taskulamppupiiristä, joka melko identtisesti käyttää jännitteen kaksinkertaistajapiiriä, vaikkakin oskillaattoriosa luodaan käyttämällä IC 4049-portteja.
Periaatteessa voit korvata IC 555-vaiheen millä tahansa muulla oskillaattoripiirillä ja saada silti jännitteen kaksinkertaistavan vaikutuksen.
Kuitenkin IC 555: n käyttämisellä on pieni etu, koska tämä IC pystyy tuottamaan enemmän virtaa kuin mikään muu IC-pohjainen oskillaattoripiiri ilman ulkoisen virtavahvistinvaiheen käyttöä.
Miten jännitteen kaksinkertaistusvaihe toimii
Kuten yllä olevasta kaaviosta voidaan nähdä, varsinainen jännitekerroin toteutetaan D1-, D2-, C2-, C3-vaiheella, jotka on konfiguroitu puolisillan 2-vaiheen jännitekerroinverkoksi.
Tämän vaiheen simulointi IC 555: n nastan # 3 tilanteeseen voi olla hieman vaikeaa, ja kamppailen edelleen saadakseni sen toimimaan aivoissani oikein.
Mieleni simuloinnin mukaan mainitun jännitteen kaksinkertaistusvaiheen työskentely voidaan selittää seuraavissa kohdissa esitetyllä tavalla:
- Kun IC: n ulostulotappi # 3 on matalassa logiikassaan tai maadoitustasossaan, D1 pystyy lataamaan C2: n, koska se pystyy saamaan C2: n ja nastan # 3 negatiivisen potentiaalin kautta eteenpäin suuntautuvan ennakkoasennuksen, myös samanaikaisesti C3 ladataan D1: n ja D2: n kautta.
- Nyt seuraavassa hetkessä heti, kun pin#3:sta tulee korkea logiikkataso tai positiivinen syöttöpotentiaali, asiat menevät hieman sekaisin.
- Tässä C2 ei pysty purkautumaan D1:n kautta, joten meillä on syöttötason ulostulo D1:stä, C2:sta ja myös C3:sta.
- Monilla muilla nettisivustoilla sanotaan, että tässä vaiheessa C2:n sisälle varastoidun jännitteen ja D1:stä tulevan positiivisen pitäisi yhdistyä C3:n ulostulon kanssa tuottaakseen kaksinkertaistuneen jännitteen, mutta siinä ei kuitenkaan ole järkeä.
- Koska jännitteiden yhdistyessä rinnakkain nettojännite ei kasva. Jännitteiden on yhdistyttävä sarjaan, jotta saadaan aikaan haluttu tehostus- tai kaksinkertaistumisvaikutus.
- Ainoa looginen selitys, joka voidaan johtaa, on, että kun nastasta # 3 tulee korkea, C2:n negatiivinen on positiivisella tasolla ja sen positiivinen pää pidetään myös syöttötasolla, sen on pakko tuottaa käänteisvarauspulssi, joka summautuu C3:n varauksen kanssa aiheuttaen välittömän potentiaalipiikin, jonka huippujännite on kaksi kertaa syöttötasoa suurempi.
Jos sinulla on parempi tai teknisesti oikeampi selitys, voit vapaasti selittää sen kommenttisi kautta.
Kuinka paljon virtaa?
IC: n nasta # 3 on määritetty toimittamaan maksimissaan 200mA virtaa, joten maksimihuippuvirran voidaan olettaa olevan tällä 200mA-tasolla, mutta huiput kapenevat kuitenkin kapeammiksi riippuen C2: n, C3: n arvoista. Korkeamman arvon kondensaattorit saattavat mahdollistaa täydellisemmän virransiirron ulostulon yli, joten varmista, että C2, C3-arvot on valittu optimaalisesti, noin 100uF / 25V on juuri tarpeeksi
Käytännön sovellus
Vaikka jännitteen kaksinkertaistajapiiri voi olla hyödyllinen monissa elektroniikkapiirien sovelluksissa, harrastuspohjainen sovellus voisi olla korkean jännitteen LEDin valaiseminen matalajännitelähteestä, kuten alla on esitetty:
Yllä olevassa piirikaaviossa nähdään, miten piiriä käytetään 9V LED-lampun valaisemiseen 5V:n syöttölähteestä, mikä olisi normaalisti mahdotonta, jos 5V syötettäisiin suoraan LEDiin.
Taajuuden, PWM:n ja jännitteen lähtötason välinen suhde
Taajuus missä tahansa jännitteen kaksinkertaistajapiirissä ei ole ratkaiseva, mutta nopeampi taajuus auttaa sinua saamaan parempia tuloksia kuin hitaampi taajuus.
Vastaavasti PWM-alueen osalta työjakson tulisi olla noin 50%, kapeammat pulssit aiheuttavat alhaisemman virran ulostulossa, kun taas liian leveät pulssit eivät salli asiaankuuluvien kondensaattoreiden purkautumista optimaalisesti, mikä taas johtaa tehottomaan lähtötehoon.
Keskustelussa käsitellyssä IC:ssä 555 astaabeli piiri R1 voi olla missä tahansa 10K: n ja 100K: n välissä, tämä vastus yhdessä C1: n kanssa päättää taajuuden. C1 voi näin ollen olla missä tahansa 50nF: n ja 0.5uF: n välillä.
R2 mahdollistaa pohjimmiltaan PWM: n hallinnan, joten tämä voidaan tehdä muuttuvaksi vastukseksi 100K-potilla.
Käyttämällä IC 4049 NOT-portteja
Seuraavaa CMOS-IC-pohjaista piiriä voidaan käyttää minkä tahansa tasavirtalähteen lähdejännitteen kaksinkertaistamiseen (15 V DC: hen asti). Esitetty muotoilu kaksinkertaistaa minkä tahansa jännitteen välillä 4-15 V DC ja pystyy käyttämään kuormia enintään 30 mA: n virralla.
Kuten kaaviosta voidaan nähdä, tämä DC-jännitteen kaksinkertaistajapiiri käyttää vain yhtä IC 4049: ää ehdotetun tuloksen saavuttamiseksi.
IC 4049 Pinouts
Circuit Operation
IC 4049: ssä on yhteensä kuusi porttia, jotka ovat kaikki tehokkaasti keskusteltujen jännitteen kaksinkertaistamistoimien tuottamiseen. Kuudesta portista kaksi on konfiguroitu oskillaattoriksi.
Kaavion äärimmäisessä vasemmassa reunassa näkyy oskillaattoriosa.
100 K:n vastus ja 0,01 kondensaattori muodostavat taajuuden määräävät peruskomponentit.
Taajuus tarvitaan välttämättä, jos jänniteaskel-toimintoja halutaan toteuttaa, joten tässäkin tapauksessa oskillaattorin mukanaolo on välttämätöntä.
Nämä värähtelyt tulevat hyödyllisiksi kondensaattoreiden latauksen ja purkautumisen käynnistämiseksi ulostulossa, mikä merkitsee kondensaattoreiden yli olevan jännitteen moninkertaistamista siten, että tuloksesta tulee kaksinkertainen sovellettu syöttöjännite.
Oskillaattorista tulevaa jännitettä ei kuitenkaan voida mieluiten syöttää suoraan kondensaattoreihin, vaan se tehdään rinnakkain rinnakkain järjestetyn IC:n porttiryhmän kautta.
Nämä rinnakkaiset portit tuottavat yhdessä hyvän puskuroinnin generaattorin porteista syötetylle taajuudelle niin, että syntyvä taajuus on vahvempi virran suhteen eikä horju suhteellisen suuremmilla kuormituksilla lähdöissä.
Mutta silti CMOS-IC:n spesifikaatioita silmällä pitäen lähdön virrankäsittelykapasiteetin ei voida olettaa olevan suurempi kuin 40 mA.
Tätäkin suuremmat kuormitukset johtavat jännitetason heikkenemiseen kohti syöttötasoa.
Lähtökondensaattorin arvoja voidaan kasvattaa 100uF: iin, jotta piiristä saadaan kohtuullisen korkeampi hyötysuhdetaso.
Kun IC: n syöttötulona on 12 volttia, tästä IC 4049 -pohjaisesta IC 4049-pohjaisesta jännitteen kaksinkertaistajapiiristä voidaan saada noin 22 voltin lähtö.
Osaluettelo
- R1 = 68K,
- C1 = 680pF,
- C2, C3 = 100 uF/ 25V,
- D1, D2 =1N4148,
- N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
- LEDit valkoiset = 3 nro.