Ebben a cikkben megtanuljuk, hogyan készítsünk néhány egyszerű egyenáramú egyenáramú feszültségduplázó áramkört egyetlen IC 4049 és IC 555, valamint néhány más passzív alkatrész segítségével.
Ha azon tűnődik, hogy egy egyszerű IC 555 hogyan használható egy nagy teljesítményű feszültségduplázó áramkör elkészítéséhez, akkor ez a cikk segít megérteni a részleteket és megépíteni a tervezést otthon.
Mi a feszültségduplázó
A feszültségduplázó olyan áramkör, amely csak diódákat és kondenzátorokat használ a bemeneti feszültség magasabb feszültségű kimenetre történő emeléséhez, a bemenet nagyságának kétszeresére.
Ha új a feszültségduplázó fogalma, és szeretné alaposan megtanulni a fogalmat, van egy jó kidolgozott cikkünk ezen a weboldalon, amely elmagyarázza a különböző feszültségsokszorozó áramköröket az Ön számára.
A feszültségsokszorozó fogalmát először a brit és ír fizikusok, John Douglas Cockcroft és Ernest Thomas Sinton Walton fedezték fel és használták gyakorlatilag, ezért Cockcroft-Walton (CW) generátornak is nevezik.
Egy jó példa egy feszültségsokszorozó kialakítására tanulmányozható ezen a cikken keresztül, amely kihasználja a koncepciót az ionizált levegő előállítására az otthoni levegő tisztítására.
A feszültségduplázó áramkör szintén a feszültségsokszorozó egy formája, ahol a dióda / kondenzátor szakasz csak néhány szakaszra korlátozódik, így a kimenet olyan feszültséget hozhat létre, amely kétszerese lehet a tápfeszültségnek.
Mivel minden feszültségsokszorozó áramkör kötelezően váltakozó áramú bemenetet vagy pulzáló bemenetet igényel, egy oszcillátor áramkör nélkülözhetetlenné válik az eredmények eléréséhez.
IC 555 pinout részletek
Feszültségduplázó áramkör diagramja IC 555 használatával
A fenti példára hivatkozva láthatunk egy IC 555 áramkört, amely asztabil multivibrátor fokozatként van konfigurálva, amely valójában egyfajta oszcillátor, és úgy van kialakítva, hogy pulzáló egyenáramot (ON / OFF) állítson elő a kimeneti pin # 3-on.
Ha emlékszik, ezen a weboldalon egy LED-es fáklyaáramkört tárgyaltunk, amely teljesen azonos módon egy feszültségduplázó áramkört használ, bár az oszcillátorszakaszt egy IC 4049 kapu segítségével hozzák létre.
Alapvetően az IC 555 szakaszt bármely más oszcillátor áramkörrel helyettesítheti, és még mindig megkapja a feszültségduplázó hatást.
Az IC 555 használata azonban egy kis előnnyel jár, mivel ez az IC képes több áramot generálni, mint bármely más IC-alapú oszcillátor áramkör, anélkül, hogy külső áramerősítő fokozatot használna.
Hogyan működik a feszültségduplázó szakasz
Amint az a fenti ábrán látható, a tényleges feszültségszaporítást a D1, D2, C2, C3 szakasz valósítja meg, amelyek félhídként konfigurált 2 fokozatú feszültségszaporító hálózatként vannak konfigurálva.
Az IC 555 pin # 3 helyzetére reagálva ennek a szakasznak a szimulálása egy kicsit nehéz lehet, és még mindig küzdök, hogy az agyamban helyesen működjön.
Az elmém szimulációja szerint az említett feszültségduplázó szakasz működése a következő pontokban megadott módon magyarázható:
- Amikor az IC kimeneti pin # 3 alacsony logikai vagy földi szinten van, a D1 képes feltölteni a C2-t, mivel képes előre előfeszíteni a C2 és a pin # 3 negatív potenciálján keresztül, valamint egyidejűleg a C3 is feltöltődik a D1-en és a D2-n keresztül.
- A következő pillanatban, amint a pin#3 magas logikai vagy pozitív táppotenciálra kerül, a dolgok kissé zavarossá válnak.
- Itt a C2 nem tud a D1-en keresztül kisülni, így van egy ellátási szintű kimenetünk a D1-ről, a C2-ről és a C3-ról is.
- Más online oldalak közül sokan azt mondják, hogy ezen a ponton a C2-ben tárolt feszültségnek és a D1 pozitívjának egyesülnie kell a C3 kimenetével, hogy kétszeres feszültséget kapjunk, ennek azonban nincs értelme.
- Mert amikor a feszültségek párhuzamosan egyesülnek, a nettó feszültség nem nő. A feszültségeknek sorban kell kombinálódniuk ahhoz, hogy a kívánt erősítő vagy megduplázó hatást okozzák.
- Az egyetlen logikus magyarázat, amely levezethető, az, hogy amikor a pin#3 magasra kerül, a C2 negatívja pozitív szinten van, és a pozitív végét szintén a tápellátás szintjén tartják, kénytelen egy fordított töltésimpulzust létrehozni, amely összeadódik a C3 töltésével, ami egy pillanatnyi potenciálcsúcsot okoz, amelynek csúcsfeszültsége kétszerese a tápellátás szintjének.
Ha van egy jobb vagy technikailag helyesebbmagyarázat, kérjük, érezd magad szabadnak, hogy megmagyarázd a megjegyzéseiden keresztül.
Mennyi áram?
Az IC 3. tűje van hozzárendelve, hogy legfeljebb 200mA áramot szolgáltasson, ezért a maximális csúcsáram várhatóan ezen a 200mA szinten lesz, azonban a csúcsok keskenyebbek lesznek a C2, C3 értékektől függően. A nagyobb értékű kondenzátorok lehetővé tehetik a teljesebb áramátvitelt a kimeneten, ezért győződjön meg róla, hogy a C2, C3 értékek optimálisan vannak kiválasztva, körülbelül 100uF / 25V lesz éppen elég
A gyakorlati alkalmazás
Bár egy feszültségduplázó áramkör számos elektronikus áramköri alkalmazáshoz hasznos lehet, egy hobbi alapú alkalmazás lehet egy nagyfeszültségű LED megvilágítása egy alacsony feszültségű forrásból, ahogy az alábbiakban látható:
A fenti kapcsolási rajzban láthatjuk, hogy az áramkört egy 9V-os LED-izzó megvilágítására használják 5V-os tápforrásból, ami általában lehetetlen lenne, ha az 5V közvetlenül a LED-re kerülne.
A frekvencia, a PWM és a feszültség kimeneti szintje közötti összefüggés
A frekvencia bármely feszültségduplázó áramkörben nem döntő fontosságú, azonban a gyorsabb frekvencia segít jobb eredményeket elérni, mint a lassabb frekvenciák.
Hasonlóan a PWM-tartományhoz, a szolgálati ciklusnak nagyjából 50% -nak kell lennie, a szűkebb impulzusok alacsonyabb áramot okoznak a kimeneten, míg a túl széles impulzusok nem teszik lehetővé a megfelelő kondenzátorok optimális kisülését, ami ismét hatástalan kimeneti teljesítményt eredményez.
A tárgyalt IC 555 asztabil áramkörben az R1 bárhol lehet 10K és 100K között, ez az ellenállás a C1-el együtt eldönti a frekvenciát. A C1 következésképpen bárhol lehet 50nF és 0,5uF között.
Az R2 alapvetően lehetővé teszi a PWM vezérlését, ezért ez egy 100K poton keresztül változó ellenállássá tehető.
Az IC 4049 NOT kapuk
Az alábbi CMOS IC alapú áramkör bármely egyenáramú forrásfeszültség megduplázására használható (legfeljebb 15 V DC-ig). A bemutatott kialakítás megduplázza a 4 és 15 V DC közötti bármely feszültséget, és képes lesz a terhelések működtetésére legfeljebb 30 mA-es árammal.
Amint az ábrán látható, ez az egyenfeszültség-kettőző áramkör csak egyetlen IC 4049-et használ a javasolt eredmény eléréséhez.
IC 4049 Pinouts
Circuit Operation
Az IC 4049 összesen hat kapuval rendelkezik, amelyek mindegyike hatékonyan generálja a tárgyalt feszültségduplázási műveleteket. A hat kapu közül kettő oszcillátorként van konfigurálva.
Az ábra bal szélső részén látható az oszcillátor rész.
A 100 K ellenállás és a 0,01 kondenzátor alkotják az alapvető frekvenciát meghatározó komponenseket.
A frekvenciára feltétlenül szükség van, ha feszültséglépcsős műveleteket kell megvalósítani, ezért itt is szükségessé válik egy oszcillátor bevonása.
Ez az oszcilláció hasznos lesz a kimeneten lévő kondenzátorok töltésének és kisütésének inicializálásához, ami a kondenzátorokon lévő feszültség szorzását jelenti oly módon, hogy az eredmény az alkalmazott tápfeszültség kétszerese legyen.
Az oszcillátorból származó feszültség azonban nem alkalmazható lehetőleg közvetlenül a kondenzátorokra, hanem inkább az IC párhuzamosan elhelyezett kapuk egy csoportján keresztül történik.
Ezek a párhuzamos kapuk együttesen jó pufferelést eredményeznek a generátor kapuk által alkalmazott frekvenciához, így az eredő frekvencia erősebb az áram tekintetében, és nem akadozik viszonylag nagyobb terhelések esetén a kimeneteken.
De még mindig szem előtt tartva egy CMOS IC specifikációit, a kimeneti áramkezelési kapacitás nem várható, hogy 40 mA-nél nagyobb legyen.
Az ennél nagyobb terhelés a feszültségszint romlását eredményezi a tápszint felé.
A kimeneti kondenzátorértékek 100uF-ra növelhetők, hogy ésszerűen magasabb hatékonysági szintet kapjunk az áramkörből.
12 voltos tápfeszültséggel, mint az IC bemenete, körülbelül 22 voltos kimenet szerezhető ebből az IC 4049 alapú feszültségduplázó áramkörből.
Alkatrészlista
- R1 = 68K,
- C1 = 680pF,
- C2, C3 = 100 uF/ 25V,
- D1, D2 =1N4148,
- N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
- LED fehér = 3 db.