Ebben a cikkben megtanuljuk, hogyan készítsünk néhány egyszerű egyenáramú és egyenáramú feszültség-duplázó áramkört egyetlen IC 4049 és IC 555 használatával, néhány egyéb passzív alkatrésszel együtt.

Ha kíváncsi arra, hogyan lehet egy egyszerű IC 555-öt felhasználni egy erős feszültség-duplázó áramkör előállítására, akkor ez a cikk segít megérteni a részleteket és otthon megtervezni a tervet.

Mi a feszültségkétszer

A feszültségduplázó olyan áramkör, amely csak diódákat és kondenzátorokat használ a bemeneti feszültség magasabb feszültségű kimenetre emeléséhez, a bemenet nagyságának kétszerese.

Ha még nem ismeri a feszültségkétszerező koncepciót, és vágyik a koncepció alapos elsajátítására, ezen a weboldalon van egy jó kidolgozott cikkünk, amely elmagyarázza a különböző feszültség-szorzó áramkörök az Ön esetére.

A feszültségszorzó koncepciót először John Douglas Cockcroft és Ernest Thomas Sinton Walton brit és ír fizikusok fedezték fel és alkalmazták, ezért nevezik Cockcroft – Walton (CW) generátor.

A feszültség-szorzó kialakításának jó példája tanulmányozható ebben a cikkben, amely kihasználja a koncepciót ionizált levegő előállítása az otthoni levegő tisztításához .

A feszültségkétszerező áramkör egyfajta feszültségszorzó is, ahol a dióda / kondenzátor fokozata csak néhány fokozatra korlátozódik, így a kimenet lehetővé teszi a tápfeszültség kétszeresét meghaladó feszültség előállítását.

“kondenzátor ellenőrzése ohmos mérővel ”

Mivel minden feszültségszorzó áramkör kötelezően váltakozó áramú vagy pulzáló bemenetet igényel, az oszcillátor áramkör elengedhetetlenné válik az eredmények eléréséhez.

IC 555 Pinout részletek

A feszültségkapcsoló áramköri diagramja az IC 555 segítségével

A fenti példára hivatkozva láthatunk egy IC 555 áramkört, amely lenyűgöző multivibrátor fokozatként van konfigurálva, amely valójában az oszcillátor egy formája, és amelynek célja a pulzáló DC (ON / OFF) előállítása a # 3 kimeneti tűnél.

Ha emlékszel, megbeszéltük egy LED-es fáklya áramkör ezen a webhelyen, amely teljesen azonos módon használ feszültség-duplázó áramkört, bár az oszcillátor szakasz az IC 4049 kapuk használatával jön létre.

Alapvetően az IC 555 fokozatot bármely más oszcillátor áramkörrel helyettesítheti, és így is megkapja a feszültség megduplázó hatást.

Az IC 555 használata azonban kismértékű előnyökkel jár, mivel ez az IC nagyobb áramot képes előállítani, mint bármely más IC alapú oszcillátor áramkör, anélkül, hogy bármilyen külső erősítő fokozatot használna.

Hogyan működik a feszültség-duplázó fokozat

Amint a fenti ábrán látható, a tényleges feszültségszorzást a D1, D2, C2, C3 fokozat hajtja végre, amelyek félhíd kétfokozatú feszültségszorzó hálózatként vannak konfigurálva.

Ennek a szakasznak a szimulálása az IC 555-ös 3. tűs helyzetére reagálva kissé nehéz lehet, és még mindig küzdök azért, hogy az agyamban megfelelően futhasson.

Gondolatszimulációm szerint az említett feszültség-duplázó fokozat működése a következő pontokban megmagyarázható:

Amikor a 3. IC kimeneti tű alacsony logikai vagy talajszinten van, a D1 képes tölteni a C2-t, mivel képes előrehaladni a C2-n keresztül és a # 3-as negatív potenciálján keresztül, és egyidejűleg a C3 is töltődik a D1-en és D2-en .
Most, a következő pillanatban, amint a 3. tű nagy logikával vagy pozitív ellátási potenciállal rendelkezik, a dolgok kissé zavarosakká válnak.
Itt a C2 nem képes a D1-en keresztül kisütni, így van ellátási szint kimenetünk D1-től, C2-től és C3-tól is.
Sok más online oldal szerint ezen a ponton a C2-ben tárolt feszültség és a D1 pozitívja állítólag kombinálódik a C3 kimenetével, hogy megduplázott feszültséget eredményezzen, ennek azonban nincs értelme.
Mivel, ha a feszültségek párhuzamosan egyesülnek, a nettó feszültség nem növekszik. A feszültségeknek sorban kell összeállniuk, hogy a kívánt fokozódást vagy megduplázó hatást érjék el.
Az egyetlen logikus magyarázat az, hogy amikor a # 3 tű magas lesz, amikor a C2 negatív értéke pozitív, és pozitív vége szintén az ellátási szinten van, akkor rákényszerül egy fordított töltésű impulzus előállítására, amely összeadódik a C3 értékkel töltést, ami egy pillanatnyi potenciál-tüskét eredményez, amelynek csúcsfeszültsége a tápellátás kétszerese.

Ha jobb vagy technikailag helyesebb a magyarázata, kérjük, nyugodtan magyarázza el észrevételeivel.

Mennyi áram?

Az IC 3. érintkezője legfeljebb 200mA áram leadására van kijelölve, ezért a maximális csúcsáram várhatóan ezen a 200mA szinten lesz, azonban a csúcsok a C2, C3 értékektől függően szűkebbek lesznek. A nagyobb értékű kondenzátorok teljesebb áramátvitelt tehetnek lehetővé a kimeneten, ezért győződjön meg arról, hogy a C2, C3 értékeket optimálisan választották-e meg, kb. 100uF / 25V

Gyakorlati alkalmazás

Bár a feszültségkétszerező áramkör számos elektronikus áramkör alkalmazásban hasznos lehet, hobbi alapú alkalmazás lehet egy nagyfeszültségű LED megvilágítása kisfeszültségű forrásból, az alábbiak szerint:

A fenti kapcsolási rajzon láthatjuk, hogyan használják az áramkört egy 9V-os LED-es izzó megvilágítására egy 5V-os tápforrásból, ami általában lehetetlen, ha az 5V-ot közvetlenül a LED-re helyezik.

A frekvencia, a PWM és a feszültség kimeneti szintje közötti kapcsolat

A feszültségkettős áramkör frekvenciája nem döntő fontosságú, azonban a gyorsabb frekvencia jobb eredmények elérését segíti elő, mint a lassabb frekvenciák.

Hasonlóan a PWM tartományhoz, a munkaciklusnak nagyjából 50% -nak kell lennie, a keskenyebb impulzusok alacsonyabb értéket okoznak áram a kimeneten , míg a túl széles impulzusok nem teszik lehetővé az érintett kondenzátorok optimális kisütését, ami ismét hatástalan kimeneti teljesítményt eredményez.

A tárgyalt IC 555 astable áramkörben az R1 10K és 100K között lehet, ez az ellenállás és a C1 együtt dönt a frekvenciáról. A C1 következésképpen 50 nF és 0,5 uF között lehet.

Az R2 alapvetően lehetővé teszi a PWM vezérlését, ezért ezt egy 100K poton keresztül változtatható ellenállássá lehet alakítani.

IC 4049 NOT kapuk használata

A következő CMOS IC alapú áramkör használható bármely DC forrás feszültségének (akár 15 V DC) megduplázására. A bemutatott terv megduplázza a 4-15 V DC közötti feszültséget, és 30 mA-nél nem nagyobb áramerősséggel képes terheléseket működtetni.

Amint az a diagramon látható, ez az egyenfeszültség-duplikátor áramkör csak egyetlen IC 4049-et alkalmaz a javasolt eredmény elérése érdekében.

IC 4049 csatlakozók

Áramkör működtetése

Az IC 4049-nek összesen hat kapuja van, amelyek mindegyike hatékonyan képes előállítani a tárgyalt feszültség-duplázási műveleteket. A hatból két kapu oszcillátorként van konfigurálva.

A diagram bal szélső része az oszcillátor szakaszát mutatja.

A 100 K ellenállás és a 0,01 kondenzátor alkotják az alapfrekvenciát meghatározó komponenseket.
Frekvencia feltétlenül szükséges, ha feszültség léptető lépéseket kell végrehajtani, ezért itt is szükségessé válik egy oszcillátor bevonása.

Ezek az oszcillációk hasznosak lehetnek a töltés beindításához és a kimeneten egy kondenzátor készlet kisütéséhez, amely a kondenzátorkészlet feszültségének a szorzatát oly módon növeli, hogy az eredmény az alkalmazott tápfeszültség kétszerese lesz.

Az oszcillátor feszültségét azonban nem lehet előnyösen közvetlenül a kondenzátorokra alkalmazni, inkább az IC kapuinak párhuzamosan elrendezett csoportján keresztül.

Ezek a párhuzamos kapuk együtt jó pufferolást generálnak az alkalmazott frekvenciára a generátor kapuitól, így az eredő frekvencia erősebb az árammal szemben, és nem ingadozik a kimeneteken viszonylag nagyobb terhelések mellett.

De a CMOS IC specifikációit szem előtt tartva a kimeneti áram kezelési kapacitása várhatóan nem lesz nagyobb 40 mA-nél.

Ennél nagyobb terhelések a feszültség szintjének romlását eredményezik a tápszint felé.

A kimeneti kondenzátor értékei 100 uF-ra növelhetők, hogy ésszerűen magasabb hatékonyságot érjenek el az áramkörből.

12 V-os tápfeszültségként az IC-hez kb. 22 V-os kimenet nyerhető ebből az IC 4049 alapú feszültségkettős áramkörből.