2 doble kretser for enkel spenning diskutert

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





I denne artikkelen lærer vi hvordan du lager et par enkle DC til DC spenningsdobler kretser ved hjelp av en enkelt IC 4049 og IC 555 sammen med noen få andre passive komponenter.

Hvis du lurer på hvordan en enkel IC 555 kan brukes til å lage en kraftig spenningsdobler-krets, vil denne artikkelen hjelpe deg med å forstå detaljene og konstruere designet hjemme.



Hva er en spenningsdobler

En spenningsdobler er en krets som bare bruker dioder og kondensatorer for å heve en inngangsspenning til en høyere spenningsutgang, dobbelt så stor som inngangen.

Hvis du er ny i spenningsdobler-konseptet og ønsker å lære konseptet grundig, har vi en god forseggjort artikkel på dette nettstedet som forklarer forskjellige spenningsmultiplikatorkretser for din referanse.



Spenningsmultiplikatorkonsept ble først oppdaget og brukt praktisk talt av britiske og irske fysikere John Douglas Cockcroft og Ernest Thomas Sinton Walton, derfor kalles det også Cockcroft – Walton (CW) generator.

Et godt eksempel på en spenningsmultiplikatordesign kan studeres gjennom denne artikkelen som utnytter konseptet for generere ionisert luft for å rense luft i hjemmene .

En spenningsdobler-krets er også en form for spenningsmultiplikator der diode / kondensator-trinnet er begrenset til bare et par trinn, slik at utgangen får lov til å produsere en spenning som kan være to ganger av forsyningsspenningen.

Siden alle spenningsmultiplikatorkretser obligatorisk krever en AC-inngang eller en pulserende inngang, blir en oscillatorkrets viktig for å oppnå resultatene.

IC 555 Pinout-detaljer

IC 555 pinout detaljer, bakken, Vcc, reset, terskel, utladning, kontrollspenning

Kretsdiagram over spenningsdobler ved bruk av IC 555

IC 555 spenningsdobler krets

Med henvisning til eksemplet ovenfor kan vi se en IC 555-krets konfigurert som et astabelt multivibratortrinn, som faktisk er en form for oscillator, og er designet for å produsere en pulserende DC (PÅ / AV) ved utgangsstiften # 3.

Hvis du husker, hadde vi diskutert en LED-fakkelkrets på dette nettstedet, som ganske identisk bruker en spenningsdobler-krets, om enn oscillatorseksjonen er opprettet ved hjelp av en IC 4049-porter.

I utgangspunktet kan du erstatte IC 555-trinnet med en hvilken som helst annen oscillatorkrets og fortsatt få spenningsdoblingseffekten.

Imidlertid har bruk av IC 555 en liten fordel siden denne IC er i stand til å generere mer strøm enn noen annen IC-basert oscillatorkrets uten å bruke noen ekstern strømforsterker.

Hvordan Spenningsdobler-scenen fungerer

Som det kan sees i diagrammet ovenfor, implementeres den faktiske spenningsmultiplikasjonen av D1, D2, C2, C3 trinnet, som er konfigurert som et halvbro 2-trinns spenningsmultiplikator nettverk.

Å simulere dette stadiet som svar på IC 555s pin # 3-situasjon kan være litt vanskelig, og jeg sliter fortsatt med å få det til å løpe riktig i hjernen min.

I henhold til min tankesimulering kan virkningen av det nevnte spenningsdobler-trinnet forklares som gitt i følgende punkter:

  1. Når IC-utgangsstiften # 3 har lav logikk eller bakkenivå, er D1 i stand til å lade C2, siden den er i stand til å forspenne fremover gjennom C2 og tapp nr. 3s negative potensial, samtidig blir C3 ladet via D1 og D2 .
  2. Nå, i neste øyeblikk, så snart pin nr. 3 har høy logikk eller med et positivt tilbudspotensial, blir ting litt forvirrende.
  3. Her klarer ikke C2 å slippe ut via D1, så vi har en forsyningsnivåutgang fra D1, fra C2 og fra C3 også.
  4. Mange av de andre nettstedene sier at på dette tidspunktet skal den lagrede spenningen inne i C2, og det positive fra D1, kombinere med utgangen til C3 for å produsere en doblet spenning, men det gir ikke mening.
  5. Fordi når spenninger kombineres parallelt, øker ikke nettospenningen. Spenningene må kombineres i serie for å forårsake ønsket boosting eller dobling.
  6. Den eneste logiske forklaringen som kan utledes er at når pin # 3 blir høy, C2s negative er på det positive nivået og den positive enden også holdes på forsyningsnivået, blir den tvunget til å produsere en omvendt ladepuls som tillegger C3 lading, forårsaker en øyeblikkelig potensiell pigg som har en toppspenning dobbelt så mye som forsyningsnivået.

Hvis du har en bedre eller teknisk mer korrekt beskrivelse, er du velkommen til å forklare det gjennom dine kommentarer.

Hvor mye strøm?

Pin # 3 på IC er tildelt til å levere maksimalt 200mA strøm, derfor kan den maksimale toppstrømmen forventes å være på dette 200mA nivået, men toppene vil bli smalere avhengig av C2, C3 verdiene. Kondensatorer med høyere verdi kan muliggjøre fullere strømoverføring over utgangen, sørg derfor for at C2-, C3-verdiene er optimalt valgt, rundt 100uF / 25V vil være akkurat nok

En praktisk applikasjon

Selv om en spenningsdobler-krets kan være nyttig for mange elektroniske kretsapplikasjoner, kan en hobbybasert applikasjon være å belyse en høyspennings-LED fra en lavspenningskilde, som vist nedenfor:

IC 555 dobbeltspenningskrets med LED

I kretsdiagrammet ovenfor kan vi se hvordan kretsen brukes til å belyse en 9V LED-pære fra en 5V forsyningskilde, noe som normalt ville være umulig hvis 5V ble brukt direkte på LED-en.

Forholdet mellom frekvens, PWM og spenningsutgangsnivået

Frekvensen i en hvilken som helst spenningsdobler-krets er ikke avgjørende, men raskere frekvens vil hjelpe deg med å få bedre resultater enn langsommere frekvenser.

Tilsvarende for PWM-området bør driftssyklusen være omtrent 50%, smalere pulser vil føre til lavere strøm ved utgangen , mens for brede pulser ikke vil tillate at de aktuelle kondensatorene utlades optimalt, noe som igjen resulterer i en ineffektiv utgangseffekt.

I den omtalte IC 555 astable kretsen kan R1 være hvor som helst mellom 10K og 100K, denne motstanden sammen med C1 bestemmer frekvensen. C1 kan følgelig være hvor som helst mellom 50nF og 0,5uF.

R2 vil i utgangspunktet gjøre det mulig for deg å kontrollere PWM, derfor kan dette gjøres til en variabel motstand gjennom en 100K pott.

Bruker IC 4049 IKKE porter

Følgende CMOS IC-baserte krets kan brukes til å doble en hvilken som helst DC-kildespenning (opptil 15 V DC). Den presenterte designen vil doble hvilken som helst spenning mellom 4 og 15 V DC og vil kunne betjene belastninger med strøm ikke mer enn 30 mA.

Som det kan sees i diagrammet, bruker denne likspenningsdobler-kretsen bare en enkelt IC 4049 for å oppnå det foreslåtte resultatet.

IC 4049 Pinouts

IC 4049 pinout diagram spesifikasjoner

Kretsdrift

IC 4049 har seks porter som alle er effektive for å generere de diskuterte spenningsdoblingshandlingene. To av portene av de seks er konfigurert som en oscillator.

Ytterst til venstre i diagrammet viser oscillatorseksjonen.

100 K-motstanden og 0,01 kondensatoren danner de grunnleggende frekvensbestemmende komponentene.
En frekvens er absolutt nødvendig hvis en spenningstrinnshandling må implementeres, derfor blir også involvering av en oscillator nødvendig.

Disse svingningene blir nyttige for å initialisere ladingen og tømme et sett kondensatorer ved utgangen som tilsvarer multipliseringen av spenningen over settet med kondensatorer på en slik måte at resultatet blir det dobbelte av den påførte forsyningsspenningen.

Imidlertid kan ikke spenningen fra oscillatoren fortrinnsvis påføres kondensatorene direkte, men den gjøres gjennom en gruppe porter til IC anordnet på en parallell måte.

Disse parallelle portene gir sammen en god bufring til den påførte frekvensen fra generatorportene, slik at den resulterende frekvensen er sterkere i forhold til strøm og ikke vakler med relativt høyere belastninger ved utgangene.

Men fremdeles med spesifikasjonene til en CMOS IC i bakhodet kan ikke utgangsstrømhåndteringskapasiteten forventes å være større enn 40 mA.

Høyere belastninger enn dette vil føre til forverring av spenningsnivået mot forsyningsnivået.

Utgangskondensatorverdiene kan økes til 100uF for å få rimelig høyere effektivitetsnivåer fra kretsen.

Med 12 volt som forsyningsinngang til IC, kan en utgang på rundt 22 volt anskaffes fra denne IC 4049-baserte spenningsdobler-kretsen.

IKKE gate spenningsdobler krets

Deleliste

  • R1 = 68K,
  • C1 = 680pF,
  • C2, C3 = 100 uF / 25V,
  • D1, D2 = 1N4148,
  • N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
  • Hvite lysdioder = 3 nr.



Forrige: Bygg et hjemmelaget GSM-bilsikkerhetssystem Neste: Hvordan måle vekselstrømsvolum ved bruk av IC 741