Tässä artikkelissa opitaan, kuinka tehdä pari yksinkertaista DC-DC-jännitteen kaksinkertaistajapiiriä käyttämällä yhtä IC 4049 ja IC 555 yhdessä muutaman muun passiivisen komponentin kanssa.

Jos mietit, kuinka yksinkertaisella IC 555: llä voidaan tehdä tehokas jännitteen kaksinkertaistinpiiri, tämä artikkeli auttaa sinua ymmärtämään yksityiskohtia ja rakentamaan suunnittelua kotona.

Mikä on jännitteen kaksinkertaistin

Jännitteen kaksinkertaistin on piiri, joka käyttää vain diodeja ja kondensaattoreita syöttöjännitteen nostamiseen korkeampaan jännitelähtöön, joka on kaksinkertainen tulon suuruuteen.

Jos olet uusi jännitekaksoiskonseptissa ja haluat oppia käsitteen perusteellisesti, meillä on tällä verkkosivustolla hyvä yksityiskohtainen artikkeli, jossa selitetään erilaisia jännitteen kerroinpiirit viitteellesi.

Jännitteen kertoimen konseptin löysivät ja käyttivät käytännössä brittiläiset ja irlantilaiset fyysikot John Douglas Cockcroft ja Ernest Thomas Sinton Walton, joten sitä kutsutaan myös Cockcroft – Walton (CW) -generaattori.

Hyvää esimerkkiä jännitteen kertojan suunnittelusta voidaan tutkia tämän artikkelin avulla, jossa hyödynnetään käsitettä ionisoidun ilman tuottaminen ilman puhdistamiseksi kodeissa .

Jännitteen kaksinkertaistinpiiri on myös jännitteen kertoimen muoto, jossa diodi / kondensaattorivaihe on rajoitettu vain muutamaan vaiheeseen, joten lähdön annetaan tuottaa jännite, joka voi olla kaksinkertainen syöttöjännitteestä.

“millaista kondensaattoria tarvitsen ”

Koska kaikki jännitekerroinpiirit edellyttävät pakollisesti vaihtovirta- tai sykkivää tuloa, oskillaattoripiiri on välttämätön tulosten saavuttamiseksi.

IC 555 Pinout-tiedot

IC 555 pinoutin yksityiskohdat, maa, Vcc, nollaus, kynnys, purkaus, ohjausjännite

Piirikaavio jännitteen kaksoiskytkimestä IC 555: n avulla

Viitaten yllä olevaan esimerkkiin voimme nähdä IC 555 -piirin, joka on konfiguroitu astable multivibraattorivaiheeksi, joka on itse asiassa oskillaattorin muoto ja joka on suunniteltu tuottamaan sykkivää DC: tä (ON / OFF) ulostulotapillaan # 3.

Jos muistat, olimme keskustelleet LED-poltinpiiri tällä verkkosivustolla, joka käyttää täysin identtisesti jännitteen kaksinkertaistamispiiriä, vaikka oskillaattoriosa on luotu käyttämällä IC 4049 -portteja.

Pohjimmiltaan voit korvata IC 555 -vaiheen muulla oskillaattoripiirillä ja saada silti jännitteen kaksinkertaistumisen.

IC 555: n käyttämisellä on kuitenkin pieni etu, koska tämä IC pystyy tuottamaan enemmän virtaa kuin mikään muu IC-pohjainen oskillaattoripiiri käyttämättä mitään ulkoista virtavahvistinta.

Kuinka jännitteen kaksinkertaistamisvaihe toimii

Kuten yllä olevasta kaaviosta voidaan nähdä, varsinainen jännitteen kertolasku toteutetaan vaiheilla D1, D2, C2, C3, jotka on konfiguroitu puolisillan kaksivaiheiseksi jännitteen kerroinverkkoksi.

Tämän vaiheen simulointi vastauksena IC 555: n nastan nro 3 tilanteeseen voi olla hieman vaikeaa, ja kamppailen edelleen saadakseni sen toimimaan aivoissa oikein.

Mielen simulaation mukaan mainitun jännitteen kaksinkertaistamisvaiheen toiminta voidaan selittää seuraavissa kohdissa annetulla tavalla:

Kun IC-lähtönasta # 3 on matalalla logiikalla tai maanpinnalla, D1 pystyy lataamaan C2: ta, koska se pystyy siirtymään eteenpäin esijännitettynä C2: n ja nasta # 3: n negatiivisen potentiaalin kautta, myös samanaikaisesti C3 ladataan D1: n ja D2: n kautta .
Nyt, seuraavassa hetkessä heti, kun nasta # 3 on korkealla logiikalla tai positiivisella tarjontapotentiaalilla, asiat hämmentyvät.
Tässä C2 ei pysty purkautumaan D1: n kautta, joten meillä on syöttötasolähtö D1: stä, C2: sta ja myös C3: sta.
Monet muut online-sivustot sanovat, että tässä vaiheessa C2: een tallennetun jännitteen ja D1: n positiivisen oletetaan yhdistyvän C3: n lähtöön kaksinkertaisen jännitteen tuottamiseksi, mutta sillä ei ole järkeä.
Koska kun jännitteet yhdistyvät rinnakkain, nettojännite ei kasva. Jännitteiden on yhdistettävä sarjaan aiheuttaakseen halutun tehostuksen tai kaksinkertaisen vaikutuksen.
Ainoa johdettavissa oleva selitys on, että kun nasta # 3 nousee korkeaksi, C2: n negatiivinen on positiivisella tasolla ja sen positiivinen pää pidetään myös syöttötasolla, se on pakko tuottaa käänteisen latauksen pulssi, joka summautuu C3: een lataus aiheuttaen hetkellisen potentiaalipiikin, jonka huippujännite on kaksinkertainen syöttötasoon nähden.

Jos sinulla on parempi tai teknisesti oikeampi selitys, voit selittää sen vapaasti selittämällä kommenttisi.

Kuinka paljon nykyistä?

IC: n nasta # 3 on osoitettu tuottamaan enintään 200 mA: n virta, joten suurimman huippuvirran voidaan odottaa olevan tällä 200 mA: n tasolla, mutta piikit kapenevat C2-, C3-arvojen mukaan. Suurempiarvoiset kondensaattorit saattavat mahdollistaa täydellisemmän virransiirron lähdön yli, joten varmista, että C2-, C3-arvot on valittu optimaalisesti, noin 100uF / 25V riittää

Käytännön sovellus

Vaikka jännitteen tuplainkytkentäpiiri voi olla hyödyllinen monissa elektronisissa piirisovelluksissa, harrastuksiin perustuva sovellus voi olla suurjännite-LED-valojen sytyttäminen pienjännitelähteestä, kuten alla on esitetty:

Yllä olevasta kytkentäkaaviosta voimme nähdä, kuinka virtapiiriä käytetään 9 V: n LED-lampun valaisemiseen 5 V: n virtalähteestä, mikä olisi normaalisti mahdotonta, jos 5 V kytkettäisiin suoraan LED: ään.

Taajuuden, PWM: n ja jännitteen lähtötason välinen suhde

Taajuus missään jännitteen kaksinkertaistamispiirissä ei ole ratkaiseva, mutta nopeampi taajuus auttaa sinua saamaan parempia tuloksia kuin hitaammat taajuudet.

Vastaavasti PWM-alueella käyttöjakson tulisi olla noin 50%, kapeammat pulssit aiheuttavat pienemmän virta ulostulossa , kun taas liian leveät pulssit eivät salli asianomaisten kondensaattorien purkautua optimaalisesti, mikä taas johtaa tehottomaan lähtötehoon.

Esitetyssä IC 555 -stabiilipiirissä R1 voi olla missä tahansa välillä 10K - 100K, tämä vastus yhdessä C1: n kanssa päättää taajuuden. C1 voi siten olla välillä 50 nF - 0,5 uF.

R2 mahdollistaa periaatteessa PWM: n hallinnan, joten tästä voidaan tehdä muuttuva vastus 100K potin kautta.

Käyttämällä IC 4049 EI portteja

Seuraavaa CMOS IC -piiriä voidaan käyttää minkä tahansa tasavirtalähteen jännitteen kaksinkertaistamiseen (enintään 15 V DC). Esitetty malli kaksinkertaistaa kaiken jännitteen välillä 4-15 V DC ja pystyy käyttämään kuormia enintään 30 mA virralla.

Kuten kaaviosta voidaan nähdä, tämä tasajännitteen kaksinkertaistinpiiri käyttää vain yhtä IC 4049: tä ehdotetun tuloksen saavuttamiseksi.

IC 4049 Pinouts

Piirin käyttö

IC 4049: ssä on kaikkiaan kuusi porttia, jotka kaikki ovat tehokkaita käsiteltyjen jännitteen kaksinkertaistamistoimien muodostamiseksi. Kaksi portista kuudesta on konfiguroitu oskillaattoriksi.

Kaavion vasemmassa reunassa näkyy oskillaattoriosa.

100 K: n vastus ja 0,01-kondensaattori muodostavat taajuuden peruskomponentit.
Taajuutta vaaditaan ehdottomasti, jos jännitteen porrastustoimet on toteutettava, joten myös tässä tapauksessa oskillaattorin osallistuminen on välttämätöntä.

Näistä värähtelyistä on hyötyä aloitettaessa latauksen ja purkaessa joukko kondensaattoreita ulostulossa, mikä tarkoittaa jännitteen kertomista kondensaattorisarjan yli siten, että tuloksesta tulee kaksinkertainen käytetty syöttöjännite.

Oskillaattorin jännitettä ei kuitenkaan voida edullisesti soveltaa suoraan kondensaattoreihin, vaan se tapahtuu rinnakkain järjestetyn IC-porttiryhmän läpi.

Nämä rinnakkaisportit tuottavat yhdessä hyvän puskuroinnin generaattoriporttien käytetylle taajuudelle siten, että tuloksena oleva taajuus on vahvempi virtaan nähden eikä horjua suhteellisen suuremmilla kuormituksilla lähdöissä.

Mutta pitäen silti CMOS-IC: n tekniset tiedot mielessä, lähtövirran käsittelykapasiteetin ei voida olettaa olevan suurempi kuin 40 mA.

Tätä suuremmat kuormitukset johtavat jännitetason heikkenemiseen syöttötasoa kohti.

Lähtökondensaattorin arvot voidaan nostaa 100uF: iin, jotta saadaan piiriltä kohtuullisen korkeammat hyötysuhteet.

Kun 12 voltin syöttö tulo IC: lle, noin 22 voltin lähtö voidaan hankkia tästä IC 4049 -perusteisesta jännitteen kaksinkertaistajapiiristä.