Как получить отрицательное напряжение.
Оказалось, что когда речь заходит об отрицательном напряжении, первый вопрос, который возникает у людей: «Как такое может быть? Как напряжение может быть отрицательным?»
Поэтому хотел бы чуть подробнее остановиться на том, что такое отрицательное напряжение и где оно может пригодиться.
Если меня спросят на каком этаже я живу, то не задумываясь скажу, что на пятом и мой ответ понятен каждому, всё дело в том, что мы привыкли отсчитывать этажи от земли. А для соседа с 10 этажа, если он свой этаж примет за точку отсчёта, я живу на -5 этаже. Так же и в электронике, измеряемое напряжение зависит от точки отсчёта, от точки которую мы приняли за ноль. Обычно такую точку, относительно которой ведётся отсчёт, называют землёй и тогда становится понятно, что раз напряжение — величина относительная, то может быть равна как 5 так и -5 вольтам, всё зависит от точки отсчёта.
Давайте рассмотрим схемы, изображённые ниже.
На схеме изображён делитель напряжения, который запитан от 10 вольт. Если мы будем измерять напряжение относительно отрицательного провода, то в точке B будет 5 вольт, а в точке С будет 10 вольт. А давайте в качестве точки отсчёта выберем точку B(средняя схема), тогда в точке А у нас будет -5 вольт, а в точке С будет 5 вольт. Ну а если примем за точку отсчёта точку С(правая схема), то в точках B и A у нас будет, -5 и -10 вольт соответственно.
Но что интересно,нельзя найти устройство, которое питается отрицательным напряжением, а услышать про отрицательное напряжение можно лишь, когда речь заходит о двухполярном питании. Ну вот только с одним, чуть разобрались и снова, какие-то умные слова. На самом деле ничего хитрого в двухполярном питании нет. Если для работы электронного компонента необходимо положительное и отрицательное напряжение(средняя схема на картинке выше), то говорят, что ему необходимо двухполярное питание.
В каком случае двухполярное питание может пригодиться? Рассмотрим простой пример, если на один из входов ОУ, питающегося положительным напряжением, подать отрицательное напряжение, то ничего не произойдёт, он просто не знает про существование отрицательного напряжения и сделать с ним ничего не может.
Кто-то из читателей, может подумать: «Вон выше схема на резисторах, используешь её и получаешь двухполярное питание, чего тут дальше читать?» А нет, всё не так просто, у схемы на резисторах есть один недостаток — отсутствие стабилизации средней точки, то есть при разной нагрузке в плечах, будет смещаться напряжение общей точки, тогда при подключении разной нагрузки на выходе будет не 5 и -5 вольт, а например, 4 и -6 вольт. Поэтому схема на резисторах — не самый лучший вариант.
Чёт мы я отвлёкся от темы, и так мне надо было организовать двухполярное питание и вопрос возникал в том как получить -5 вольт с током до 20мА. Дабы не усложнять себе жизнь, использовал две последовательно включенные зарядки от телефона. Точку в которой соединялся плюс одной зарядки с минусом другой принял за точку отсчёта(землю), тогда зарядка, у которой остался не подключённым плюсовой вывод, использовалась для получения 5 вольт, та у которой не подключён минусовой вывод для получения -5 вольт.
Прошло немного времени и стало понятно, что таскать две зарядки для одного устройства неудобно и хорошо было найти более простой способ получить отрицательное напряжение. Вариантов было два: первый — это собрать на рассыпухе источник отрицательного напряжения, второй — купить готовую микросхему, которая бы из положительного напряжения сделала отрицательное. Немного поискав в интернете, нашёл LM828, которая при подаче на вход положительного напряжения, на выходе выдавала такое же только отрицательной полярности. Идея использовать такую микросхему, показалась мне очень заманчивой поэтому сразу сделал заказ на али. Когда микросхема пришла, вытравил маленькую платку и монтировал её на основную плату и теперь для пользования устройством нужна только одна зарядка. Хотелось бы отметить, что номинал конденсаторов в обвязке микросхемы по даташиту равен 10uF, но при увеличении нагрузки микросхема начала пищать, поэтому увеличил их значение до 47uF.
Источник
Как получить минусовое напряжение
Как можно получить источник отрицательного напряжения? Любой учебник скажет — да просто переверни батарейку и все. И это действительно так! Вопрос — зачем я тогда вообще пишу статью? А вот если батарейку нельзя перевернуть? А если нужно именно от этой батарейки в текущей цепи получить отрицательное напряжение, помимо положительного относительно общей земли…
В общем, далее пойдет повествование в стили «нуба» коим я и являюсь, с попыткой разобраться, как это все работает.
После рассмотрения схем с катушками и прочими-прочими наворотами, я остановился на схеме ниже:
Автор статьи — ты реально гениальный парень :). Респект.
Вот описание ее работы (почему в качестве первой выбрал эту схему, потому что работа ее неплохо разжевана автором, небольшое количество элементов, но и интересный как по мне функционал):
Схема работает следующим образом: На вход схемы поступают прямоугольные импульсы частотой 10 кГц. При отсутствии логической единицы на входе преобразователя (паузы между импульсами), транзистор VT1 и VT3 закрыты, а транзистор VT2 открыт. Происходит заряд конденсатора С1 по цепи: +12 вольт источника питания — коллектор-эмиттер транзистора VT2 — конденсатор С1 — диод VD1 — корпус — -12 вольт источника питания. При появлении на входе преобразователя логической единицы, транзистор VT1 и VT3 открываются, а транзистор VT2 закрывается. Происходит разряд конденсатора С1 на конденсатор С2 по цепи: + конденсатора С1 — эмиттер-коллектор транзистора VT3 — корпус — конденсатор С2 — диод VD2 — конденсатор С1. Схема проста в изготовлении и работает сразу после сборки, без какого либо подбора элементов.
Достаточно просто. В связи с тем, что не было под рукой транзисторов как на схеме решил собрать на других, ниже таблица замены:
| Оригинальный транзистор | Транзистор замены |
|---|---|
| КТ315Б | SS8050 331 (стянутый со сломанной игрушки) |
| КТ815Г | BD139 (подбирал по максимальному коллекторному току в 1А) ибо черзе этот транзистор будет проходить ток нагрузки |
| КТ814Г | BD140(аналогично предыдущему) |
Решил вначале схему отмоделировать в LTSpice. Вот что получилось.
Модель номер 1 — с оригинальными компонентами:
Как видно в модели, напряжение в течении 100мс растет, моделировть дальше не стал, т.к видно что моделирование дает подобные результаты описанию.
А вот при уменьшении нагрузочного резистора(R5) до 100 Ом (предположительный ток -9В/100Ом=90мА) напряжение выходное просаживается до -4.5В. В модельке у меня не получилось добиться поддержки токов более 50мА.
Модель номер 2 — уже с моими компонентами:
С моими подобранными транзисторами моделирование показывает, что зарядка конденсаторов происходит более быстро и на -9В устройство выходит гораздо быстрее. Но при уменьшении нагрузочного резистора (R5) ситуация с выходным напряжением повторяется, оно проседает до -5В.
Попробую собрать схему на макетной плате.
Список необходимых деталей: компоненты для генератора, который подает прямоугольные импульсы на вход транзистора Q1:
- Таймер 555 — 1 шт
- Конденсатор 100нФ — 1 шт
- Конденсатор 2.2нФ — 1 шт
- Резистор 2.2К — 1 шт
- Резистор 22К — 1 шт
компоненты самого преобразователя положительного в отрицательное напряжение:
- транзистор BD139 — 1 шт
- транзистор BD140 — 1 шт
- транзистор SS8050 331 — 1 шт
- диод 4007N — 2шт
- конденсатор 220 мкФ (16В) — 2 шт
- россыпь резисторов 🙂
Генератор решил сделать на таймере, а не сооружать мультивибратор, так пока проще. Вот рассчет и схема генератора: 
Ниже собранная схема(вид сверху) и проверка выходной частоты на осциллографе:
| Фото 1 | Фото 2 |
|---|---|
 |  |
На втором снимке можно рассмотреть dT = 76.7uS т.е 1/0.0000767=13037Гц. Автор использует 10КГц, я экспериментально изменял частоту с 13 до 1КГц(хотя автор и приводил формулу почему именно 10КГц, но интересно же все-таки). Особого эффекта при уменьшении частоты не наблюдал, медленнее происходил выход на рабочий уровень напряжения. А вот если увеличивать частоту, то при частотах более 100КГц емкости попросту не успевают заряжаться и на выходе стоит напряжение близкое к нулю.
Вот собранная схема генератора и преобразователя. По фотографии ничего не понятно, привожу ее для устрашения
| Фото 1 | Фото 2 |
|---|---|
 |  |
Вторая фотография — это замеры на нагрузке.
осциллограф показывает сигнал с генератора, а голубая линия показывает уровень напряжения на нагрузке левый мультиметр показывает напряжение на нагрузке правый мультиметр показывает силу тока протекающего через нагрузку, можно определить какое стоит сопротивление нагрузки: -8.9В/-0.00188А=4734Ом Т.е круто — схема работает. Одна беда, решил поэкспериментировать с нагрузкой и как будет меняться выходное сопротивление и сила тока через нагрузку на практике. Ниже таблица:
| Номер | Uвых,В | Iнагр,мА | R,Ом |
|---|---|---|---|
| 1 | -9.63 | -1.02 | 9441 |
| 2 | -9.5 | -1.44 | 6597 |
| 3 | -9.44 | -1.85 | 5102 |
| 4 | -9.3 | -2.62 | 3549 |
| 5 | -9.01 | -4.60 | 1958 |
| 6 | -8.52 | -8.75 | 973 |
| 7 | -7.85 | -14.74 | 532 |
| 8 | -6.94 | -27.1 | 256 |
| 9 | -2.22 | -92.1 | 24 |
Как по мне — приемлемое напряжение считаю до 8ого измерения. Т.е схему можно нагружать нагрузкой не менее 260 ом. Ниже — идет уже большое отклонение >30%.
Можно ли как-то обосновать математически — почему у автора схема на нагрузку может выдавать до 300мА, а у меня только 30мА? Я пока не могу, но попробую в следующей статье рассчитать эту схему, если получится конечно.
Источник
Отрицательное напряжение из положительного на max660 или max865
Для питания портативной электроники сегодня очень удобно применять dc-dc преобразователи напряжения. Особый интерес представляют микросхемы, способные создать отрицательное напряжение из положительного с минимумом внешних компонентов. Рассмотрим подробнее две хорошо зарекомендовавшие себя микросхемы от прославленной компании Maxim — MAX660 и MAX865.
Микросхема MAX660
Это улучшенный и доработанный потомок микросхемы max7660. Которая выпускается далеко не только фирмой maxim. При этом характеристики микросхемы у разных производителей могут отличаться…
Но вернемся к max660.
Схема включения MAX660
Существует 2 схемы включения max660, преследующие разные цели:
.
• Инвертор входного напряжения Uвых= -Uвх
• Удвоитель входного напряжения Uвых=2*Uвх
Микросхема выпускается в корпусах DIP8 и SO-8. Как видно из представленных схем диапазон входных напряжений по схеме инвертора на Max660 лежит в пределах от 1.5 до 5.5 вольт, а по схеме удвоителя напряжения 2.5-5.5 Вольт.
Принцип преобразования тут емкостной. И для нормальной работы микросхема требует наличия на выводах CAP+ и CAP- (выводы 2 и 4), а так же на выходе конденсаторов емкостью от 100uF. В даташите указывается емкость от 47мкФ, но из их же графиков следует, что лучше ставить конденсаторы емкостью не меньше 100мкф. Лучше поставить 150-200 мкФ танталовых конденсаторов. Использовать бОльшую емкость особого смысла не имеет. Конденсаторы могут быть и не танталовыми, но они должны обладать низким ESR, чтобы иметь возможность очень шустро отдать требуемый ток.
Микросхема может отдать в нагрузку ток в 100mA, что очень даже хорошо. Но проседание выходного напряжения при этом составит 0.65В, что уже не так хорошо. Если требуется ток больше указанного, можно включить две микросхемы «в параллель». При этом емкость используемая для преобразования у каждой микросхемы должна быть своя, т.е по 100-200 мкФ, а выходная емкость общая и равная сумме выходных емкостей отдельных преобразователей, что вполне логично.
Если вам было лень читать много буковок, то можно послушать умного дядю, посмотрев короткое видео:
MAX660 в питании звуковых цепей.
Работа dc-dc преобразователя на MAX660 возможна на двух частотах — 10 и 80 кГц. Первый вариант не интересен, так как лежит в слышимом диапазоне частот.
Хорошая новость в том, что можно заставить микросхему работать на частоте преобразования 80кГц, подав на вывод FC ( вывод 1) В таком случае даташит гарантирует частоту преобразования не ниже 40 кГц, что для нас уже вполне устраивает.
Тактирующие импульсы могут быть поданы и с собственного генератора на ногу OSC (вывод 7 ). К указанному выводу подключен встроенный конденсатор емкостью 15пФ. Подключением внешнего конденсатора можно снизить частоту до требуемого значения.
Вся прелесть заключается в том, что микросхема не дает кучи лишнего шума по цепям питания, как это делает всеми любимая mc34063.
Преобразователь на данной микросхеме прекрасно работает с усилителем для наушников на NE5532, по схеме из статьи: Высококачественный усилитель для наушников на ОУ по разумной цене , даже не смотря на то, что у NE5532 минимальное напряжение питания ±5В.
При помощи микросхемы макс 660 очень удобно делать двухполярное питание из однополярного. Минус заключается в том, что если источником питания служит аккумулятор, то по мере его разряда падает как положительное напряжение питания, так и отрицательное. При использовании литиевого аккумулятора на полном заряде питание составить ±4.2В, а при разряженном ±3.2 вольта.
Хотите больший размах напряжений? -пожалуйста, MAX865 в студию
Микросхема MAX865
В отличие от 660-ой, dc-dc преобразователь на MAX865 представляет из себя два конвертера. По сути это повышающий и инвертирующий преобразователи в одном корпусе. На выходе микросхемы будет удвоенное положительное и удвоенное отрицательное напряжения. Весьма удобное решение для питания портатива двухполярным напряжением.
Микросхема выпускается в корпусе μMAX — это корпус для поверхностного монтажа с размерами 3×3 мм, не считая выводов. Что еще раз подтверждает, что микросхема созданна для портатива.
Диапазон входных напряжений здесь немного расширен и заключен между 1.5 и 6 вольтами. Соответственно на выходе можно получить двухполярное питание из однополярного напряжением от ±3 до ±12В.
А вот выходной ток у микросхемы не так радует. В даташите заявляют, что микросхема отлично справляется с нагрузкой до 20 мА, хотя и не доходя до такого тока начинаются просадки выходных напряжений, что хорошо видно из графика зависимости выходного напряжения от тока, показанного ниже. Однако максимальный выходной ток заявлен как 100мА, но это ток КЗ.
Выбора частоты преобразования тут не предусмотрено, но производители постарались вывести частоту за пределы слышимого диапазона. Микросхема работает на частотах от 20 до 38 кГц. Видимо под нагрузкой частота проседает.
Схема включения MAX865 проста до безобразия
Емкость всех указанных конденсаторов — 3.3 мкФ. Лучше опять таки использовать танталовые конденсаторы. Но подойдут и любые другие с низким ESR. Емкость выходного конденсатора, на мой взгляд, несколько маловата. Лучше дополнительно установить емкость по 10-20 мкФ непосредственно на ноги питаемых микросхем.
Как и в предыдущем случае, при нехватке выходного тока, можно запаралелить две микросхемы.
При этом по даташиту выходная емкость остается неизменной. Но лучше опять таки ее нарастить, и конечно не помешает установить электролиты непосредственно на ножки питаемых микросхем. Это обеспечит максимальную эффективность при пиковых нагрузках.
Данные микросхемы, несомненно весьма интересные кандидаты для построения dc-dc преобразователей, способных создать отрицательное напряжение из положительного и могут найти применения для различны случаев.
Если же вы хотите более вкусные характеристики, в частности, частоту преобразования более полутора МГц, выходной ток более 400 мА и и стабильное двухполярное выходное напряжение ±5 вольт, то стоит внимательнее присмотреться к преобразователю на микросхеме TPS65130.
Статья написанна исключительно для сайта AudioGeek.ru
Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название — АудиоГик. Материалы этого сайта — личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали 🙂
Источник