В тази статия научаваме как да направим няколко прости вериги за удвояване на постояннотоково към постояннотоково напрежение, използвайки единични IC 4049 и IC 555, заедно с няколко други пасивни компонента.

Ако се чудите как един прост IC 555 може да се използва за създаване на мощна верига за удвояване на напрежение, тогава тази статия ще ви помогне да разберете подробностите и да изградите дизайна у дома.

Какво е удвоител на напрежение

Удвоителят на напрежение е верига, която използва само диоди и кондензатори за повишаване на входно напрежение в по-високо изходно напрежение, двойно по-голяма от входа.

Ако не сте запознати с концепцията за удвояване на напрежение и желаете да я научите задълбочено, имаме добра сложна статия в този уебсайт, обясняваща различни схеми за умножител на напрежение за твое сведение.

Концепцията за множител на напрежение е открита и използвана на практика от британски и ирландски физици Джон Дъглас Коккрофт и Ърнест Томас Синтън Уолтън, поради което тя се нарича още Генератор Cockcroft – Walton (CW).

Един добър пример за дизайн на умножител на напрежение може да бъде изучен чрез тази статия, която използва концепцията за генериране на йонизиран въздух за пречистване на въздуха в домовете .

Схемата за удвояване на напрежение също е форма на умножител на напрежение, където диодът / кондензаторът е ограничен само до няколко етапа, така че изходът може да произвежда напрежение, което може да бъде два пъти повече от захранващото напрежение.

“омметър измерва __________ във верига ”

Тъй като всички схеми за умножител на напрежение задължително изискват AC вход или пулсиращ вход, осцилаторна верига става от съществено значение за постигане на резултатите.

IC 555 Подробности за пиновете

Електрическа схема на удвоител на напрежение с помощта на IC 555

IC 555 верига за удвояване на напрежение

Позовавайки се на горния пример, можем да видим схема IC 555, конфигурирана като нестабилен мултивибратор, който всъщност е форма на осцилатор и е проектиран да произвежда пулсиращ DC (ON / OFF) на изходния му щифт # 3.

Ако си спомняте, бяхме обсъждали верига с LED факел в този уебсайт, който съвсем идентично използва схема за удвояване на напрежение, макар че осцилаторната секция е създадена с помощта на порти IC 4049.

По принцип можете да замените етапа IC 555 с всяка друга осцилаторна верига и все пак да получите ефекта на удвояване на напрежението.

Използването на IC 555 обаче има малка полза, тъй като тази IC може да генерира повече ток от която и да е друга базирана на IC осцилаторна верига, без да използва външен токов усилвател.

Как работи етапът на удвояване на напрежението

Както може да се види на горната диаграма, действителното умножение на напрежението се реализира от етапа D1, D2, C2, C3, които са конфигурирани като полумостова двустепенна умножителна мрежа.

Симулирането на този етап в отговор на ситуацията с пин # 3 на IC 555 може да бъде малко трудно и все още се боря да го пусна правилно в мозъка си.

Според моята симулация, работата на споменатия етап на удвояване на напрежението може да бъде обяснена, както е дадено в следните точки:

Когато IC изходният щифт # 3 е в ниската си логика или нивото на земята, D1 е в състояние да зарежда C2, тъй като е в състояние да премине напред, пристрастен през C2 и отрицателния потенциал на pin # 3, също едновременно C3 се зарежда чрез D1 и D2 .
Сега, в следващия миг, веднага щом пин № 3 стане с висока логика или с положителен потенциал за доставка, нещата стават леко объркващи.
Тук C2 не може да се разрежда през D1, така че имаме ниво на захранване, изведено от D1, от C2 и от C3 също.
Много от другите онлайн сайтове казват, че в този момент съхраненото напрежение вътре в C2, а положителното от D1 трябва да се комбинира с изхода на C3, за да произведе удвоено напрежение, но това няма смисъл.
Защото, когато напреженията се комбинират паралелно, нетното напрежение не се увеличава. Напреженията трябва да се комбинират последователно, за да предизвикат желания усилващ ефект или ефект на удвояване.
Единственото логично обяснение, което може да бъде получено, е, когато пин # 3 стане висок, отрицателният C2 е на положителното ниво, а положителният му край също се държи на нивото на захранване, той е принуден да произведе импулс с обратен заряд, който се събира с C3 зареждане, причинявайки моментален потенциален скок с пиково напрежение, двойно по-голямо от нивото на захранване.

Ако имате по-добро или технически по-правилно обяснение, моля, чувствайте се свободни да го обясните чрез вашите коментари.

Колко ток?

Pin № 3 на IC е назначен да доставя максимум 200 mA ток, поради което може да се очаква максималният пиков ток да бъде на това ниво от 200 mA, но пиковете ще станат по-тесни в зависимост от стойностите C2, C3. Кондензаторите с по-висока стойност могат да позволят по-пълен трансфер на ток през изхода, затова се уверете, че стойностите C2, C3 са оптимално избрани, около 100uF / 25V ще бъде достатъчно

Практическо приложение

Въпреки че веригата за удвояване на напрежение може да бъде полезна за много приложения на електронни вериги, приложение, основано на хоби, може да бъде да осветява светодиод с високо напрежение от източник на ниско напрежение, както е показано по-долу:

IC 555 верига за удвояване на напрежение със светодиод

В горната схема на схемата можем да видим как схемата се използва за осветяване на 9V LED крушка от 5V източник на захранване, което обикновено би било невъзможно, ако 5V се прилага директно върху светодиода.

Връзка между честотата, ШИМ и нивото на изходното напрежение

Честотата във всяка верига за удвояване на напрежение не е от решаващо значение, но по-бързата честота ще ви помогне да постигнете по-добри резултати от по-бавните честоти.

По същия начин за обхвата на ШИМ, работният цикъл трябва да бъде приблизително 50%, по-тесните импулси ще доведат до по-ниски ток на изхода като има предвид, че твърде широките импулси няма да позволят на съответните кондензатори да се разредят оптимално, което отново води до неефективна изходна мощност.

В обсъжданата стабилна схема IC 555, R1 може да бъде някъде между 10K и 100K, този резистор заедно със C1 решава честотата. Следователно C1 може да бъде някъде между 50nF до 0.5uF.

R2 основно ще ви позволи да контролирате ШИМ, следователно това може да се превърне в променлив резистор чрез 100K пот.

Използване на IC 4049 НЕ порти

Следващата схема, базирана на IC CMOS, може да се използва за удвояване на всяко напрежение на източника на постоянен ток (до 15 V DC). Представеният дизайн ще удвои всяко напрежение между 4 до 15 V DC и ще може да управлява натоварвания при ток не повече от 30 mA.

Както може да се види на диаграмата, тази схема за удвояване на постояннотоково напрежение използва само една IC 4049 за постигане на предложения резултат.

IC 4049 Pinouts

Спецификации на диаграмата на пиновете IC 4049

Операция на веригата

IC 4049 има шест порта, които са всички ефективно за генериране на обсъжданите действия за удвояване на напрежението. Две от портите от шестте са конфигурирани като осцилатор.

Крайният ляв ъгъл на диаграмата показва секцията на осцилатора.

Резисторът 100 K и кондензаторът 0,01 образуват основните компоненти за определяне на честотата.
Задължително е необходима честота, ако трябва да се приложат действия за стъпково напрежение, поради което и тук се налага участието на осцилатор.

Тези трептения стават полезни за инициализиране на зареждането и разреждането на набор от кондензатори на изхода, което се равнява на умножаване на напрежението в комплекта кондензатори по такъв начин, че резултатът се удвоява от приложеното захранващо напрежение.

Въпреки това напрежението от осцилатора не може за предпочитане да се прилага директно към кондензаторите, а по-скоро чрез група от порти на IC, разположени паралелно.

Тези паралелни затвори заедно произвеждат добро буфериране на приложената честота от затворите на генератора, така че получената честота е по-силна по отношение на тока и не се колебае при относително по-големи натоварвания на изходите.

Но въпреки това, като се имат предвид спецификациите на CMOS IC, капацитетът за обработка на изходния ток не може да се очаква да бъде по-голям от 40 mA.

По-високите натоварвания от това ще доведат до влошаване на нивото на напрежението към нивото на захранване.

Стойностите на изходния кондензатор могат да бъдат увеличени до 100uF за получаване на разумно по-високи нива на ефективност от веригата.

С 12 волта като захранващ вход към IC, изход от около 22 волта може да бъде получен от тази схема за удвояване на напрежение, базирана на IC 4049.