Источник отрицательного напряжения из положительного. Преобразование положительного напряжения в отрицательное: принципы работы и практические схемы

Как работает преобразователь положительного напряжения в отрицательное. Какие существуют схемы для получения отрицательного напряжения из положительного. Какие компоненты используются в таких преобразователях. Какой КПД можно получить при преобразовании напряжения.

Принцип работы преобразователя положительного напряжения в отрицательное

Преобразование положительного напряжения в отрицательное широко применяется в различных электронных устройствах. Основной принцип работы такого преобразователя заключается в следующем:

1. На вход подается положительное напряжение и прямоугольные импульсы
2. При подаче импульса происходит заряд конденсатора
3. В паузе между импульсами конденсатор разряжается, создавая отрицательное напряжение
4. Диоды обеспечивают однонаправленное движение заряда

Таким образом, за счет попеременного заряда и разряда конденсатора формируется отрицательное выходное напряжение. Величина этого напряжения зависит от входного напряжения, частоты импульсов и параметров схемы.

Простейшая схема преобразователя на двух конденсаторах

Рассмотрим работу простейшей схемы преобразователя положительного напряжения в отрицательное:

• Два конденсатора C1 и C2
• Два диода D1 и D2
• Генератор прямоугольных импульсов на входе

Принцип работы такой схемы:

1. При подаче положительного импульса конденсатор C2 заряжается через диод D1
2. В паузе C2 разряжается через C1 и диод D2, заряжая C1 отрицательным напряжением
3. Процесс повторяется, накапливая отрицательный заряд на C1

Эта простая схема позволяет получить отрицательное напряжение порядка -1…-2 В при входном напряжении 5 В и частоте импульсов 1-10 кГц.

Современные интегральные схемы для преобразования напряжения

Для более эффективного преобразования напряжения применяются специализированные микросхемы. Рассмотрим некоторые популярные решения:

Микросхема LTC3834-1

• Синхронный понижающий преобразователь
• Входное напряжение до 36 В
• Выходной ток до 5 А
• КПД до 95%

Микросхема LTC3608

• Встроенные силовые ключи
• Не требует внешнего датчика тока
• Рабочая частота до 1 МГц
• КПД до 94%

Микромодуль LTM4601

• Полностью интегрированное решение
• Встроенные силовые ключи и дроссель
• Выходной ток до 12 А
• Компактные размеры 15×15 мм

Применение специализированных микросхем позволяет значительно упростить разработку преобразователей напряжения и повысить их эффективность.

Ключевые параметры при выборе компонентов

При проектировании преобразователя положительного напряжения в отрицательное необходимо учитывать следующие параметры:

• Максимальное входное напряжение
• Требуемое выходное напряжение и ток
• Допустимые пульсации выходного напряжения
• КПД преобразования
• Габариты и стоимость решения

Правильный выбор компонентов позволяет достичь КПД преобразования более 90% при компактных размерах устройства.

Области применения преобразователей отрицательного напряжения

Преобразователи положительного напряжения в отрицательное находят применение во многих областях электроники:

• Устройства с ЖК-дисплеями
• Усилители мощности звуковой частоты
• Измерительное оборудование
• Схемы управления светодиодами
• Зарядные устройства

Использование таких преобразователей позволяет упростить схемотехнику устройств и снизить их стоимость за счет применения единого источника питания.

Моделирование работы преобразователя

Для анализа работы преобразователя напряжения удобно использовать SPICE-моделирование. Оно позволяет:

• Рассчитать выходные параметры схемы
• Оценить КПД преобразования
• Подобрать оптимальные номиналы компонентов
• Проанализировать переходные процессы

Современные SPICE-симуляторы, например LTspice, позволяют быстро создать и проанализировать модель преобразователя напряжения.

Практические рекомендации по разработке

При разработке преобразователя положительного напряжения в отрицательное рекомендуется:

• Использовать специализированные микросхемы
• Применять качественные керамические конденсаторы
• Обеспечить хороший теплоотвод силовых компонентов
• Использовать многослойную печатную плату
• Минимизировать длину проводников в силовых цепях

Соблюдение этих рекомендаций позволит создать эффективный и надежный преобразователь напряжения.

Источник отрицательного напряжения. Электроника часть 1 | BayRepo. ХобТех — электроника, программирование, эксперименты, исследования

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:

описанной в статье на этом сайте.

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:

1. Таймер 555 — 1 шт
2. Конденсатор 100нФ — 1 шт
3. Конденсатор 2.2нФ — 1 шт
4. Резистор 2.2К — 1 шт
5. Резистор 22К — 1 шт

компоненты самого преобразователя положительного в отрицательное напряжение:

1. транзистор BD139 — 1 шт
2. транзистор BD140 — 1 шт
3. транзистор SS8050 331 — 1 шт
4. диод 4007N — 2шт
5. конденсатор 220 мкФ (16В) — 2 шт
6. 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.

Схема генерации отрицательного напряжения, обычно используемая в электронных схемах однокристальных микрокомпьютеров

Генерация отрицательного напряжениясхемаПринцип графика

В электронных схемах нам часто требуется использовать отрицательное напряжение. Например, когда мы используем операционные усилители, нам часто необходимо установить для них отрицательное напряжение. Ниже приведен простой пример положительного напряжения 5 В на отрицательное напряжение 5 В, чтобы объяснить его схему.

Обычно, когда мне нужно использовать отрицательное напряжение, я обычно выбираю специальные микросхемы, генерирующие отрицательное напряжение, но эти микросхемы более дорогие, например ICL7600, LT1054 и т. Д. Ой, чуть не забыл про MC34063. Этот чип используется чаще всего.Что касается схемы генерации отрицательного напряжения 34063, я не буду здесь упоминать в даташите. Пожалуйста, смотрите нас нижеMCUДва типа контуров создания отрицательного давления, обычно используемых в электронных схемах.

Многие современные однокристальные микрокомпьютеры оснащены выходом PWM. Когда мы используем однокристальный микрокомпьютер, PWM часто не используется. Это хороший выбор для создания отрицательного давления.

Вышеупомянутая схема представляет собой простейшую схему генерации отрицательного напряжения. Он использует наименьшее количество оригиналов, нам нужно только предоставить ему прямоугольную волну около 1 кГц, что довольно просто. Здесь следует отметить, что генерирующая способность этой схемы очень мала, и падение напряжения после добавления нагрузки также относительно велико.

Следующая схема была произведена по указанным выше причинам:

Анализ цепи генерации отрицательного напряжения

Определение напряжения: напряжение, также известное как разность потенциалов или разность потенциалов, представляет собой физическую величину, которая измеряет разность энергии единичного заряда в электростатическом поле из-за различных потенциалов. Его величина равна работе, совершаемой единичным положительным зарядом, перемещающимся из точки A в точку B из-за силы электрического поля. Направление напряжения определяется как направление от высокого потенциала к низкому.

Проще говоря, напряжение в определенной точке — это разница между потенциалом относительно контрольной точки. V some = E some-E параметр. Обычно мы рассматриваем отрицательный полюс источника питания как точку отсчета. Напряжение источника питания равно Vcc = E источник питания положительный-E отрицательный.

Если вы хотите генерировать отрицательное напряжение, просто сделайте его более низким по сравнению с отрицательным полюсом источника питания. Чтобы быть ниже, необходимо задействовать другой источник питания.Основной принцип заключается в использовании последовательного соединения двух источников питания. Положительный полюс источника питания 2 соединен последовательно с отрицательным полюсом эталонного источника питания 1. Отрицательный полюс источника питания 2 отрицательный.

Схема генерирования отрицательного напряжения: использованиеемкостьЗарядка эквивалентна новому источнику питания.После последовательного подключения конденсатора к GND он эквивалентен источнику питания 2. Затем создается отрицательное напряжение.

1. Зарядка конденсатора: когда ШИМ низкий,Q2Включите, Q1 выключится, VCC заряжает C1 через Q2, а цепь зарядки — VCC-Q2-C1-D2-GND. C1 положительный слева и отрицательный справа.

2, конденсатор С1 полностью заряжен

3. Конденсатор C1 используется в качестве источника питания, а высоковольтный электрод C1 последовательно подключается в контрольной точке. C1 разряжается, свободно вращаясь от C2, создавая отрицательное напряжение.

Когда ШИМ находится на низком уровне, Q2 выключен, Q1 включен, C1 начинает разряжаться, а цепь разряда — это C1-C2-D1, что на самом деле является процессом зарядки C2. После того, как C2 полностью заряжен, он становится положительным и отрицательным.Если потенциал VCC составляет 5 единиц несколько вольт, он может выдавать напряжение -5 В.

Решение для создания отрицательного напряжения (-5 В)

Выходная мощность 7660 и MAX232 ограничена.осциллографОчень сложно принести быстродействующий операционный усилитель, поэтому Вэй Кун также должен расширить ток, подключив 4 штуки параллельно.

Первая версия — это 7660 две штуки параллельно.

Использовать обычныйDC/DCЧип может генерировать отрицательное напряжение, а точность напряжения такая же, как и для положительного напряжения, а также очень сильная способность вождения, которая может достигать более 300 мА.

ОбщееИмпульсный источник питанияМикросхема может генерировать отрицательное напряжение, невозможно использовать выход ШИМ от импульсного источника питания, чтобы подтолкнуть зарядный насос, а также он может генерировать больший ток, а стоимость также очень низкая. Я не знаю, сколько требуется пульсаций. После того, как зарядный насос отфильтрован LC, пульсации довольно малы из. 7660 — это зарядный насос, поэтому ток очень мал.

Вся конструкция осциллографаЦифровая сила+ 5В и + 5В аналогового источника питания подаются отдельно, но что делать с цифровым заземлением и аналоговым заземлением?

Цифровое заземление и аналоговое заземление должны быть соединены вместе, иначе схема не будет работать.

Ток возврата на землю цифровой части не может протекать через аналоговую часть, и две земли должны быть соединены вместе в стабильной контрольной точке заземления.

Значение отрицательного напряжения

1. Искусственные правила. Например, телефонная система питается от -48 В, что позволяет избежать электрохимической коррозии телефонной линии. Конечно, это может сработать, если вы ответите на телефонный звонок наоборот, просто потому, что точка отсчета напряжения изменится.

2. Требуется интерфейс связи. НапримерRS232, необходимо использовать отрицательное напряжение. -3V ～ -15V представляют 1, а + 3 ～ + 15V представляют 0. Это протокол, когда интерфейс связи был изначально разработан, и ему можно только следовать. PS: Интерфейсные микросхемы, такие как MAX232, имеют собственный насос заряда, который сам по себе может генерировать отрицательное напряжение.

3. Обеспечьте шины питания для операционных усилителей (без шины питания). Старомодные операционные усилители не имеют возможности ввода / вывода с питанием от шины питания к сети, например OP07. Диапазон входного напряжения всегда на 1 В меньше диапазона напряжения источника питания, а выходное напряжение на 2 В меньше. Таким образом, если VEE использует 0 В, входное напряжение должно превышать 1 В, а выходное напряжение не будет ниже 2 В. В этом случае некоторые требования к схемотехнике могут не соблюдаться. Для работы в условиях ввода / вывода, близких к 0 В, необходимо обеспечить отрицательное напряжение на операционный усилитель, например -5 В, чтобы операционный усилитель мог нормально работать около 0 В. Однако с ростом популярности операционных усилителей с Rail-to-Rail такая ситуация становится все реже и реже.

4. Имеет китайские характеристики и схему самоуничтожения. Вообщем внутри чипазащитить схемуЗащита от отрицательного напряжения отсутствует, поэтому, пока ток немного больше и напряжение не нужно подавать на микросхему с высоким отрицательным напряжением, микросхему можно успешно разрушить.

Современная схемотехника преобразователей положительного напряжения в отрицательное

Введение

Преобразование положительного напряжения в отрицательное широко используется в устройствах с ЖКИ, усилителях мощности звуковой частоты, промышленном и измерительном оборудовании, а в последнее время — и в схемах управления светодиодами и зарядных устройствах. Можно отметить две основные причины этой тенденции. Первая — стремление проектировщиков использовать один и, желательно, стандартный тип входного напряжения (например, 5 или 12 B) без применения относительно дорогих, сложных и габаритных трансформаторов. А вторая — это развитие высоковольтных микросхем, которые легко могут быть применены для инвентирующих преобразователей.

Основными преимуществами рассмотренных в этой статье преобразователей (рис. 1) являются простота исполнения и высокий КПД.

Силовая часть данной схемы (рис. 2) включает транзистор Q1, дроссель L1, диод или транзистор Q2 и выходной фильтр. Выходное напряжение управляется понижающим преобразователем, обычно выполненным в виде интегральной схемы. Силовая часть может быть уменьшена до двух или даже одного компонента, если применить микросхемы или модули с еще большей степенью интеграции (рис. 3, 4).

 

Описание работы и электрическая нагрузка на компоненты схемы.

Передаточная функция

В этом разделе мы обсудим только общую функциональную схему и уравнения, необходимые для понимания работы преобразователя. Для режимa непрерывного тока величину рабочего цикла и среднего тока через дроссель можно найти из следующих выражений:

Основное отличие данного устройства от понижающего преобразователя в том, что индуктивность не выдает мощность и ток в нагрузку непрерывно. Дроссель L1 отключен от нагрузки (рис. 1а), когда транзистор Q1 открыт, a Q2 закрыт. Только когда транзистор Q1 закроется, а Q2 откроется, ток, накопленный в дросселе L1, будет протекать через выходной фильтр и нагрузку (рис. 1б). В понижающем преобразователе ток непрерывно поступает в нагрузку через дроссель. Среднее и пиковое значения тока через дроссель при такой схеме и таком алгоритме работы больше, чем в понижающем преобразователе при одинаковом токе нагрузки. Например, для схемы, изображенной на рис. 2:

• выходной ток — 4 А;
• средний ток индуктивности при этом 6,22 А;
• пиковое значение среднего тока индуктивности —
  7,32 А при входном напряжении 9 В.

Данное обстоятельство имеет серьезное значение при выборе компонентов, влияет на КПД и величину пульсаций выходного напряжения. При правильном выборе составляющих можно достичь КПД 95% и более.

Напряжение V_max = V_in + |V₀| — максимальное напряжение, приложенное к транзисторам Q1 и Q2. Максимальный ток I_max, протекающий через транзисторы Q1 и Q2, дроссель L1 и диод D, может быть найден с помощью следующих выражений:

Средний ток, протекающий через транзистор Q1, равен I_L×D, а средний ток, протекающий через транзистор Q2, равен I₀. Выбор контроллера, управляющего работой схемы преобразователя, производится в соответствии с максимальным рабочим напряжением на управляющем выводе и на выводе датчика тока. Например, для микросхемы LTC3834-1 эти значения напряжения составляют 36 и 11 В соответственно.

Схемотехника преобразователей из положительного напряжения в отрицательное

Далее приведены описания схем, демонстрирующие практическую реализацию рассмотренного инвертирующего преобразователя. Схема, представленная на рис. 2, является наиболее гибкой. Она выполнена с применением большого числа внешних компонентов: двух транзисторов, индуктивности, контроллера LTC3834-1, входного и выходного фильтров. Микросхема LTC3834-1 позволяет выбрать любую из трех возможных частот переключения: 250, 530 или 400 кГц, соответствующим образом подключив вывод PLLLPF. Микросхема запрограммирована на три режима работы: Burst, Skip Pulse (пропуск тактовых импульсов) и Force Continues (режим многократного изменения направления тока через индуктивность), которые выбираются с помощью вывода PLLIN/MODE. КПД преобразователя, выполненного по данной схеме, составляет 92-93%.

Схема, представленная на рис. 3, намного проще, занимает меньше места, так как ключевые МОП-транзисторы встроены в микросхему LTC3608, которая является монолитным синхронным понижающим DC/DC-преобразователем. Другое преимущество данной микросхемы — наличие внутренних цепей для построения датчика тока без применения внешних компонентов. Это возможно благодаря измерению тока канала встроенного нижнего (по схеме) МОП-транзистора. Рабочая частота определяется одноходо-вым таймером, который устанавливает время включения верхнего по схеме МОП-транзистора. Частота выбирается резистором R_FRQ и в данном случае равна 300 кГц.
КПД составляет 93-94%.

Схема, показанная на рис. 4, позволяет уменьшить размеры, существенно упростить и более рационально использовать объем конечного устройства в случае применения микромодуля LTM4601. Этот микромодуль занимает всего 15×15 мм площади печатной платы и полностью готов к работе без затрат времени на
выбор внешних компонентов и наладку разрабатываемого источника питания. Такой результат достигнут за счет встроенных в модуль ключевых МОП-транзисторов и дросселя.
Минимальное входное напряжение такого источника равно 4,5 В, максимальное напряжение V_max и ток I_max составляют 20 В и 12 А соответственно.

Все эти три схемы работоспособны при напряжении от 5 до 14 В, однако номинальный выходной ток они могут обеспечить в более узком диапазоне — от 9 до 14 В. Выходной ток придется снижать при напряжении менее 9 В. Кроме того, выходное напряжение можно менять в пределах от 1,2 до -5 В, необходимая величина выбирается подстройкой резистора RFB. Кривые зависимостей КПД представлены на рис. 5.

Заключение

Преобразование напряжения из положительного в отрицательное широко используется в устройствах с жидкокристаллическим индикатором, усилителях мощности звуковой частоты, промышленном и измерительном оборудовании. Представленные в данной статье схемы помогут инженерам в выборе схемотехнического решения и необходимых компонентов для конкретных применений. Технические решения на описанной элементной базе позволяют уменьшить габариты разрабатываемых устройств и время разработки.

Генератор отрицательного потенциала | Электроника для всех

Иногда нужен потенциал ниже нуля, т.е. отрицательное напряжение. Такое бывает нужно в аналоговой технике или, например, чтобы запустить LCD индикатор от низкого напряжения. Контроллер дисплея какого нибудь HD44780 часто отлично работает от 3.3 вольт, но на панели ничего не видно по причине низкого контраста, даже выкрутив потенциометр в землю не удается получить яркие символы. Нужно опустить Vss ниже нуля. На некоторых дисплеях даже стоит специальная схема, генерирующая минус. Но не везде. А тем не менее на простейшей конденсаторной схеме можно сделать такой генератор на ровном месте.

Итак, вот такая вот простая схема легко дает небольшой отрицательный потенциал .

На вход ей надо подать прямоугольный сигнал, от нуля до Vcc, а с выхода снимется отрицательный потенциал. Зависящий от частоты, уже от нескольких сот герц там будет -1 вольт, а вообще можно и больше накачать.

Как это работает? Да просто. Чтобы лучше понимать работу конденсатора в динамике вспомним статью для самых маленьких и достанем из нее три упрощения:

1) Когда конденсатор заряжается он ведет себя как резистор у которого сопротивление растет с 0 до бесконечности. Растет по экспоненте, но нам все равно как.

2) Когда конденсатор разряжается он ведет себя подобно батарейке у которой заряд садится, садится тоже по экспоненте, но это все равно пофигу.

3) Конденсатор всегда можно дозарядить, при этом на нем растет напряжение. Идеальный конденсатор можно заряжать бесконечно. Реальный же пробьет.

Вот на этих трех китах мы и все разберем постадийно.

Еще упростим до того, что диоды идеальные и у них нет никаких падений напряжения, а значит их можно тупо выбросить и закоротить для прямого случая и оборвать для обратного, ведь нас интересует процессы в конкретной стадии, а диоды будут только отвлекать.

▌Стадия 1
С1 разряжен
С2 разряжен.

На входе появляется высокий уровень напряжения — единичка. Пусть это будет 5 вольт. Через конденсатор С2 через диод D1 в землю течет ток и он начинает заряжаться. Справа показана «мгновенная схема» с учетом наших допущений.

Конденсатор зарядился, стал источником напряжения, встав в противовес источнику генератора. На генераторе пока +5 еще (верхняя часть меандра). И ток в цепи остановился.

▌Стадия 2
Через какое то время на выходе генератора станет 0 — придет время нижней части меандра. И ток из нашего конденсатора потечет в источник, но через что замкнется цепь? Ведь диод D1 не даст протечь через землю? Правильно, через второй конденсатор.Ведь он то у нас пока что разряжен. А поскольку разряженный конденсатор потянет на «резистор», то цепь примет вид:

Вот такой путь разряда. А теперь давайте посчитаем чему равен потенциал в точке выхода нашей схемы? Для расчета потенциала надо определиться с системой координат, выбрать обход контура относительно направления которого мы будем считать знак потенциала. Так как тут истинный источник энергии только один — генератор, то положительным направлением обхода контура будет считаться ток ИЗ ГЕНЕРАТОРА, тот что заряжал конденсатор в самом начале. Т.е. когда мы из земли идем через генератор, то после прохода источника напряжения генератора, потенциал точки вырастет на величину напряжения генератора ( в данном случае 0, т.к. он в нижней точке меандра). А следующий источник напряжения, конденсатор, будет нам встречно, а значит приращение потенциала будет отрицательным. И после него, вуаля! Мы получим некий отрицательный потенциал относительно земли.

Все здорово, но что будет с нашим конденсатором С1 который сейчас, активно заряжаясь, косит под резистор? Он зарядится отрицательным напряжением, сколько успеет. Потом его сопротивление вырастет, он сам станет источником напряжения (отрицательного), а кондер С2 иссякнет. Конденсатор С1 не сможет разрядиться потому, что на его пути будут стоять аж два диода встречно его разрядному току.

И на какое то время, пока генератор находится в нуле, процесс остановится.

▌Стадия 1 (снова)
Но вот генератор снова переходит в высокое состояние. B все повторяется как в стадии 1 только С1 заряжен отрицательно. Но это не играет роли, так как току из источника туда мешает идти диод D2, а вот через D1 все прекрасно проходит и конденсатор С2 снова начинает заряжаться, как и в первом состоянии.

Точно также зарядится конденсатор С2 и все повториться, за исключением того, что С1 уже заряжен отрицательно. Часть этого заряда подсядет из-за саморазряда конденсатора С1, часть утечет в схему ради которой мы генерируем отрицательное напряжение. Поэтому оно снизится. Но не беда, когда источник кинется в ноль, то С2 надо будет снова разрядиться и он сделает это через С1, еще сильней просадив напряжение.

▌Моделирование
На пальцах рассказал, теперь можно показать в динамике. Давайте смоделируем эту схему в эмуляторе EasyEDA. Там кроме схемотехнического редактора и трассировщика есть еще SPICE симулятор.

SPICE это достаточно древняя (75 год) и уже давно ставшая промышленным стандартом система моделирования электронных схем. На входе у ней нетлист — текстовый список соединений компонентов и описание самих компонентов в виде списка параметров примерно вот такого вида:

.MODEL MPS3866 NPN (IS=40.6F NF=1 BF=130 VAF=98.6 IKF=0.24 ISE=40.3P NE=2 BR=4 NR=1 VAR=14 IKR=0.36 RE=0.129 RB=0.515 RC=51.5M XTB=1.5 CJE=48.4P VJE=1.1 MJE=0.5 CJC=15.6P VJC=0.3 MJC=0.3 TF=318P TR=221N)

В результате по этим данным и нетлисту строится математическая модель из систем уравнений. А на выходе будут графики, значения напряжений которые мы запросим как выходные данные.

За счет того, что сами модели это простые текстовые описания, а сама система опенсорсная с рождения, то она встречается повсеместно.

Открываем редактор EasyEDA:

Чтобы получить колебания нам нужен генератор. Возьмем источник питания и затянем его на лист схемы. Если его выделить, чтобы он стал красным, то справа будут его параметры:

Меняем функцию на PULSE и задаем следующие параметры:

• Vinitial = 0V стартовое значение. Он же ноль.
• Von = 5V значение высокого уровня.
• Tdelay = 0 задержка при запуске.
• Trise = 0.000001 время восходящего фронта.
• Tfall = 0.000001 время спадающего фронта.
• Ton = 0.00005 длительность импульса.
• Tperiod = 0.0001 длительность периода.
• AC Аmplitude = 5 амплитуда сигнала.
• AC Phase = 0 фаза сигнала.

Тем самым мы создадим генератор с частотой 1кГц и скважностью порядка 50%, с амплитудой 5 вольт. Как если бы мы дрыгали ногой контроллера. Осталось добавить землю и наши диоды с конденсаторами.

Выбирая конденсатор можно сразу же там выбрать тип. К сожалению типов пока маловато. Но можно создавать свои библиотеки. Клавиша R вращает компонент. А надписи у компонентов можно утащить куда подальше, чтобы не мешались. Особенно у источника, там такая портянка образовалась, жуть.

Диоды лучше брать Шоттки, у них меньше падения напряжения, а значит отрицательное напряжение можно получить гораздо ближе к -V питания. Т.е. к -5 вольтам. Полные -5 вольт мы, конечно, не получим. Т.к. диод Шоттки свои 0.2 вольта сожрет за милую душу. Но лучше чем 0.7 у обычного диода. А диодов там еще и два, т.е. предельный минус будет где то на пол вольта, а то и меньше чем амплитуда питания.

Линии связи рисуем инструментом Wire c панели Wiring Tool и только им:

И не забываем землю. Должно получиться что то вот такое:

Теперь добавим пробники для выхода SPICE модели. Это в той же панели Wiring Tools такая закорючка. Воткнем их на выход генератора и туда где у нас формируется отрицательное напряжение:

Сохраним схему и запустим нашу симуляцию. Раньше кнопка симуляции была прям наверху. Но видать по ней было очень много вопросов и ее спрятали подальше от пытливого взора пионеров 🙂 Но я нашел 🙂 Есть еще хоткей Ctrl + R.

Будет такое вот окно:

Жмем Run и получаем в соседней вкладке график:

По нему видно ,как за несколько качков нашего генератора напряжение на С1 упало до хорошего такого минуса. Впрочем, это без утечек на сторону. При подключении к нагрузке процесс будет более пологим.

▌Практика
С теорией закончили. А теперь практическая реализация этой штуки. Данный узел с недавних пор появился на Pinboard II третьей ревизии. Которая вышла в декабре. Что то я как то завертелся и даже не презентовал обновление. Ну так вот.

Одной из проблем платы было то, что стоящий из коробки дисплей имеет 5 вольтовое питание, а сама плата на ряде контроллеров работает на 3.3 вольта. Конечно гибкая схема питания платы позволяет запитать дисплей от 5 вольт, контроллер от 3.3 вольт, а контроллеры имеют 5В толерантные входы.. И как бы проблемы нет. Но ведь демоплата это только отправная точка, потом будет устройство и там придется городить сложное двух уровневое питание. Тогда как известно, что контроллер HD44780 умеет прекрасно работать от 3.3 вольт и даже ниже. Чего не скажешь о системе контраста LCD дисплея. Которой надо для полного счастья хотя бы 3,8 вольт от минимума до максимума, чтобы яркость индикации не падала.

Как падает контраст изображения с понижением напряжения питания

А если у нас питание всего то 3.3 вольта везде, включая контроллер дисплея и его стекляшку, то размаха может не хватить. Вывод управления контрастом можно посадить в ноль, но толку это особо не даст. Что делать? Посадить линию контраста в минус, пробросив ее ниже нуля. Тогда дисплею хватит разницы напряжений на создание нормального контрастного изображения. В некоторых версиях дисплеев на HD44780 есть даже встроенный генератор отрицательного напряжения, чьи выводы вытащены на контакты подсветки ,что черевато тем, что если воткнуть туда подсветку, то генератор или ваш источник питания сгорит. Западло вот такое вот, читайте даташит 🙂

Ну, а мы сделаем генератор сами. Можно, например, дрыгать ногой контроллера вручную. А можно взять любой дрыгающийся сигнал с интерфейса самого дисплея. Например на линии E интерфейса HD44780 идет максимальная движуха, т.к. это стробирующий сигнал и без дрыга им ничего не делается. Им и можно попробовать подрыгать конденсатор.

Лишь бы дергало не слишком активно, в зависимости от модели дисплея накачать надо от -0.3 до -1 вольта. А если дергать будет сильно активно, то будет -2..-3 вольта, что даст переконтраст в виде двух рядов черных прямоугольников. Хотя, всегда можно пропустить через потенциометр на землю и подрегулировать.

Впрочем, я это делать на плате не стал. Там у меня идет напрямую на вывод контраста. А дрыгаю отдельной ногой с частотой около килогерца. Как раз хватает утечки на дисплей, чтобы поддерживать напряжение в районе -0.5 вольта. Дрыгаешь чаще — контраст повышается, дрыгаешь реже — понижается.

Подключение простое. На плате добавился джампер, позволяющий выбрать откуда брать напряжение контрста. С потенциометра (позитивное) или с генератора минус (негативное), а также появился вывод CPUMP который и надо дергать ножкой контроллера, чтобы на NEG появился отрицательный потенциал.

Подаем на CPUMP меандр с частотой 1Кгц и переключив контраст на NEG получаем четкое изображени даже на 3.3 вольтах. Можно и до 2.5 опуститься, правда частоту надо будет поднять килогерц до трех. А на выходе CONTRAST около -0.6 вольт.

Вот такая вот маленькая полезняшка.

Как это работает? — Однополярное питание ОУ и отрицательное напряжение

Обратились недавно ко мне с вопросом. Есть схема с операционным усилителем. ОУ питается однополярным положительным напряжением. Но в схеме присутствует отрицательное напряжение, которое через резисторы подается на на вход ОУ. Вопрос: как и почему оно работает? Разве для работы с отрицательными напряжениями не надо ли питать операционник от двуполярного источника напряжения?

Давайте разбираться вместе.

Вот те самые схемы:

Рис. 1. Схема №1

Рис. 2. Схема №2

Судя по всему, схемы с РадиоКота, но сами статьи не нашел.

Первая — источник высокого отрицательного напряжения для питания ФЭУ, вторая — предварительный усилитель того самого ФЭУ.

Рассмотрим первую. Интересующий нас участок выглядит так:

Рис. 3. Упрощенная обвязка ОУ из рис. 1

Здесь ОУ работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления меньше единицы. На вход -HV подается высокое отрицательное напряжение. На выходе OUT получаем положительный потенциал, по величине пропорциональный входному напряжению.

Работает схема следующим образом. На вход -HV подается высокое отрицательное напряжение. Через резистор R2 оно поступает на отрицательный вход ОУ. Так как положительный вход операционника подключен к земле, ОУ через резистор обратной связи R1 будет компенсировать отрицательное напряжение положительным, тем самым сохранять на отрицательном входе нулевой потенциал. То есть, как только на отрицательном входе напряжение провалится ниже нуля, ОУ его снова вернет в ноль через резистор R1. Таким образом, на обоих входах операционного усилителя напряжение всегда будет находиться в окрестности нуля вольт.

Вопрос только вызывает то, что для срабатывания обратной связи операционник должен зафиксировать небольшой провал в отрицательную область, а как он это сделает, если он питается только положительным напряжением?

На это можно ответить коротко: Да ни как! Схема в данном виде является нерабочей, уж не знаю как оно заработало у автора, но у человека, который ее собирал, ни чего не получилось. Выйти из положения можно внеся небольшое изменение в конструкцию:

Рис. 4. Модернизированная схема №1

Положительный вход ОУ с помощью делителя R3-R4 мы немного «приподнимаем» над потенциалом земли. В этом случае операционник следит за провалом напряжения на отрицательным входе уже не ниже уровня земли, а ниже небольшого смещения, которое всегда больше нуля. В таком виде схема уже является жизнеспособной.

Данный прием как раз и реализован во второй схеме (рис. 2). Вот ее часть:

Рис. 5. Зарядочувствительный усилитель ФЭУ

Это так называемый зарядочувствительный усилитель, или инверсный интегратор тока. Вход Anode подключается к аноду ФЭУ, который является источником отрицательного тока (не напряжения!!!). При регистрации кванта света, на выходе OUT получаем импульс напряжения положительной полярности.

Вот и все. Как видите, даже если схема работает с отрицательными напряжениями, в некоторых случаях совсем не обязательно операционные усилители в ней питать двуполярным напряжением.

 

Положительное и отрицательное электричество и свободная энергия

Что такое отрицательное напряжение

Величина напряжения относительно выбранного эталона. Когда фактическое напряжение ниже, чем напряжение сравнения, значение напряжения является отрицательным. Другая ситуация: когда выбранное опорное напряжение направление иэлектрический токСсылочное направление, противоположное, опорное напряжение противоположно фактическое напряжение.
Отрицательное напряжение относительное. Сначала у нас есть ссылка. Например, текущее требование к напряжению составляет 4,0 В, поэтому более высокое напряжение равно 4,0, а более низкое напряжение является отрицательным. Сейчас естьСиловой модульТак вы можете выводить как положительные, так и отрицательные напряжения. Не сказать, какое напряжение- * действительно может быть выведено.

Закон Ома и связь R, I и U

Для начала рассмотрим определения основных электрических величин, далее рассмотрим законы, связывающие эти величины между собой на основе формул и графических зависимостей. Так от простого к сложному и будет развиваться эта статья.
Первым делом следует отметить, что существуют цепи постоянного и переменного тока. Разница между ними в характере протекания электрических величин — в цепях переменного тока ток и напряжение с течением времени изменяются по определенному закону (например, синусоиде). В цепях же тока постоянного с течением времени значение остается константным.

И в первых и во вторых цепях основными величинами будут: ток, напряжение и сопротивление.

Электрический ток

— упорядоченное движение заряженных частиц (электронов) через проводник (проводящую среду) от точки с большим потенциалом, к точке с меньшим потенциалом. Принято говорить, что ток течет от плюса к минусу в цепях постоянного тока. Измеряется в амперах, обозначается “i”.

Электрическое сопротивление

характеризует способность ограничивать значение электрического тока. Измеряется в омах и обозначается r. Величина обратная сопротивлению — проводимость. В зависимости от величины сопротивления материалы классифицируются на: проводники, диэлектрики и изоляторы.

Электрическое напряжение

равняется разности потенциалов между двумя точками. U=f1-f2. Логично, что напряжение может быть и положительной и отрицательной величиной. Единица измерения вольт (В).

Связь между этими величинами описывается законом Ома:

Значение тока в электрической цепи прямо пропорционально величине напряжения и обратно пропорционально сопротивлению. I=U/R — данная формула применима для цепи постоянного тока. Зная две величины, всегда найдем третью.

Для переменного тока формула приобретет вид I=U/Z, где Z — полное сопротивление цепи, которое состоит из активной, емкостной и индуктивной составляющих:

Данная статья поможет вам начать понимать основы электрики. Главное, что вы должны усвоить – это закон, который связывает между собой силу тока, напряжение в сети и сопротивление энергопотребителя, подключенного к ней.

Сопротивление

Металл, применяемый при изготовлении токопроводящей жилы кабеля или провода, обладает удельным сопротивлением, зависящим от материала. Кроме того, с увеличением длины проводника растет и сопротивление, поскольку электрическому току необходимо преодолеть более значительное «расстояние». Также сопротивление увеличивается, если проводник более тонкий. Расчет сопротивления осуществляется между точками подключения.

Напряжение

В России напряжение в силовой розетке составляет 230 В, в USB-розетке – 5 В, в аккумуляторе автомобиля – 12 В. В других странах сетевое напряжение может отличаться. Например, в США оно составляет 100-127 В. Увеличение напряжения обеспечивает возможность передавать большее количество энергии.

Напряжение находится, например, между «+» и «-» в обычных батарейках, а также в силовой розетке между входами для вилки.

Сила тока

Когда какое-либо сопротивление подключается к напряжению, возникает новая величина – сила тока. При уменьшении сопротивления сила тока всегда возрастает.

Достигнуть низкого сопротивления не так уж и трудно. С этим поможет справиться проволока небольшой длины. С целью ограничения силы тока используют автоматические выключатели. Они бывают разными, например, на 6, 10, 16 А и т.д.

Мощность

Мощность можно вычислить, умножив силу тока на напряжение. Логично, что при делении мощности на напряжение мы получаем значение силы тока.

На большинстве современных электрический приборов указана потребляемая мощность. О напряжении в бытовых силовых розетках мы уже говорили.

Для примера возьмем обычный электрический чайник. Мощность у выбранной нами модели составляет около 2000 Ватт (2 кВт), а напряжение в розетке – 230 Вольт (0,23 кВ). Делим 2 кВт на 0,23 кВ и получаем силу тока, которая равняется примерно 9 Амперам. Теперь идем в щиток и смотрим, что у нас на розеточные группы установлен автоматический выключатель на 16 Ампер. Это означает, что чайник мы можем включить без проблем. А если вам необходимо включить второй такой чайник (или любой другой прибор с такой же мощностью), то лучше не делать этого одновременно.

Главный закон электрики

Значение силы тока в бытовых приборах будет увеличиваться пропорционально увеличению мощности, указанной на корпусе устройства. При одном и том же напряжении ток будет больше в том приборе, сопротивление которого меньше. Это можно определить с помощью соответствующих измерений.

Провод небольшой длины обладает относительно малым сопротивлением. Если подключить его к силовой розетке, то значение тока, которое пройдет по нему, будет слишком велико.

Стоит помнить, что сопротивление нагревательных приборов резко возрастает из-за нагревания нити накала.

Если мы говорим об индуктивных нагрузках, то здесь возникает реактивное сопротивление.

Мы рассказали вам о главном законе электричества – законе Ома для участка цепи. Понимание данного принципа поможет вам осознать многие процессы, возникающие в электрике.

Источник

Принцип схемы генерации отрицательного напряжения

В электронных схемах нам часто нужно использовать отрицательное напряжение, например, нам часто нужно устанавливать для него отрицательное напряжение при использовании операционного усилителя. Ниже приведен простой пример его схемы от положительного 5 В до отрицательного 5 В.

Обычно, когда мне нужно использовать отрицательное напряжение, я обычно выбираю специальный чип для генерирования отрицательного напряжения, но эти чипы дороже, такие как ICL7600, LT1054 и т. Д. О, я почти забыл MC34063. Этот чип используется чаще всего. О схеме генерирования отрицательного напряжения 34063 я ничего не сказал в техническом описании. Пожалуйста, смотрите нас нижеСКМСуществует два вида схем генерирования отрицательного давления, обычно используемых в электронных схемах.

Многие однокристальные компьютеры теперь имеют ШИМ-выход. Когда мы используем однокристальные микрокомпьютеры, ШИМ часто не используется. Это хороший выбор, чтобы использовать его для создания отрицательного давления.

Вышеуказанная схема является простейшей схемой генерирования отрицательного напряжения. Оригиналы, которые он использует, являются наименьшими. Нам нужно только предоставить ему прямоугольную волну около 1 кГц, что довольно просто. Здесь следует отметить, что мощность генерации нагрузки этой цепи очень слабая, и падение напряжения после добавления нагрузки также относительно велико.

По указанным выше причинам была сгенерирована следующая схема:

Анализ отрицательной цепи генерации напряжения

Определение напряжения: напряжение (напряжение), также известное как разность потенциалов или разность потенциалов, представляет собой физическую величину, которая измеряет разность энергий, генерируемых единичным зарядом из-за разных потенциалов в электростатическом поле. Его величина равна работе, выполненной единичным положительным зарядом, перемещающимся из точки A в точку B. из-за силы электрического поля. Направление напряжения определяется как направление от высокого потенциала к низкому потенциалу.

Проще говоря: напряжение в точке — это разность потенциалов относительно контрольной точки. V = E — E параметры. Как правило, мы используем отрицательный полюс источника питания в качестве ориентира. Напряжение питания Vcc = E положительная мощность -E отрицательная мощность.

Если вы хотите сгенерировать отрицательное напряжение, вы можете сделать так, чтобы он имел более низкий потенциал относительно отрицательного полюса источника питания. Чтобы опускаться, необходимо подключить другой источник питания, основной принцип которого — использовать два источника питания последовательно. Положительное напряжение-последовательно после опорной отрицательного источника питания 1. Отрицательный электрод источника питания 2 является отрицательным напряжением.

Схема генерирования отрицательного напряжения:емкостьЗарядка эквивалентна новому источнику питания.После последовательного подключения конденсатора к GND, это эквивалентно источнику питания 2. Отрицательное напряжение генерируется.

1, зарядка конденсатора

2, конденсатор С1 полностью заряжен

3. Конденсатор С1 используется в качестве источника питания, а высокий потенциал С1 соединен последовательно в контрольной точке. C1 разряжается и продолжает течь из C2, генерируя отрицательное напряжение.

Законы Постоянного Тока

В 1800 г. произошло событие огромного значения. Алессандро Вольта (1745-1827) изобрел электрическую батарею и впервые получил с ее помощью устойчивый поток зарядов. Это открытие знаменовало начало новой эпохи, полностью преобразившей нашу цивилизацию, – вся современная электротехника основана на использовании электрического тока.

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. В различных средах электрический ток обусловлен движением различных зарядов, но за направление электрического тока условно выбрано направление движения положительных зарядов.

Постоянный ток в проводниках создается благодаря особым устройствам – источникам тока. Проводники – это такие тела, в которых имеются свободные частицы, обладающие электрическим зарядом, способные ускоряться и перемещаться под действием приложенных к ним электрических сил. Возьмем два тела, заряженных противоположными зарядами (рис. 44). Если их соединить проводником, то по нему пойдет ток. В результате выравнивания потенциалов ток прекращается.

Для того чтобы движение зарядов не прекратилось, необходимо каким-то образом положительные заряды с тела В перенести снова на тело А. Такой перенос силы электростатической природы сделать не могут. Следовательно, для поддержания тока должны существовать силы не кулоновской природы. Силы неэлектростатического происхождения, способные разделить электрические заряды, называются сторонними силами .

Источник тока – это устройство, в котором происходит разделение электрических зарядов под действием сторонних сил.

Решение для создания отрицательного напряжения (-5 В)

7660 и MAX232 имеют ограниченные возможности вывода.осциллографПриобретение высокоскоростных операционных усилителей очень трудоемко, поэтому Вей Кун также должен использовать 4 штуки параллельно, чтобы увеличить ток.

Первая версия 7660 двух штук, соединенных параллельно.

Ordinary использовать обычныйDC/DCМикросхема может генерировать отрицательное напряжение, а точность напряжения такая же, как и положительное напряжение, и способность вождения очень сильная, которая может достигать более 300 мА.

общийИмпульсный источник питанияМикросхема может генерировать отрицательное напряжение. Невозможно использовать выходной сигнал ШИМ импульсного источника питания, чтобы подтолкнуть зарядный насос. Он также может генерировать большие токи, а стоимость очень низкая. Я не знаю, сколько потребуется пульсаций. а. 7660 — это зарядный насос, поэтому ток очень маленький.

Конструкция всего осциллографаЦифровая мощность+ 5 В и + 5 В аналогового источника питания питаются отдельно, но как обращаться с цифровым заземлением и аналоговым заземлением?

Цифровое заземление и аналоговое заземление должны быть соединены вместе, иначе цепь не будет работать.

Цифровая часть не может вернуться ток течет через аналоговую часть, два должно быть соединены вместе в стабильном опорной точке.

Не существует в металлических проводниках электрического тока, текущего от плюса к минусу

В однофазной системе постоянный ток это движение позитронного тока от плюсовой фазы к нулю или электронного тока от нуля к минусовой фазе. Осциллограммы демонстрирует эту точку зрения.

Переменный ток формируется точно также, только с соблюдением заданной генератором тока очерёдности протекания разноимённых зарядов, называемой частотой переменного тока.

В трёхфазной системе нулевой потенциал переменного тока формируется, когда фазы имеют максимальный положительный или отрицательный потенциалы. А предыдущая и последующая фазы в своих синусоидах в это самое время имеют одноимённые заряды, но с противоположными векторами их движения, которые в сумме рождает нулевой потенциал.

Таким образом, в трёхфазной системе нулевой потенциал может формироваться без нулевого провода, исключительно потому, что заряды рассматриваемой фазы текут: позитроны от плюсовой фазы к нулю или электроны от нуля к минусовой фазе. И текут они исключительно в эфире, окружающем проводники.

Of Значение отрицательного напряжения

1. Рукотворное регулирование. Например, телефонная система питается от -48 В, что может предотвратить электрохимическую коррозию телефонной линии. Конечно, он может работать, отвечая на телефон в обратном порядке, это не более чем изменение контрольной точки напряжения.

2, интерфейс связи требуется. НапримерRS232 интерфейс, вы должны использовать отрицательное напряжение. От -3 В до -15 В представляет 1, а от +3 до + 15 В представляет 0. Это протокол, когда интерфейс связи был изначально спроектирован и может использоваться только. PS: интерфейсные микросхемы, такие как MAX232, имеют встроенные зарядные насосы и могут сами генерировать отрицательные напряжения.

3. Обеспечьте шины питания для (не-рельсовых) операционных усилителей. Операционные усилители старого типа не имеют возможности ввода / вывода от шины к шине. Например, OP07, диапазон входного напряжения всегда на 1 В меньше диапазона напряжения источника питания, а выходной сигнал на 2 В меньше. Таким образом, если VEE использует 0 В, то входное напряжение должно превышать 1 В, а выходное напряжение не будет ниже 2 В. Это может не соответствовать проектным требованиям некоторых цепей. Для работы в условиях ввода / вывода, близких к 0 В, необходимо обеспечить отрицательное напряжение для операционного усилителя, например -5 В, чтобы операционный усилитель мог нормально работать вблизи 0 В. Тем не менее, с популярностью операционных усилителей типа «железная дорога» эта ситуация становится все более редкой.

4. У этого есть китайские особенности и саморазрушающаяся цепь. Вообще говоря внутри чипаСхема защитыОтрицательное напряжение не защищено, поэтому, если ток немного больше, напряжение не нужно подавать на микросхему с высоким отрицательным напряжением, и микросхема может быть успешно разрушена.

Линейный стабилизатор отрицательного напряжения со сверхнизким уровнем шума и сверхвысоким PSRR

Архитектура микросхемы линейного стабилизатора LT3094, основанная на опорном токе и применяемая в системах с переменным выходным напряжением, позволяет контролировать уровень шума и производительность PSRR независимо от уровня выходного напряжения.

Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO) широко используются в чувствительных к шуму устройствах на протяжении десятилетий. В то же время современные требования к уровню шума становятся все более жесткими. Новейшие прецизионные датчики, высокоскоростные АЦП и ЦАП с высоким разрешением, а также синтезаторы частоты (ФАПЧ/ГУН) требуют от обычных стабилизаторов LDO обеспечения сверхнизкого уровня шумов на выходе и сверхвысокого коэффициента подавления пульсаций питания (PSRR).

Например, при питании датчика шум источника напрямую влияет на точность результата измерения. Импульсные стабилизаторы часто используются в системах распределения электроэнергии для достижения более высокой общей эффективности системы. При разработке бесшумного источника питания стабилизаторы LDO обычно выполняют роль пострегулятора выходного сигнала относительно шумного импульсного преобразователя, что позволяет отказаться от использования громоздких выходных фильтрующих конденсаторов. В этом случае высокочастотный показатель PSRR стабилизатора LDO становится важной характеристикой.

LT3042, представленный в 2015 году, стал первым в отрасли линейным стабилизатором со среднеквадратичным выходным шумом 0,8 мкВ и PSRR 79 дБ на частоте 1 МГц. Две похожие микросхемы, — LT3045 и LT3045-1, — обладают еще более эффективными показателями PSRR и дополнительными функциями. Все эти микросхемы являются LDO-стабилизаторами положительного напряжения. Если в системе имеются биполярные элементы, например, операционные усилители или АЦП, в конструкции источника питания знакопеременной полярности должен использоваться LDO-стабилизатор отрицательного напряжения. LT3094 заявлен как первый LDO-стабилизатор отрицательного напряжения со сверхнизкими показателями уровня шума на выходе и сверхвысоким коэффициентом PSRR. В таблице 1 перечислены основные характеристики LT3094 и связанных с ним элементов.

Таблица 1. Характеристики LT3094 и прочих LDO-стабилизаторов с малым уровнем шума

Наименование	LT3015	LT3090	LT3042	LT3045-1	LT3094
Выход	Отрицательный	Отрицательный	Положительный	Положительный	Отрицательный
Ток на выходе, А	1,5	0,6	0,2	0,5	0,5
Уровень шума на выходе при 0,01…100 кГц, мкВ	60	18	0,8	0,8	0,8
Уровень шума при 10 кГц, мкВ/ÖГц	240	57	2	2	2
PSRR при 1 МГц, дБ	30	20	79	76	74
Программируемый предел тока	—	+	+	+	+
Программируемая корректность уровня выходного напряжения	—	—	+	+	+
Управление входным и выходным напряжением	—	—	—	+	+
Поддержка параллельности	—	+	+	+	+
Возможность быстрого запуска	—	—	+	+	+

Стандартное применение

LT3094 содержит прецизионный источник опорного тока, за которым расположен высокопроизводительный выходной буфер. Отрицательное выходное напряжение устанавливается с помощью опорного тока −100 мкА, протекающего через один резистор. Такая архитектура на основе опорного тока позволяет получить широкий диапазон выходного напряжения (0…−19,5 В) и обеспечивает практически постоянный уровень выходного шума, PSRR и стабилизацию выходного напряжения вне зависимости от его запрограммированного значения. На рисунке 1 показана стандартная схема применения компонента, а на рисунке 2 — демонстрационная плата. Размер решения составляет всего лишь 10×10 мм.

Рис. 1. Решение с низким уровнем шума при выходном напряжении -3,3 В

Рис. 2. Демонстрационная плата миниатюрного решения на -3,3 В

LT3094 обеспечивает сверхмалый уровень шума на выходе — 0,8 мкВ среднеквадратичного значения в частотном промежутке от 10 Гц до 100 кГц, и сверхвысокий коэффициент PSRR — 74 дБ при 1 МГц. Кроме того, LT3094 позволяет задавать предел уровня тока, порог уровня выходного напряжения, обладает возможностью быстрого запуска и функцией программируемого управления входным и выходным напряжением (VIOC). Когда LT3094 стабилизирует напряжение на выходе импульсного преобразователя, то при изменении выходного напряжения стабилизатора LDO напряжение на стабилизаторе LDO остается постоянным за счет работы функции VIOC.

LT3094 предотвращает повреждения благодаря внутренней защите, в том числе внутреннему ограничению тока с обратной связью, ограничению по тепловой нагрузке, обратному току и обратному напряжению.

Прямое распараллеливание для повышения уровня тока

Стабилизатор LT3094 может быть подключен параллельно для увеличения выходного тока. На рисунке 3 показано решение с использованием двух LT3094, подключенных параллельно, для достижения значения выходного тока 1 A. Для параллельного подключения двух микросхем контакты SET следует соединить друг с другом, а между контактом SET и землей необходимо поместить резистор R_SET. Ток, протекающий через R_SET, составляет 200 мкА, что вдвое больше значения тока SET на одном элементе. Для лучшего распределения тока на выходе каждого LT3094 устанавливается небольшой балластный резистор 20 мОм.

Рис. 3. Схема двух параллельных LT3094

На рисунке 4 показаны тепловые характеристики схемы, представленной на рисунке 3, со входным напряжением –5 В и выходным напряжением –3,3 В при токе нагрузки 1 А. Температура каждой части поднимается примерно до 50°C, что свидетельствует о равномерном распределении тепла. Ограничений на количество микросхем, которые могут быть подключены параллельно для получения высокого выходного тока и низкого уровня шума, нет.

Рис. 4. Тепловое изображение двух параллельных LT3094

Источник двухполярного питания с переменным выходным напряжением

Блок питания обычно состоит из импульсного преобразователя, выходной сигнал которого стабилизируется LDO-стабилизатором для достижения низкого уровня выходного шума и высокой эффективности системы. Оптимизированная разность напряжений между входом и выходом стабилизатора LDO составляет около –1 В, что позволяет поддерживать оптимальный баланс между рассеиванием мощности и PSRR. В системе с переменным выходным напряжением становится сложно поддерживать такую разность напряжений, однако LT3094 имеет функцию отслеживания (VIOC), которая позволяет поддерживать постоянное напряжение на стабилизаторе LDO даже при изменении выходного напряжения.

Рис. 5. Регулируемый двухполярный источник питания отличается высокой степенью подавления пульсаций и низкой температурой работы

На рисунке 5 показана схема двухполярного источника питания с использованием LT8582, LT3045-1 и LT3094. Микросхема LT8582 представляет собой двухканальный ШИМ-преобразователь постоянного тока со встроенными ключами, который может генерировать как положительное, так и отрицательное выходное напряжение от одного входного сигнала. Первый канал LT8582 сконфигурирован как SEPIC для генерации положительного выходного напряжения, а второй играет роль инвертирующего преобразователя для создания отрицательной шины. На отрицательной шине напряжение на LT3094 контролируется напряжением VIOC (формула 1):

где V_FBX2 = 0 мВ, а I_FBX = 83,3 мкА. При выборе сопротивления R2 номиналом 14,7 кОм напряжение VIOC устанавливается на уровне на 1,23 В выше переменного выходного напряжения. Резистор R1 (со значением 133 кОм) ограничивает входное напряжение LT3094 до 16,5 В, что определяется по формуле 2:

 

Тепловые изображения схемы, работающей при величине входного напряжения в 12 В, показаны на рисунке 6.

Рис. 6. Тепловое изображение двухполярного источника питания со входным напряжением 12 В

При изменении выходного напряжения с ±3,3 В до ±12 В температура LT3094 остается постоянной. В таблице 2 перечислены напряжение и ток для всех трех микросхем. На рисунке 7 показана переходная характеристика источника питания ±5 В при входном напряжении 12 В.

Таблица 2. Характеристики цепи двухполярного источника питания со входным напряжением 12 В при нагрузке ±500 мА

VLDO(OUT), В	VLDO(IN), В	VDROP, В	Рост температуры LT3094, ºС	IIN, А	Эффективность системы, %
±3,3	±4,55	1,25	8	0,48	57
±5	±6,25	1,25	8	0,65	65
±12	±13,22	1,22	9C	1,25	78

 

Рис. 7. Переходная характеристика двухполярного источника питания с входным напряжением 12 В и выходным напряжением ± 5 В

На рисунке 5 показано, что размещение дополнительных конденсаторов на входе LT3094 не требуется (необходимы лишь выходные конденсаторы LT8582). Как правило, входной конденсатор уменьшает пульсации на выходе, однако в случае с LT3094 ситуация выглядит по-другому.

Если на входе LT3094 разместить конденсатор, то, проходя через такой входной конденсатор, переключающие токи от импульсного преобразователя приведут к возникновению индуктивной связи между импульсным преобразователем и выходом LT3094. Уровень шума на выходе увеличится, что снизит показатели PSRR. При условии, что импульсный стабилизатор располагается не далее пяти сантиметров от LT3094, для достижения наилучших характеристик PSRR рекомендуется не размещать конденсатор на входе LT3094.

Заключение

Микросхема LT3094 представляет собой LDO-стабилизатор отрицательного напряжения, обладающий сверхмалым уровнем шума и сверхвысоким коэффициентом PSRR. Архитектура микросхемы на основе опорного тока позволяет контролировать уровень шума и характеристики PSRR независимо от уровня выходного напряжения, что также дает возможность подключать несколько LT3094 параллельно для увеличения тока нагрузки и снижения выходного шума. Функция управления входным и выходным напряжениями (VIOC) минимизирует рассеяние мощности стабилизатора LDO в процессе стабилизации выходного сигнала импульсного преобразователя, что делает LT3094 идеальным решением для применения в системах с переменным выходным напряжением.

Создайте собственный генератор отрицательного напряжения

В конце концов, всем нужна шина отрицательного напряжения, но у большинства есть только одна шина питания. Этот проект покажет вам, как построить генератор отрицательного напряжения, работающий от одной шины!

Необходимость отрицательной шины

Многие любители сталкивались со схемой операционного усилителя, в которой используется питание с двумя шинами. Чтобы обеспечить питание по двум рельсам, можно использовать два источника питания, но многие из них не имеют доступа к такому оборудованию или конструкция должна быть портативной, и поэтому два отдельных источника питания могут быть не идеальными.Одно из решений — разделить входящий источник питания и создать виртуальную землю между двумя резисторами в потенциальном делителе.

Однако у этого решения есть некоторые проблемы. Во-первых, способность виртуальной земли к потреблению / источнику тока ограничена, а, во-вторых, напряжение питания было разделено на 2 (например, батарея 9 В может превратиться в ± 4,5 В, но 4,5 В — это максимально достижимое напряжение).

Но, используя генератор, несколько диодов и хитроумное расположение конденсаторов, мы можем использовать эффект, называемый емкостной связью, посредством которого может генерироваться отрицательное напряжение, почти равное напряжению питания… от единого рельсового питания!

Немного теории конденсаторов

Емкостная связь — это эффект, при котором конденсатор «пытается» поддерживать постоянное напряжение на своих выводах. Например, если обе стороны конденсатора находятся на 0 В, а пластина 1 внезапно доведена до 10 В, напряжение на другой пластине немедленно начнет повышаться до 10 В. То же самое и с обратным: если первая пластина переведена с 10 В на 0 В, тогда другая пластина попытается упасть на 10 В, чтобы напряжение на конденсаторе оставалось постоянным.

Обратите внимание, как отрицательное изменение дало -10 В, когда левая пластина была заряжена до 10 В, а другая пластина оставалась на 0 В. Это последовательность, которая будет использоваться для создания отрицательного напряжения.

Но как мы заряжаем левую сторону до 10 В, если другая пластина тоже заряжается до 10 В? Помните, что когда вы получите первую пластину до 10 В, другая сторона также попытается получить это напряжение. Здесь на помощь приходят диоды!

Диоды — снятие положительного напряжения

Помните, как диоды проводят только в одном направлении? Что ж, если мы используем простую (но умную) схему с конденсатором и двумя диодами, мы можем генерировать отрицательное напряжение на пластине конденсатора!

По мере увеличения входного напряжения от 0 В до 10 В отрицательная пластина на C1 также будет пытаться соответствовать из-за емкостной связи.Однако, как только на пластине достигает 0,7 В, D1 проводит, и это предотвращает повышение напряжения пластины выше 0,7 В. Теперь с положительной пластиной на 10 В и отрицательной пластиной на 0,7 В, разность потенциалов на пластине составляет 10 — 0,7 = 9,3 В. Когда положительная пластина быстро падает с 10 В до 0 В, эта разность потенциалов 9,3 В должна поддерживаться из-за связи. Следовательно, отрицательная пластина падает до -9,3 В. D1 не может проводить, поскольку он смещен в обратном направлении, поэтому это отрицательное напряжение остается на конденсаторе.

D2, однако, теперь проводит, потому что анод (подключенный к отрицательной пластине C2) имеет более высокий потенциал, чем катод (подключен к -9,3 В). Следовательно, напряжение на отрицательной пластине C2 будет уменьшаться до тех пор, пока D2 не перестанет проводить. D2 перестанет проводить, как только падение напряжения на нем станет меньше 0,7 В. Это произойдет, когда отрицательная пластина C2 станет -9,3 — -0,7 = -8,6 В.

Но если внешнее устройство попытается использовать отрицательное напряжение, оно очень быстро разрядится! Это связано с относительно небольшими размерами C1 и C2, а также ограничениями по току драйвера схемы.Решение состоит в том, чтобы подключить ко входу осциллятор так, чтобы на C1 постоянно генерировалось отрицательное напряжение, которое поддерживает C2 на пополнении.

C2 используется в качестве развязки для внешних устройств, использующих отрицательное напряжение, чтобы попытаться сохранить значение как можно более постоянным. Для нашего проекта C1 будет конденсатором 10 мкФ, а C2 — конденсатором 100 мкФ.

Осциллятор

Генератор может быть чем угодно, от таймера 555 до микроконтроллера, но помните, что отрицательное напряжение будет равно максимальному напряжению генератора — минимальному напряжению.В этом проекте мы рассмотрим использование двух разных генераторов: нестабильного 555 и генератора на основе триггера Шмитта 74HC14.

555 нестабильный генератор

74HC14 Генератор на основе триггера Шмитта

Спецификация

Спецификация — цепь диодного насоса

Компонент	Идентификатор	Кол-во
Диод (общий кремний)	D1, D2	2
Электролитический конденсатор 10 мкФ	C1	1
Электролитический конденсатор 100 мкФ	C2	1

Спецификация — Осциллятор 555

Компонент	Идентификатор	Кол-во
555 Таймер IC	555	1
5.Резистор 6 кОм	R1	1
Резистор 47 кОм	R2	1
Конденсатор 100 нФ	C4	1
Конденсатор 10 нФ	C3	1
Разные провода	–	–
Макет	–	1

Спецификация — Осциллятор 74HC14

Компонент	Идентификатор	Кол-во
74HC14 IC (DIP)	74HC14	1
5.Резистор 6 кОм	R1	1
Конденсатор 10 нФ	C3	1
Разные провода	–	–
Макет	–	1

Создать схему очень просто и требуется не более часа. Начните с генератора, а затем постройте схему конденсаторного насоса. Поскольку генератор 74HC14 имеет только один конденсатор и резистор, значения указаны в спецификации.В таймере 555 используется резистор 5,6 кОм для R1, резистор 47 кОм для R2, ​​конденсатор 10 нФ для C1 и конденсатор 100 нФ для C2.

Если у вас есть осциллограф, вы можете проверить его работу, измерив выходной сигнал. Если у вас есть только мультиметр, вы можете измерить выходной сигнал, используя показания постоянного напряжения. Существует большая вероятность того, что цепь колеблется, если показание составляет примерно половину напряжения питания. Например, если вы запитываете свою схему от источника питания 9 В и цепь колеблется, то на выходе будет около 4.5В. Это происходит потому, что вольтметр быстро снимает несколько показаний и выдает среднее значение. Поскольку выход включен в течение половины времени и выключен в течение второй половины времени, половина среднего значения составляет половину максимального значения.

Полные схемы

Генератор отрицательного напряжения 555 с приводом

74HC14 генератор отрицательного напряжения с приводом

Последний круг

Вот генератор отрицательного напряжения, использующий генератор 555, где выход — синий провод справа.

Вот выходной сигнал генератора отрицательного напряжения. Обратите внимание на то, что напряжение составляет примерно -7,2 В из-за двойного падения напряжения на диодах (1,4 В), а напряжение питания было не идеальным 9 В, а ближе к 8,5 В.

Вот конструкция с использованием генератора 74HC14:

Выходной сигнал здесь составляет -7,95 В, что выше, чем у схемы таймера 555, потому что 74HC14 использует избыточные вентили для создания драйвера.Этот драйвер может генерировать и потреблять больше тока, чем выходной сигнал 555, и, таким образом, производить большее отрицательное напряжение. Не забудьте подключить все неиспользуемые входы к земле на микросхемах CMOS!

Возможности ПНВ

Этот генератор отрицательного напряжения может подавать только небольшой ток. Если на выходе используется регулятор (например, 7905), не ожидайте получить больше 4 мА ~ 5 мА. Но если его не регулировать (например, в проектах операционных усилителей), вы можете получить до 20 мА, прежде чем выходное напряжение начнет значительно падать.При использовании этого генератора в проектах старайтесь, чтобы ток, потребляемый устройствами, был как можно меньше, чтобы отрицательная шина сохраняла свое значение напряжения.

Эту схему можно сделать более эффективной, а также увеличить выходное напряжение, используя диоды Шоттки вместо обычного кремния. Это связано с тем, что диоды Шоттки имеют меньшее прямое падение напряжения (до 0,1 В), что приводит к большему отрицательному напряжению.

Сводка

Теперь, когда у вас есть схема генератора отрицательного напряжения, что вы можете сделать?

• Создайте двойной источник питания с одной шиной : Используя регуляторы и фильтрующие компоненты, вы можете создать источник с двумя шинами, который принимает напряжение батареи или настенный адаптер для защиты от бородавок и преобразует его в 5 В и -5 В.Если вы используете достаточно большое входное напряжение, вы также можете сделать линию 12 В и -12 В.
• Проекты операционных усилителей : Многие проекты операционных усилителей (например, синтезаторы) требуют использования отрицательной шины, и теперь она у вас есть!
• Аудиопроекты : Аудиокомпоненты, такие как динамики и пьезоэлектрические диски, работают лучше, когда они используют как положительное, так и отрицательное напряжение. Это связано с тем, что отрицательное напряжение деформирует механизм, а положительное — деформирует механизм.Следовательно, воспроизводимый звук намного громче и четче.
• Portable Dual Rail : Если у вас есть система, в которой необходимо уменьшить вес (например, RC-план), которая требует использования отрицательного напряжения, эту схему можно использовать вместо двух отдельных источников питания, что было бы тяжелым

Примечание. Этот проект будет использован в следующей серии, посвященной синтезаторам «сделай сам», поэтому убедитесь, что он у вас скоро появится!

Попробуйте этот проект сами! Получите спецификацию.

Искусство генерировать отрицательное напряжение

Отрицательные напряжения необходимы во многих различных приложениях, и спецификации для этих напряжений довольно сильно различаются.

Для большинства систем требуется несколько шин с различным напряжением. Напряжения ниже напряжения заземления системы или нулевого напряжения считаются отрицательными напряжениями. Такие напряжения необходимы во многих различных приложениях.В силовой электронике некоторые типы переключателей могут ненадежно отключаться, если к затвору приложено напряжение земли. Отрицательное напряжение, несколько вольт под землей, может решить эту проблему.

На пути прохождения сигнала измерительного прибора реальные сигналы не могут быть легко измерены вплоть до нуля вольт, если операционные усилители, измеряющие этот реальный сигнал, получают только положительное напряжение и только ноль вольт. Размещение этого операционного усилителя между шиной положительного напряжения и шиной отрицательного напряжения позволяет измерять сигналы вплоть до нуля вольт.На рисунке 1 показан 16-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), генерирующий биполярный выходной сигнал с помощью операционного усилителя AD8638. Для питания такой системы требуется малошумящий отрицательный источник питания.

Щелкните изображение для увеличения

Рис. 1. Требование отрицательного напряжения питания в приложении ЦАП, генерирующем биполярные сигналы

Создание отрицательного напряжения с помощью трансформатора

Один из самых простых способов создания отрицательного напряжения — добавить дополнительную обмотку к существующему источнику питания на базе трансформатора.Через трансформаторную связь энергия, накопленная в сердечнике трансформатора (обратная топология), или ток, протекающий через первичную обмотку (прямая топология), вводится во вторичную обмотку. Этот ток может быть смещен на различные опорные напряжения. Путем задания направлений витков вторичной обмотки, направления диода и подключения системного заземления вторичной стороны может быть создано отрицательное напряжение. На рисунке 2 показана обратная схема с тремя вторичными обмотками. Один из них генерирует отрицательное напряжение питания.

Щелкните изображение для увеличения

Рис. 2. Создание отрицательного напряжения с помощью дополнительной обмотки в существующей схеме обратного хода

Такая концепция имеет большой смысл, если в данной системе уже используется топология на основе трансформатора. Включение трансформатора с единственной целью генерирования отрицательного напряжения обычно не имеет экономического смысла. Однако, если к существующей конструкции на основе трансформатора добавить дополнительную вторичную обмотку, генерируемое отрицательное напряжение не будет регулироваться контуром обратной связи преобразователя, и эта шина будет просто как бы метками.В этом случае он не очень жестко регулируется и следует за поведением нагрузки на основной вторичной боковой направляющей, которая обычно используется для замыкания регулирующего контура обратного хода. Вот почему обычно требуется пост-регулирование шины отрицательного напряжения с помощью отрицательного линейного регулятора.

Создание отрицательного напряжения с помощью зарядного насоса

Зарядные насосы состоят из конденсаторов и переключателей. Заряд накапливается на конденсаторе, а затем, умно переключаясь, этот заряд может быть добавлен к разным шинам напряжения, удваивая напряжения.Этот метод также можно использовать для преобразования положительного напряжения в отрицательное. Такие конструкции преобразователей имеют низкую стоимость и занимают мало места на плате, поскольку не требуются индукторы. Ограничения заключаются в том, что максимальный выходной ток обычно ограничивается 100 мА, а также существующие конструкции нагнетательного насоса имеют тенденцию быть довольно шумными. Тем более, что ток нагрузки превышает несколько десятков мА (см. Рисунок 3).

Щелкните изображение для увеличения

Рисунок 3.Концепция нагнетательного насоса для преобразования положительного напряжения в отрицательное

Создание отрицательного напряжения с использованием топологии Ć uk

Совершенно уникальная топология была названа в честь г-на Слободана Жука, который первым представил проект. Это топология, которая генерирует отрицательное выходное напряжение из положительного входного напряжения. Эта топология не требует трансформатора. Хотя необходимы две катушки индуктивности, они могут иметь двойную обмотку на одном сердечнике.Также необходим разделительный конденсатор в цепи питания.

На рисунке 4 показана топология Чука. Для реализации этой схемы необходим импульсный стабилизатор или контроллер с цепью напряжения отрицательной обратной связи. Очень немногие современные интегрированные преобразователи постоянного тока в постоянный предлагают такой вывод отрицательной обратной связи. Конечно, можно также использовать устройства с выводом положительной обратной связи, если к тракту обратной связи добавлен дискретный инвертор напряжения. Этот дополнительный операционный усилитель увеличивает стоимость системы, но он также добавляет несколько компонентов в чувствительный тракт обратной связи, что часто приводит к проблемам с точностью выходного напряжения и может легко вносить системные шумы в контур обратной связи, создавая шум на выходном напряжении.

Щелкните изображение для увеличения

Рис. 4. Топология Лук, генерирующая отрицательное напряжение из положительного источника питания

Как правило, топология uk имеет очень низкий уровень шума. Это происходит из-за того, что индуктор есть как на входе, так и на выходе. Ток, протекающий через катушку индуктивности, не может измениться мгновенно, поэтому входные и выходные токи являются очень стабильными токами в отличие от других топологий импульсных регуляторов.

Генерация отрицательного напряжения с использованием инвертирующей повышенно-понижающей топологии

Инвертирующая повышенно-понижающая топология — одна из трех основных топологий индуктивного импульсного источника питания. Для этого требуется только одна катушка индуктивности, два переключателя и входной и выходной конденсатор. Две другие топологии, которые также работают с этими базовыми компонентами, — это понижающая топология и повышающая топология. В понижающей топологии катушка индуктивности находится на выходной стороне, в повышающей топологии — катушка индуктивности на входной стороне, а в инвертирующей топологии катушка индуктивности не находится ни на входе, ни на выходе.Катушка индуктивности крепится между коммутационным узлом и землей, как показано на Рисунке 5.

Щелкните изображение для увеличения

Рис. 5. Инверсия топологии понижающего и повышающего напряжения, генерирующей отрицательное напряжение из положительного напряжения питания

ИС импульсного источника питания, которая может использоваться для инвертирующей топологии, представляет собой устройство любого типа, предназначенное для понижающей топологии. На рынке доступно множество таких продуктов. Использование понижающего регулятора в инвертирующей понижающе-повышающей топологии сопряжено с одной важной проблемой.Понижающий стабилизатор, используемый в инвертирующей повышающе-понижающей топологии, будет генерировать отрицательное выходное напряжение, которое равно напряжению заземления понижающего регулятора. Тогда выходное напряжение понижающего стабилизатора будет равно напряжению заземления системы.

Такое поведение, как правило, не является проблемой, однако в результате все опорные штыри понижающего регулятора связаны с землей понижающего регулятора, а не с землей системы. Поскольку земля понижающего регулятора становится отрицательным напряжением, как только схема работает в установившемся режиме, некоторые сдвиги уровня на выводах, такие как вход синхронизации, включение, функция отслеживания и многие другие, должны быть сдвинуты по уровню, чтобы системный сигнал для этих контакты относятся к заземлению понижающего регулятора (генерируемое отрицательное напряжение), а не к заземлению системы.

Преимущество инвертирующего понижающе-повышающего регулятора заключается в том, что требуется лишь очень небольшое количество компонентов силового каскада, эффективность преобразования энергии, как правило, довольно высока, и существует множество ИС контроллеров на выбор. В качестве недостатка можно отметить тот факт, что в инвертирующей повышающе-понижающей топологии нет индуктора на входе и нет индуктора на выходе. Таким образом, на входной и выходной сторонах возникают прерывистые токи. В приложениях, чувствительных к шуму, может потребоваться дополнительная фильтрация.

Причина названия инвертирующей топологии «понижающий-повышающий» заключается в том, что значение входного напряжения может быть выше или ниже установленного абсолютного значения отрицательного выходного напряжения. Например, отрицательное напряжение 12 В может генерироваться положительной шиной 5 или 24 В. Эта функция используется в некоторых приложениях, которые даже не требуют отрицательного напряжения. Например, цепочка светодиодов может управляться по инвертирующей повышающе-понижающей топологии с входным напряжением выше или ниже, чем объединенное прямое падение напряжения цепочки светодиодов.Отрицательная полярность генерируемого выходного напряжения может быть устранена путем переворота цепочки светодиодов.

Постфильтрация отрицательных напряжений с помощью линейного регулятора

Хотя линейные регуляторы, такие как LDO (линейные регуляторы с малым падением напряжения), не могут генерировать отрицательное напряжение из положительного напряжения, они могут понижать отрицательное напряжение до более низкого отрицательного напряжения. Их можно использовать либо для регулирования нерегулируемых напряжений, часто генерируемых дополнительной отрицательной обмоткой на обратном трансформаторе, либо их можно использовать для фильтрации существующих шин отрицательного напряжения для создания сверхмалошумящих отрицательных источников питания для чувствительных к шуму приложений.

Для грубой стабилизации напряжения дискретный отрицательный линейный стабилизатор может быть построен с транзистором, стабилитроном и несколькими резисторами, при низком падении напряжения, низком уровне шума, высоком коэффициенте отклонения источника питания (PSRR) или в контуре быстрого регулирования для высокого Требуется постоянная точность выходного напряжения, необходим встроенный отрицательный LDO. К сожалению, линейные регуляторы, рассчитанные на положительные напряжения, не будут работать с отрицательными напряжениями питания.

На рынке существуют отрицательные линейные регуляторы, но их немного.Из тех, что доступны, многие были выпущены на рынок давным-давно, используют старые полупроводниковые технологии и, следовательно, не обладают современными электрическими характеристиками. На рисунке 6 показан ADP2441 с инвертирующей повышенно-понижающей топологией. Выходной сигнал пост-фильтруется современным отрицательным LDO от Analog Devices, ADP7182 с диапазоном входного напряжения до -28 В и максимальным выходным током 200 мА. Коэффициент подавления источника питания составляет -66 дБ на частоте 10 кГц, что обеспечивает хорошее ослабление пульсаций в приложениях с низким уровнем шума.

Щелкните изображение для увеличения

Рис. 6. Отрицательный линейный стабилизатор, используемый на выходе инвертирующей повышенно-понижающей топологии

Пример схемы с использованием специального повышающего инвертирующего преобразователя

Представленные выше концепции используются в течение многих лет. Однако в результате недавних разработок появилось несколько ИС импульсных регуляторов, которые оптимизированы для генерации отрицательного напряжения. ADP5073 — это специализированная ИС импульсного стабилизатора, предназначенная для инвертирующей повышенно-понижающей топологии.Он включает в себя смещение уровня, так что разрешающий вывод соотносится с землей ИС и землей системы. Это значительно упрощает требования к последовательности в данной системе. Кроме того, в нем реализована специальная функция скорости SLEW, которая помогает значительно снизить коммутационный шум, возникающий из-за топологии инвертирующего повышающего напряжения.

Этот вывод скорости нарастания может регулировать скорость переключения импульсного источника питания. Быстрые переходы переключения обеспечивают наименьшие коммутационные потери, наименьшая скорость обеспечивает наименьшее образование шума.Можно выбрать три настройки, позволяющие оптимизировать минимальный уровень шума и максимальную эффективность преобразования энергии на поздних этапах процесса проектирования.

ADP5073 может управлять максимальным током переключения 1,2 А. Максимально возможное выходное напряжение зависит от соотношения входного и выходного напряжения. На рисунке 7 показан пример схемы инвертирующего повышающе-понижающего источника питания с использованием ADP5073 для приложений с низким уровнем шума из-за функции вывода SLEW.

Щелкните изображение для увеличения

Рисунок 7.Выделенный инвертирующий понижающий-повышающий контроллер

Линейные регуляторы с отрицательным напряжением

Что такое отрицательное напряжение? С напряжениями все относительно. Между разными электрическими проводниками могут быть разные электрические потенциалы.Это означает, что одно напряжение может быть выше другого. В таком случае нельзя использовать описание «отрицательное напряжение». Под отрицательным напряжением мы подразумеваем, что одно напряжение ниже потенциала земли системы. На рисунке 1 показан пример с напряжением питания 3,3 В и потенциалом заземления системы 0 В. В такой системе сигналы датчика должны быть измерены и записаны. Эти сигналы могут находиться в диапазоне от +2,5 В до –2,5 В. Для регистрации этих сигналов мы используем операционный усилитель, для которого требуется положительное напряжение питания +3.3 В и отрицательное напряжение питания –3,3 В.

Для положительных напряжений в системе уже имеется +3,3 В. Для необходимого отрицательного напряжения –3,3 В можно использовать имеющееся опорное напряжение –5 В. Эта шина напряжения может поступать от трансформаторного источника питания. Обычно такие напряжения регулируются не очень точно. Для точной генерации –3,3 В мы хотим использовать линейный стабилизатор.

На рынке имеется очень большой выбор линейных регуляторов, подходящих для положительного напряжения.Можно ли использовать такой положительный линейный регулятор в приложениях, где необходимо преобразовать отрицательное напряжение?

На рисунке 1 показан линейный регулятор, используемый в таком приложении. Проблема с использованием типичного линейного регулятора, предназначенного для положительных выходных напряжений, заключается в том, что он может только подавать ток, а не потреблять ток. Если бы мы выбрали положительный линейный стабилизатор, который может генерировать и принимать токи, по-прежнему будет проблемой с этой настройкой. Регулируемый резистор обозначает проходной элемент линейного регулятора.Соотношение напряжений между разъемами V _IN , V _OUT и GND точно такое же для этой ИС линейного регулятора, как если бы она использовалась в приложении положительного напряжения. Однако у использования положительного линейного регулятора в такой среде есть несколько недостатков. Схема будет использовать резистивный делитель для регулирования выходное напряжение зависит от шины –5 В, а не от шины 0 В, системного заземления. Это приводит к тому, что помехи и шум на шине –5 В передаются непосредственно на генерируемую –3.Рейка 3 В. К тому же точность регулирования оставляет желать лучшего. Когда напряжение питания –5 В имеет точность только ± 10%, эта неточность также будет влиять на генерируемое выходное напряжение –3,3 В.

Рисунок 1. Положительный линейный регулятор для создания отрицательного напряжения обычно не работает из-за направления тока.

Второй минус такого варианта использования положительного линейного регулятора заключается в том, что выводы ввода / вывода устройства линейного регулятора, такие как разрешающий вывод, будут привязаны к –5 В.Если в системе необходимо соблюдать некоторую последовательность между различными напряжениями, может потребоваться какой-то сдвиг уровня.

На рисунке 2 показана та же система, но используется линейный регулятор, специально разработанный для понижения отрицательного напряжения. Эти микросхемы специально называются отрицательными линейными регуляторами. Новый отрицательный линейный стабилизатор ADP7183 от Analog Devices был специально разработан для обеспечения наименьшего шума и максимального коэффициента отклонения источника питания (PSRR). Это делает деталь очень полезной для фильтрации приложений по узлам, чувствительным к питанию.

Рисунок 2. Отрицательный линейный стабилизатор для создания отрицательного напряжения.

Если используется отрицательный линейный стабилизатор, подобный показанному на рисунке 2, генерируемое –3,3 В регулируется по отношению к нулевому напряжению заземления. Это дает очень низкий уровень шума и точное выходное напряжение. Кроме того, контакты ввода / вывода связаны с заземлением системы 0 В, и, таким образом, можно исключить изменение уровня.

Это делает очень необходимыми специальные отрицательные линейные регуляторы при преобразовании отрицательных напряжений или при фильтрации отрицательных напряжений.Вообще там это только ограниченное количество отрицательных линейных регуляторов, доступных на рынке. Новые продукты, такие как ADP7183 (300 мА) и ADP7185 (500 мА), увеличивают доступный портфель для дизайнеров.

Тест:

Кстати — почему регулятор LDO? Вы все еще используете стандартный 7805 для получения стабильного выходного напряжения 5 В? Что ж, вам нужно входное напряжение 7 В (минимум) для 7805. Допустим, нам нужен выходной ток 100 мА.

Какую эффективность вы получите от регулятора 7805 по сравнению с регулятором LDO, таким как ADP150?

Совет: проверьте технические данные ADP150.

Найдите ответ в StudentZone.

Может ли напряжение быть отрицательным? — PortablePowerGuides

Обычный человек не поймет, что значит отрицательное напряжение, в основном потому, что не понимает, что такое напряжение. Это ключ к пониманию того, что на самом деле означает отрицательное напряжение. Сначала вы должны понять различные факторы и компоненты, которые окружают напряжение и влияют на него.

Может ли напряжение быть отрицательным?

Напряжение может быть отрицательным.Отрицательное напряжение возникает, когда источник напряжения имеет отрицательную полярность, то есть когда отрицательная клемма и положительная сторона схемы соединены.

Он специально создан, например, для транзисторов. Новая электроника подчеркивает использование отрицательного напряжения в смещении ЖК-дисплея и смещения силового транзистора из нитрида галлия, не говоря уже о смещении лазерных диодов (оптических модулях).

Однако в большинстве случаев это скорее идея, чем материальный компонент.Вы должны знать, что означает отрицательное напряжение, чтобы вы могли понять его при записи в цепи.

Но по большей части не будет преувеличением назвать «отрицательное напряжение» условным обозначением, которое люди используют для того, чтобы математические уравнения оставались аккуратными и аккуратными.

Что такое напряжение?

Звучит как простой вопрос, но вы должны ответить на него, если хотите понять такие термины, как «отрицательное напряжение». Задача электрической цепи — переместить заряд из одной точки в другую.Когда электрическая цепь настроена правильно, заряд, который она предназначена для перемещения, будет приводить в действие конкретный прибор.

Сам по себе электрический заряд ничего не может сделать. Электрический заряд служит своей цели только тогда, когда он движется по цепи. Вот где напряжение входит в картину. Некоторые люди описали это как потенциальную энергию , которая перемещает электрический заряд.

В зависимости от поля вы также можете определить его как единицу измерения, которую люди используют для измерения энергии, которая должна быть затрачена на перемещение электрического заряда.

Определение, которым вам следует заняться, заставляет некоторых людей относиться к напряжению как к электродвижущей силе. Это определение принимает во внимание тот факт, что сила, перемещающая электрический заряд по цепи, вызвана разницей в напряжении между точками.

Общие сведения о напряжении

Напряжение — это энергия, перемещающая электрический заряд. Вы можете смотреть на это как на давление, которое позволяет течению перемещаться между точками.Чтобы электрический ток перемещался между двумя точками, уровни энергии между этими двумя точками должны различаться.

Это та разница в энергии, которая создает силу, позволяющую заряду двигаться. Вот почему напряжение также называют электрическим потенциалом. Он используется для определения потенциальной энергии, которая будет потрачена на перемещение электрического заряда.

Слово «напряжение» довольно широкое. Если вы не понимаете электричество, вы можете предположить, что это слово означает очень многое.Чтобы прояснить этот термин, вы должны запомнить три основных понятия.

Сначала ток движется между двумя точками, уровни энергии которых различаются. Во-вторых, требуется энергия, чтобы переместить этот ток из одной точки в другую. В-третьих, напряжение описывает разницу в энергии между этими точками и доступную энергию, которая должна быть израсходована, чтобы переместить ток из одной точки в другую.

Что такое полярность?

Как только вы поймете, что напряжение связано с разницей в уровнях энергии между точками, вы можете начать исследовать вопрос полярности.Если вы когда-нибудь видели схему цепи, вы, вероятно, видели знаки плюс и минус на клеммах.

Принципиальная электрическая схема

Эти символы обозначают полярность. Они должны идентифицировать точки в цепи, которые имеют более высокий уровень энергии. Например, если у вас есть клеммы A и B в цепи, и A имеет знак плюса, а B имеет знак минус, вы можете с уверенностью заключить, что напряжение в A имеет самый высокий уровень энергии из двух.

Напряжение между двумя точками обычно сравнивается относительно земли.Каждая цепь имеет точку заземления с нулевым уровнем напряжения. Дилиджент сравнивает землю в кругообороте с «уровнем моря» в географии, где высота определяется по отношению к уровню моря.

Символ, используемый для обозначения земли, будет зависеть от ситуации. Есть заземление, сигнальное заземление и заземление шасси.

К настоящему времени вы понимаете, что цепь имеет положительные и отрицательные полюса. Вы также могли догадаться, что эти полюса обозначены знаком плюс и минус.Как только вы поймете, что напряжение связано с разницей в энергии между двумя точками, вам не должно быть слишком сложно понять, что полярность просто используется для обозначения точки, которая имеет наибольшую энергию.

Терминал со знаком плюс обычно имеет более высокий уровень энергии из двух. Хотя это предполагает, что напряжение положительное. . Если вы измените полярность, то клемма со знаком плюс будет иметь более низкие уровни энергии из двух.

Что такое отрицательное напряжение?

Чтобы понять такие термины, как «отрицательное напряжение» и «положительное напряжение», вы должны применить свое понимание полярности напряжения.

В средней цепи цель состоит в том, чтобы создать ориентацию, которая производит положительное напряжение. Это единственный способ позволить току течь, позволяя источнику напряжения питать рассматриваемый прибор.

Обычное электронное устройство имеет отсек для батареи с четкими знаками и символами, которые были добавлены, чтобы гарантировать, что вы вставляете батареи таким образом, чтобы обеспечить положительное напряжение. Положительное напряжение генерируется, когда положительный вывод и положительный полюс цепи соединены. При такой ориентации также соединяются отрицательный вывод и земля.

Это хорошо, потому что ориентация позволяет электрическому заряду достигать прибора. При изменении полярности образуется отрицательное напряжение. Это проблематично в обычных ситуациях, потому что передает электрический заряд на землю.

Положительное напряжение, с другой стороны, передает заряд на положительную сторону цепи.Если вы понимаете положительное напряжение, то отрицательное напряжение — это просто изменение полярности. Обратное также верно.

Если вы знаете, что такое отрицательное напряжение, то положительное напряжение — это изменение полярности.

Отрицательное и положительное напряжение — как узнать, положительное или отрицательное напряжение?

Если вы все еще не понимаете полярность, то такие термины, как отрицательное и положительное напряжение, не будут иметь для вас особого смысла. Вы можете начать понимать, что означают эти два термина, когда поймете, как ток и электроны движутся между клеммами.

Это ключ к расшифровке разницы между отрицательным и положительным напряжением. Как было отмечено ранее, электрический заряд протекает между двумя точками с разными уровнями энергии. Полярность покажет вам терминал с более высоким уровнем энергии.

Как уже упоминалось ранее, знак «плюс» предназначен для обозначения положительного полюса, полюса с более высокой энергией. Если разница между полюсами создает силу, которая позволяет току двигаться, в каком направлении этот ток движется?

В обычной цепи ток будет течь от положительной клеммы к отрицательной.Другими словами, заряд должен перемещаться от терминала с более высоким уровнем энергии к терминалу с более низким уровнем энергии.

Википедия призывает вас помнить, что электроны не следуют этому образцу. Они движутся в противоположном направлении, от отрицательного к положительному.

https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_polarity

В этом отношении вы можете подойти к своему определению разницы между отрицательным и положительным напряжением с нескольких точек зрения.

Некоторые эксперты заметили, что такие термины, как «положительный» и «отрицательный», следует применять к току, а не к напряжению. Они описали бы положительное напряжение как состояние, в котором тело имеет изобилие положительного заряда, а отрицательное напряжение — обратное.

Если вы продолжите применять «положительный» и «отрицательный» к электрическому заряду, , то также стоит отметить, что электроны притягиваются к положительному заряду и отталкиваются отрицательным зарядом .Вот почему они текут от отрицательного полюса к положительному.

Следует иметь в виду, что положительное напряжение выше, а отрицательное напряжение ниже. Термины «напряжение», «отрицательное напряжение» и «положительное напряжение» являются широкими понятиями, которые люди, не имеющие опыта в области электричества, могут с трудом понять.

Как правило, вы должны сосредоточить свои усилия на понимании потока тока и электронов. Помните, что ток движется от положительного к отрицательному, тогда как электроны перемещаются от отрицательного к положительному.

Имеет ли разница между этими двумя значениями?

Определение напряжения настолько широкое и, казалось бы, расплывчатое, потому что напряжение относительно . Чтобы понять это, вы должны измерить напряжение относительно нулевой точки . Здесь земля входит в картину.

Во многих случаях Земля используется в качестве земли, потому что она технически нейтральна. Напряжение обычно определяется как положительное или отрицательное по отношению к земле .Однако во многих реальных сценариях отрицательное напряжение не имеет значения.

Когда вы смотрите на схему цепи на листе бумаги, вы можете использовать свое понимание концепции отрицательного напряжения, чтобы понять работу цепи. Именно здесь проявляется идея отрицательного напряжения. Это соглашение, которое позволяет вам объяснять электрические идеи. Но это не обязательно приводит к ощутимым последствиям в обычной ситуации.

Тем не менее, Maker Pro выделил несколько нетрадиционных ситуаций, когда отрицательное напряжение может пригодиться, включая конструкцию двухканальных источников питания, не говоря уже о аудиоколонках.

Заключение

Чтобы понять, как работает напряжение, необходимо иметь в виду тот факт, что оно подчеркивает разницу в уровнях энергии между точками. Эта разница имеет значение, потому что заставляет электрический заряд двигаться.

В цепи одни точки имеют более высокий уровень энергии, чем другие. На это указывают знаки плюс и минус. Эти символы используются для обозначения полярности в цепи. Знак «плюс» обозначает клемму с более высоким напряжением.

Цепь будет иметь положительную или отрицательную ориентацию, в зависимости от конфигурации клемм. Положительное напряжение наблюдается в цепях, где положительный вывод подключается к положительной части схемы, позволяя току течь. Здесь соединяются отрицательная клемма и земля.

Отрицательное напряжение наблюдается в цепях, где соединены отрицательная клемма и положительная часть цепи. Поскольку положительный вывод соединен с землей, ток не достигнет положительной стороны цепи.

Но, как было отмечено выше, «отрицательное напряжение» — это всего лишь идея в обычных ситуациях. Это нематериальная концепция, которую вы можете изобразить на бумаге с помощью соответствующих символов, но вряд ли она существенно повлияет на ваши усилия. Хотя вам все же лучше знать, что такое отрицательное напряжение.

Как собрать робота Учебники

КАК СОЗДАТЬ ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
(ИСПОЛЬЗОВАНИЕ MAX232 IC)

Почему отрицательное напряжение?
Обычно отрицательное напряжение требуется редко, но в редких случаях оно может понадобиться.Для датчиков (например, датчиков нагрузки и крутящего момента) требуются отрицательные напряжения, Переключатели PMOS, операционные усилители (OP-Amps), сумасшедшие эксперименты по физике и многое другое.

Что такое отрицательное напряжение?
Все напряжения измеряются в положительном или отрицательном направлении в зависимости от «общей» точки, от которой отсчитывается напряжение. Напряжениям присваивается положительное или отрицательное обозначение в произвольной точке цепи, обычно называемой «землей» или «общей».

При использовании батареи в качестве источника напряжения, если отрицательная клемма батареи подключена к «общему», тогда напряжения в цепи все будут измерять положительно с этой точки отсчета.Если положительный полюс батареи подключен к «общему», то напряжение в этой цепи все будут иметь отрицательные значения по отношению к «общей» точке.

Для инженера установка этой точки «общности» в цепи устанавливает точку отсчета для всех других измерений напряжения. Это упрощает описание потока электронов в цепи.

Создание отрицательного напряжения
Например,
Если вы возьмете две ячейки постоянного тока на 1,5 В и соедините их последовательно друг с другом, общее напряжение составит 3 В.Если вы пройдете между центральной точкой и положительной шиной, он будет читать + 1,5 В, теперь переместите позитв. подключите мультиметр к минусу, и он покажет -1,5 В.

Но для практических целей не всегда возможно добавить дополнительные источники питания и / или батареи для создания отрицательного напряжения. для вашего приложения, и поэтому есть гораздо лучший вариант.

Микросхема MAX232
Обычно очень доступная и общедоступная микросхема MAX232 используется для Протоколы последовательной связи RS232.Но вы, вероятно, не знали, что Эта ИС также содержит так называемый зарядный насос , электронную схему, которая использует конденсаторы в качестве энергии. элементы хранения для преобразования постоянного напряжения в другое постоянное напряжение. Все, что вам нужно сделать, это дать этой микросхеме источник питания 5 В, и выходит отрицательное напряжение. Это замечательно, если вы уже используете микросхему MAX232 для последовательной связи — а так требует ноль новой схемотехники!

На ИС используйте вывод «отрицательное выходное напряжение питания Vs-» (вывод 6, показанный ниже) для отрицательного напряжения 15 В и тока до 10 мА.10 мА недостаточно? Сложите несколько микросхем MAX232 параллельно для увеличения токовых характеристик.

Вывод
MAX232

Регуляторы отрицательного напряжения
Регулятор напряжения поддерживает определенное стабильное значение напряжения. Так же, как регулятор напряжения для положительного напряжения, отрицательный стабилизатор напряжения может удерживать отрицательное напряжение. Доступна другая информация о регулировании напряжения.

Другие методы получения отрицательного напряжения
Прочтите это сообщение на форуме о других методах создания отрицательного напряжения. для вашей схемы:

http: // www.Societyofrobots.com/robotforum/index.php?topic=2734.0

Может ли напряжение быть отрицательным: когда, как, исчерпывающие ответы на часто задаваемые вопросы, Insights

Напряжение не всегда означает, что оно должно быть положительным. Поэтому возникает вопрос, может ли напряжение быть отрицательным? Давайте утолим ваше любопытство по поводу отрицательного напряжения.

В этой статье объясняется, как напряжение может быть отрицательным, объясняется соглашение о знаках напряжения (в соответствии с соглашением о знаках базовой схемы) в различных схемах, что вызывает отрицательное напряжение и преобразование любого напряжения в отрицательное напряжение.

Напряжение — это потенциал, созданный между двумя разными точками. Напряжение можно объяснить как работу, совершаемую на единицу, необходимую для перемещения единичного заряда из одной точки в другую в присутствии статического электрического поля.

Напряжение имеет величину и полярность. Полярность напряжения может быть отрицательной или положительной, а величина напряжения может быть только положительной. Напряжение — величина относительная, поэтому она может быть как положительной, так и отрицательной.

Понятие положительного и отрицательного напряжения исходит из соглашения о знаках.Знаковое соглашение — это правило, принятое во всем мире для определения электрического потока или знаков электроэнергии в цепи. Бенджамин Франклин был тем, кто предположил, что электрический ток течет от положительной клеммы напряжения к клемме отрицательного напряжения. В то время роль электрона в протекании тока не была ясна из-за принятого им соглашения. Тем не менее, позже, после нескольких открытий, был обнаружен тот электрон, который вызывает движение тока в направлении, противоположном току.

Нулевое напряжение в цепи называется заземлением, которое используется как эталон для измерения других напряжений. Полярность напряжения элемента электрической цепи варьируется для активного или пассивного элемента для пассивного элемента, такого как резистор. Клемма, через которую электрон входит в элемент, эта клемма является клеммой отрицательного напряжения, а другая клемма компонента является клеммой положительного напряжения. Для активных компонентов, таких как источник питания и конденсатор, вывод, по которому подается ток, является положительным выводом, а другой вывод — отрицательным выводом.

Что означает отрицательное напряжение?

Напряжение — это относительная величина, поэтому она может быть отрицательной или положительной.

Когда напряжение более отрицательное (по полярности) относительно земли схемы, тогда напряжение отрицательное.

Например, источник постоянного напряжения, такой как аккумулятор (или элемент), имеет отрицательную и положительную клеммы. Когда положительная клемма батареи обнаруживается, отрицательная клемма подключается к схеме, тогда напряжение, подаваемое через источник питания в схему, является отрицательным напряжением.

Положительное или отрицательное напряжение может быть связано с ориентацией источников напряжения в схеме. Когда отрицательная клемма напрямую связана с землей, а положительная клемма напрямую связана со схемой, генерируемое напряжение является положительным напряжением. Когда положительная (+) клемма напрямую связана с землей, а отрицательная (-) клемма подключена к схеме, напряжение, генерируемое на отрицательной (-) клемме источника питания, является отрицательным напряжением.

Что такое отрицательное напряжение, используемое для

В некоторых схемах используется отрицательное напряжение, например в транзисторах, телекоммуникациях, двухтактных усилителях, силовых схемах и т. Д.

Использование отрицательного напряжения:

• Некоторые материалы более агрессивны при наличии положительного напряжения
• Отрицательное напряжение безопаснее использовать
• Отрицательное напряжение может нейтрализовать положительный заряд, которые могут выделять тепло.
• Передача мощности безопаснее или при использовании отрицательного напряжения.

Операционному усилителю (OpAmp) требуется как положительное, так и отрицательное напряжение для правильной работы и усиления.Для смещения транзистора необходимо отрицательное напряжение. В электросвязи линии прокладываются под землей в присутствии влаги и других внешних материалов, которые могут вызвать коррозию провода, обычно сделанного из меди. Когда через провод подается отрицательное напряжение, это сводит к минимуму коррозию.

Может ли усиление напряжения быть отрицательным?

Коэффициент усиления по напряжению — это отношение выходного напряжения (в вольтах) к входному напряжению (в вольтах) элемента схемы.

Отрицательное усиление напряжения означает изменение полярности напряжения от входа к выходу. Другими словами, выходное напряжение сдвинуто по фазе на 180 градусов относительно входа . Коэффициент усиления по напряжению отрицательный, если выходное напряжение меньше (из-за затухания или фазового сдвига), чем входное напряжение. Усилитель с отрицательной обратной связью имеет отрицательное усиление по напряжению.

Может ли напряжение аккумулятора быть отрицательным?

Полярность напряжения аккумулятора зависит от того, как он подключен между схемой и землей.

Предположим, что положительная (+) клемма аккумулятора напрямую связана с землей, а отрицательная (-) клемма подключена к цепи. В этом случае генерируемое на нем напряжение будет отрицательным, и если отрицательный вывод заземлен.

Положительный вывод подключается к схеме, тогда генерируемое на нем напряжение будет положительным.

Что такое отрицательное напряжение в переменном токе?

В цепи переменного тока два полюса источника переменного тока меняются местами с положительного на отрицательный.

Отрицательное напряжение переменного тока означает, что напряжение сдвинуто по фазе на 180 градусов относительно положительного напряжения. Полный цикл AC состоит из двух полупериодов: одна положительная (+) половина, а другая отрицательная (-) половина. Положительная половина — это положительное напряжение в любой момент времени. Тем не менее, во время отрицательной половины круга полярность напряжения инвертируется по отношению к положительной половине цикла, что означает, что в любой момент времени в течение отрицательного полупериода напряжение отрицательное.

Может ли напряжение Thevenin быть отрицательным?

Напряжение Тевенина можно определить в соответствии с теоремой Тевенина, которая утверждает, что любая линейная схема представляет собой комбинацию нескольких источников напряжения, а резисторы могут быть заменены резистором и источником напряжения; Результирующий источник напряжения — это напряжение Тевенина.

Полярность напряжения Thevenin может быть отрицательной или положительной в зависимости от ориентации напряжения Thevenin в схеме.Если рассчитанное напряжение Thevenin отрицательное, это означает, что направление результирующего источника питания изменится. Если рассчитанное значение остается положительным, то ориентация результирующего источника питания правильная.

Может ли напряжение RMS быть отрицательным?

RMS — среднеквадратичное значение маршрута. Среднеквадратичное значение напряжения может быть получено путем извлечения квадратного корня из среднего значения квадрата мгновенного напряжения за интервал времени

Результат извлечения квадратного корня может быть отрицательным или положительным.Допустим, амплитуда напряжения принята за среднеквадратичное значение, тогда условно. В этом случае среднеквадратичное значение напряжения будет положительным, только если амплитуда и фаза напряжения взяты для получения среднеквадратичного напряжения, тогда это может быть комплексное отрицательное или положительное значение.

Может ли напряжение на узле быть отрицательным?

В схеме узел — это точка между двумя или более элементами схемы, а напряжение узла — это разность электрических потенциалов между двумя узлами схемы.

Напряжение узла может быть положительным или отрицательным, так как это относительная величина . Один узел схемы можно рассматривать как опорный узел, и относительно этого узла можно измерить напряжение другого узла. Обычно опорным напряжением является заземляющий узел, поэтому значение другого узла зависит от направления текущей ориентации и т. Д. По отношению к опорному узлу. Напряжение измерительного узла может быть ниже, чем у опорного напряжения.

Может ли напряжение остановки быть отрицательным?

В эксперименте по фотоэлектрическому эффекту анод является материалом мишени.Анод подключается к положительному выводу источника напряжения, когда он подвергается воздействию монохроматической и электромагнитной волны, в результате чего через цепь протекает ток, называемый фототоком.

Когда анод соединен с отрицательной клеммой источника напряжения, по мере увеличения напряжения фототок гаснет. Напряжение, при котором фототок перестает протекать по цепи, называется напряжением остановки. В ходе этого эксперимента мы узнали, что напряжение останова имеет отрицательное значение.

Может ли размах напряжения быть отрицательным?

Пиковое напряжение — это разница между минимальным и максимальным напряжением сигнала напряжения.

Величина размаха напряжения может варьироваться от 0 до любого положительного значения, поскольку полярность размаха напряжения может быть отрицательной и положительной.

Может ли мгновенное напряжение быть отрицательным?

Мгновенное напряжение — это значение напряжения (или разности потенциалов) в определенный момент времени.

Мгновенное напряжение может быть отрицательным или положительным. Мгновенное напряжение источника отрицательного постоянного напряжения постоянно отрицательно в любой момент времени. При переменном напряжении мгновенное напряжение со временем изменяется от положительного до отрицательного. Для отрицательного цикла сигнала напряжения переменного тока мгновенное значение напряжения отрицательно в любой момент времени.

Ток отрицательный, если напряжение отрицательное?

Напряжение — величина относительная, поэтому она может быть отрицательной.Отрицательный ток может означать только направление электронного тока, которое противоположно электрическому току в соответствии с соглашением.

Отрицательное напряжение означает, что отрицательная клемма источника питания напрямую подключена к цепи, а положительная клемма заземлена. Учитывается ток от отрицательной клеммы (-) источника напряжения. Этот ток будет отрицательным током, поскольку мы знаем электрический ток от положительной клеммы любого источника напряжения.

Что означает минус 5 вольт?

5 вольт — это разность потенциалов (или напряжение) между двумя разными точками. Примите во внимание, что напряжение является относительной величиной, полярность напряжения может измениться в зависимости от эталонов.

Изображение: Источник 5 В постоянного тока соединен с землей через положительную клемму.

Когда положительная клемма источника питания 5 В постоянного тока напрямую связана с землей. В результате положительная клемма (+) становится опорным напряжением, а отрицательная клемма (-) источника питания 5 В подключается к схеме.Результирующее напряжение через источник питания 5 вольт будет отрицательным 5 вольт, так как положительный вывод принимается за контрольную точку .

Как создать отрицательное напряжение?

Для создания отрицательного напряжения можно использовать разные методы.

Использование: —

• 555 и схема ограничителя
• Коммутируемый конденсаторный преобразователь напряжения
• Полуволновой выпрямитель
• Использование инвертирующего усилителя

Комбинация таймеров 555 и схемы ограничителя позволяет генерировать отрицательное напряжение на выходе.Здесь таймер 555 действует как нестабильный вибратор. После получения питания от источника питания 555 будет генерировать прямоугольную волну на выходе, которая будет состоять как из положительного, так и из отрицательного напряжения. Во время положительной половины выходного напряжения конденсатор, подключенный к выходу, заряжается, поэтому положительного напряжения не будет. Во время отрицательного напряжения конденсатор разряжается через диод, обеспечивая отрицательное напряжение на выходе.

• Преобразователь напряжения с коммутируемым конденсатором

Существует несколько ICS, которые используют преобразователь напряжения с коммутируемым конденсатором для преобразования напряжения в отрицательное напряжение.Как правило, эти ИС содержат некритичные конденсаторы для накачки заряда и резервуара заряда. Основным компонентом этих микросхем является преобразователь уровня напряжения генератора и MOS-переключатели.

Как мы знаем, однополупериодный выпрямитель может отфильтровывать положительную или отрицательную половину любого сигнала переменного тока, поскольку требуемый выход — отрицательное напряжение. Отрицательный полуволновой выпрямитель может использоваться в этом выпрямителе, только отрицательная половина сигнала переменного тока может проходить через него, поэтому в результате на выходе будет только отрицательное напряжение.

• Использование инвертирующего усилителя

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя по напряжению отрицательный, что означает, что выход инвертирующего усилителя выходит за пределы диапазона на 180 градусов. фаза с входом усилителя, поэтому, если положительное напряжение подается на инвертирующий усилитель, то отрицательное напряжение будет выходным.

Как преобразовать отрицательное напряжение в положительное?

При необходимости отрицательное напряжение можно преобразовать в положительное.

Инвертирующий усилитель может использоваться для преобразования отрицательного напряжения (-) в положительное напряжение (+) . Коэффициент усиления инвертирующего усилителя отрицательный, что означает, что выходное напряжение сдвинуто по фазе на 180 градусов относительно входа.Если на входе принять отрицательное напряжение, то выходное напряжение инвертирующего усилителя будет положительным.

Что такое регуляторы отрицательного напряжения?

Регуляторы напряжения используются для поддержания определенного диапазона напряжения для различных целей.

Стабилизатор отрицательного напряжения — это схема, которая используется для поддержания напряжения в любом конкретном диапазоне отрицательного напряжения. 79XX — это семейство микросхем, представляющих собой трехконтактный стабилизатор отрицательного напряжения.

Эти ИС доступны с 3-мя различными выходными напряжениями -5, -12 и -15. Эти интегральные схемы обладают свойствами ограничения интертока и защитой от теплового отключения для их безопасности.

Может ли Arduino выводить отрицательное напряжение?

В продаже имеется несколько плат Arduino.

Обычно выходное напряжение напрямую от Arduino находится в диапазоне положительного напряжения. Диапазон напряжения будет варьироваться от одного типа к другому или от вывода, с которого берется выход.Для получения отрицательного выходного напряжения от Arduino требуется внешняя схема преобразователя напряжения для преобразования напряжения из положительного в отрицательное.

Заземление положительное или отрицательное?

Земля — ​​это опорная точка схемы, относительно которой можно измерить напряжение в любой точке.

Заземление может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от конструкции схемы. В электронике положительный или отрицательный вывод любого источника питания можно считать землей.Когда отрицательная клемма источника питания напрямую подключена к земле, земля называется отрицательной массой . Когда положительная клемма источника питания напрямую подключена к земле, земля называется положительной массой .

Можно ли подключить заземление к минусу?

Источник напряжения имеет две клеммы; один считается положительным, а другой — отрицательным.

Земля — ​​это опорная точка нулевого напряжения цепи.Если в цепи только один источник питания, то отрицательная клемма источника питания считается такой же, как и земля. При необходимости заземление можно подключить непосредственно к отрицательной (-) клемме источника постоянного тока. Когда клемма постоянного тока напрямую связана с землей, земля называется отрицательной землей. В источнике переменного тока нет положительного или отрицательного полюса, поскольку полярность меняется со временем, поэтому нейтральный провод от цепи переменного тока можно напрямую подключить к земле. Заземление не требуется для каждой цепи.Обычно он используется для защиты, общей точки отсчета для напряжений и т. Д.

Как вы проверяете регулятор отрицательного напряжения?

Выходное и входное напряжение регулятора можно проверить для тестирования регулятора отрицательного напряжения.

Входное напряжение отрицательного регулятора можно измерить относительно земли; входное напряжение регулятора проверяется, чтобы регулятор мог нормально работать с достаточным входным напряжением. Входное напряжение должно быть больше регулируемого выходного напряжения по величине.Диапазон выходного напряжения различается разными регуляторами напряжения. Что касается регулятора отрицательного напряжения, диапазон выходного напряжения будет в отрицательных значениях напряжения. При тестировании регулятора отрицательного напряжения убедитесь, что выходное напряжение находится в диапазоне отрицательного напряжения. Выходное напряжение должно быть около номинального выходного напряжения. Если выходное напряжение не соответствует номинальному, регулятор может быть неисправен.

Какая микросхема используется для получения отрицательного напряжения?

Преобразователь напряжения на переключаемых конденсаторах, который инвертирует, делит, удваивает или умножает положительное входное напряжение.

ИС, используемые для получения отрицательного напряжения на выходе: TL7660, MAX1044, NCP1729, LT1026, MAX870, MAX829, LT1054, CAT7660 и т. Д. . Эти ИС используются в линейных драйверах, операционных усилителях, поставщиках, генераторах отрицательного напряжения, делителях напряжения, разработчиках напряжения и т. Д. Эти ИС работают для другого диапазона напряжений, который зависит от технических характеристик ИС.

Почему ток течет с отрицательного на положительный?

Разность потенциалов между двумя точками цепи — это протекание тока.

Электронный ток начинается с отрицательной клеммы (-) . Он перемещается к положительному выводу источника питания, поскольку электронный ток имеет противоположное направление электрическому соглашению о токе. Поток электронов вызван разницей полярности или разностью потенциалов, создаваемой избытком электрона на одном конце и недостатком электрона на другом — отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительному концу источника питания с отрицательного конца. питания.

В чем разница между положительным и отрицательным напряжением?

Любое напряжение может быть положительным, отрицательным или нулевым.

Разница между положительным (+) и отрицательным (-) напряжением заключается в полярности напряжения. Полярность напряжения может меняться в зависимости от эталона, как если бы точка с более высоким потенциалом принималась за эталон для измерения более низкого потенциала. Разность потенциалов будет отрицательной, что соответствует отрицательному напряжению.И когда точка с более низким потенциалом берется за точку отсчета для измерения более высокого потенциала, разность потенциалов будет положительной. Полярность напряжения также влияет на ориентацию источника постоянного тока. Для источника переменного тока со временем полярность напряжения изменяется, так как для положительной половины сигнала переменного тока напряжение будет положительным, а для отрицательной половины — отрицательным.

О компании Sneha Panda

Я получил образование в области прикладной электроники и приборостроения.Я любознательный человек. У меня есть интерес и опыт в таких областях, как преобразователь, промышленные приборы, электроника и т. Д. Мне нравится узнавать о научных исследованиях и изобретениях, и я верю, что мои знания в этой области будут способствовать моим будущим усилиям.

LinkedIn ID — https://www.linkedin.com/in/sneha-panda-aa2403209/

Делитель напряжения с требованиями к положительному и отрицательному напряжению

ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ТРЕБОВАНИЯМИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО И ОТРИЦАТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Во многих случаях нагрузка для делителя напряжения требует как положительного, так и отрицательного напряжения.Положительное и отрицательное напряжение можно подавать от одного источника напряжения, подключив заземление (контрольную точку) между двумя резисторами делителя. Точная точка в цепи, в которой размещается контрольная точка, зависит от напряжений, требуемых нагрузкой.

Например, делитель напряжения может быть спроектирован для подачи напряжения и тока на три нагрузки от заданного напряжения источника.

Дано:


Схема изображена, как показано на рисунке 3-66.Обратите внимание на расположение опорной точки на земле. Значения резисторов R ₁ , R ₃ и R ₄ вычисляются точно так же, как это было сделано в последнем примере. I _R1 — это ток утечки, который можно рассчитать следующим образом:

Рисунок 3-66. — Делитель напряжения, обеспечивающий как положительное, так и отрицательное напряжение.

Решение:


Рассчитайте значение R ₁ .

Решение:


Рассчитайте ток через R ₂ , используя текущий закон Кирхгофа.


В точке A:


(или 195 мА на выходе из точки A)

Поскольку E _R2 = E нагрузка 2, вы можете рассчитать значение R ₂ .

Решение:


Рассчитайте ток через R ₃ .


Напряжение на R ₃ (E _R3 ) равно разнице между требованиями напряжения нагрузок 3 и 2.

Решение:


Рассчитайте значение R ₃ .