Источник отрицательного напряжения. Электроника часть 1

Практика Электричество Электроника Схема

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.

Упс

После рассмотрения схем с катушками и прочими-прочими наворотами, я остановился на схеме ниже:

Источник отрицательного напряжения

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:

LTSpice моделирование

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.

LTSpice моделирование

Модель номер 2 — уже с моими компонентами:

LTSpice моделирование

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: Снимок экрана

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
Описание изображения Описание изображения

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.

Добавить комментарий

Следующая запись Предыдущая запись