【導(dǎo)讀】在電子電路中我們常常需要使用負(fù)的電壓,比如說我們在使用運(yùn)放的時(shí)候常常需要給他建立一個(gè)負(fù)的電壓。下面就簡單的以正5V電壓到負(fù)電壓5V為例說一下他的電路。
負(fù)電壓的產(chǎn)生電路圖原理
在電子電路中我們常常需要使用負(fù)的電壓,比如說我們在使用運(yùn)放的時(shí)候常常需要給他建立一個(gè)負(fù)的電壓。下面就簡單的以正5V電壓到負(fù)電壓5V為例說一下他的電路。
通常我需要使用負(fù)電壓時(shí)一般會(huì)選擇使用專用的負(fù)壓產(chǎn)生芯片,但這些芯片都比較貴比如ICL7600,LT1054等等。哦差點(diǎn)忘了MC34063了這個(gè)芯片使用的最多了,關(guān)于34063的負(fù)壓產(chǎn)生電路我這里不說了在datasheet中有的。下面請看我們在單片機(jī)電子電路中常用的兩種負(fù)壓產(chǎn)生電路。
現(xiàn)在的單片機(jī)有很多都帶有了PWM輸出,我們在使用單片機(jī)的時(shí)候PWM很多時(shí)候是沒有用到的用他輔助產(chǎn)生負(fù)壓是不錯(cuò)的選擇。
上面的電路是一個(gè)最簡單的負(fù)壓產(chǎn)生電路了。他使用的原件是最少的了我們只需要給他提供1kHZ左右的方波就可以了,相當(dāng)?shù)暮唵?。這里需要注意這個(gè)電路的代負(fù)載能力是很弱的,同時(shí)在加上負(fù)載后電壓的降落也比較大。
由于上面的原因產(chǎn)生了下面的這個(gè)電路:
負(fù)電壓產(chǎn)生電路分析
電壓的定義:電壓(voltage),也稱作電勢差或電位差,是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功,電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。
說白了就是:某個(gè)點(diǎn)的電壓就是相對于一個(gè)參考點(diǎn)的電勢之間的差值。V某=E某-E參。一般我們把供電電源負(fù)極當(dāng)作參考點(diǎn)。電源電壓就是Vcc=E電源正-E電源負(fù)。
想產(chǎn)生負(fù)電壓,就讓他相對于電源負(fù)極的電勢更低即可。要想更低,必須有另一個(gè)電源的介入,根本原理都是利用兩個(gè)電源的串聯(lián)。電源2正極串聯(lián)在參考電源1的負(fù)極后。電源2負(fù)極就是負(fù)電壓了。
一個(gè)負(fù)電壓產(chǎn)生電路:利用電容充電等效出一個(gè)新電源,電容串聯(lián)在GND后,等效為電源2。則產(chǎn)生負(fù)電壓。
1、電容充電:當(dāng)PWM為低電平時(shí),Q2打開,Q1關(guān)閉,VCC通過Q2給C1充電,充電回路是VCC-Q2-C1-D2-GND。C1上左正右負(fù)。
2、電容C1充滿電
3、電容C1作為電源,C1高電勢極串聯(lián)在參考點(diǎn)。C1放電,從C2續(xù)流,產(chǎn)生負(fù)電壓。
當(dāng)PWM為低電平時(shí),Q2關(guān)閉,Q1打開,C1開始放電,放電回路是C1-C2-D1,這實(shí)際上也是對C2進(jìn)行充電的過程。C2充好電后,下正上負(fù),如果VCC的電勢為5點(diǎn)幾伏,就可以輸出-5V的電壓了。
產(chǎn)生負(fù)電壓(-5V)的方案
7660和MAX232輸出能力有限,做示波器帶高速運(yùn)放很吃力,所以魏坤也得用4片并聯(lián)的方式擴(kuò)流。
第一版是7660兩片并聯(lián)的。
用普通的DC/DC芯片都可以產(chǎn)生負(fù)電壓,且電壓精確度同正電壓一樣,驅(qū)動(dòng)能力也很強(qiáng),可以達(dá)到300mA以上。
一般的開關(guān)電源芯片都能產(chǎn)生負(fù)電壓,實(shí)在不行用用開關(guān)電源輸出的PWM去推電荷泵,也可以產(chǎn)生較大的電流,成本也很低,不知紋波要求多少,電荷泵用LC濾波之后紋波相當(dāng)小的。7660是電荷泵所以電流很小。
整個(gè)示波器的設(shè)計(jì)數(shù)字電源的+5V和模擬電源的+5V是分開供電的,但是數(shù)字地和模擬地應(yīng)該怎么處理呢?
數(shù)字地和模擬地是一定要連在一起的,不然電路沒法工作。
數(shù)字部分的地返回電流不能流過模擬部分地,兩個(gè)地應(yīng)該在穩(wěn)定的地參考點(diǎn)連在一起。
負(fù)電壓的意義
1、人為規(guī)定。例如電話系統(tǒng)里是用-48V來供電的,這樣可以避免電話線被電化學(xué)腐蝕。當(dāng)然了,反著接電話也是可以工作的,無非是電壓參考點(diǎn)變動(dòng)而已。
2、通訊接口需要。例如RS232接口,就必須用到負(fù)電壓。-3V~-15V表示1,+3~+15V表示0。這個(gè)是當(dāng)初設(shè)計(jì)通訊接口時(shí)的協(xié)議,只能遵守咯。PS:MAX232之類的接口芯片自帶電荷泵,可以自己產(chǎn)生負(fù)電壓。
3、為(非軌到軌)運(yùn)放提供電源軌。老式的運(yùn)放是沒有軌到軌輸入/輸出能力的,例如OP07,輸入電壓范圍總是比電源電壓范圍分別小1V,輸出分別小2V。這樣如果VEE用0V,那么輸入端電壓必須超過1V,輸出電壓不會(huì)低于2V。這樣的話可能會(huì)不滿足某些電路的設(shè)計(jì)要求。為了能在接近0V的輸入/輸出條件下工作,就需要給運(yùn)放提供負(fù)電壓,例如-5V,這樣才能使運(yùn)放在0V附近正常工作。不過隨著軌到軌運(yùn)放的普及,這種情況也越來越少見了。
4、這個(gè)比較有中國特色,自毀電路。一般來說芯片內(nèi)部的保護(hù)電路對于負(fù)電壓是不設(shè)防的,所以只要有電流稍大,電壓不用很高的負(fù)電壓加到芯片上,就能成功摧毀芯片。
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