使用555定時器來構(gòu)建電荷泵電路

本文將使用我們心愛的 555 定時器來構(gòu)建、演示和測試帶有 555 定時器 IC 的正負電荷泵電路。

什么是電荷泵電路？

電荷泵是一種由二極管和電容器組成的電路，通過將二極管和電容器配置為特定配置，以獲得高于輸入電壓或低于輸入電壓的輸出電壓。較低，我的意思是說相對于地的負電壓。此外，與每個電路一樣，該電路也有一些優(yōu)點和缺點，我們將在本文后面討論。

要了解電路的工作原理，我們需要先查看電荷泵升壓器和電荷泵逆變器電路的原理圖。

電荷泵升壓電路

為了更好地理解電路，假設(shè)我們使用理想二極管和電容器來構(gòu)建圖 1所示的電路。此外，我們假設(shè)電路達到穩(wěn)態(tài)并且電容器已充滿電。此外，考慮到這些條件，我們沒有連接到該電路的負載，工作原理如下所述。

借助圖 1 和圖 2，我們將解釋電荷泵電路的工作原理。

現(xiàn)在假設(shè)我們連接了來自信號發(fā)生器的 PWM 信號，并且信號在 0-5V 范圍內(nèi)振蕩。

當位置 0的輸入 PWM 信號處于0V 狀態(tài)時，位置 1的電壓為+5V 或 VCC。所以，這就是電容器充電到+5V 或 VCC 的原因。而在下一個周期，當 PWM 信號從0V 切換到 5V時，位置 1 的電壓現(xiàn)在為+10V。如果您觀察圖 1. 和圖 2。您可以觀察到為什么電壓會增加一倍。

它翻了一番，因為電容器端子處的參考被篩選了，并且由于二極管的作用，電流不能反向流過二極管，所以在位置 1，我們最終得到一個偏移的方波，它高于偏置電壓或輸入電壓。現(xiàn)在，您可以了解圖 2 中波形位置 1 中的效果。

之后，信號被饋送到經(jīng)典的單二極管整流電路以平滑方波并在輸出端獲得+10V直流電壓。

在位置 2 的下一個階段，電壓為+10V，您可以從圖 1 中驗證?，F(xiàn)在在下一個周期中，同樣的現(xiàn)象再次發(fā)生，在最終整流完成后，位置 4的輸出為+15V二極管和電容器。

這就是電荷泵升壓電路的工作原理。

接下來，我們將了解電荷泵逆變器或負電荷泵的工作原理。

電荷泵逆變器

負電壓電荷泵解釋起來有點棘手，但請留下來，我將解釋它是如何工作的。

在圖 3的位置 0的第一個周期中，輸入信號為0V，沒有發(fā)生任何事情，但是一旦PWM 信號在位置 0處達到5V，電容器就開始通過二極管D1充電，很快就會在位置 1有5V ?，F(xiàn)在我們有一個處于正向偏置狀態(tài)的二極管，因此位置 1 的電壓幾乎會立即變?yōu)?0V。現(xiàn)在，當輸入 PWM 信號再次變低時，位置 1 的電壓為 0V。此時 PWM 信號將減去該值，我們將在位置 1 處得到 -5V。

現(xiàn)在經(jīng)典的單二極管整流器將完成其工作，將脈沖信號轉(zhuǎn)換為平滑的直流信號，并將電壓存儲在電容器C2上。

在電路的下一個階段，即位置 3 和位置 4，將同時發(fā)生相同的現(xiàn)象，我們將在電路的輸出端獲得穩(wěn)定的-10V DC。

這就是負電荷泵電路的實際工作方式。

筆記！請注意，此時我沒有提到位置 2，因為從位置 2 的電路可以看出，電壓為-5V。

所需組件

NE555定時器IC - 2

LM7805 穩(wěn)壓器 IC - 1

0.1 uF 電容 - 4

0.01uF 電容 - 2

4.7uF 電容 - 8

1N5819 肖特基二極管 - 8

680歐姆電阻 - 2