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負電壓的產(chǎn)生電路圖原理和分析

發(fā)布時間:2019-07-30 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】現(xiàn)在的單片機有很多都帶有了PWM輸出,我們在使用單片機的時候PWM很多時候是沒有用到的用他輔助產(chǎn)生負壓是不錯的選擇。這些負壓是怎么產(chǎn)生的?
 
負電壓的產(chǎn)生電路圖原理
 
在電子電路中我們常常需要使用負的電壓,比如說我們在使用運放的時候常常需要給他建立一個負的電壓。下面就簡單的以正5V電壓到負電壓5V為例說一下他的電路。
 
通常我需要使用負電壓時一般會選擇使用專用的負壓產(chǎn)生芯片,但這些芯片都比較貴比如ICL7600,LT1054等等。哦差點忘了MC34063了這個芯片使用的最多了,關(guān)于34063的負壓產(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電子電路中常用的兩種負壓產(chǎn)生電路。
 
 
現(xiàn)在的單片機有很多都帶有了PWM輸出,我們在使用單片機的時候PWM很多時候是沒有用到的用他輔助產(chǎn)生負壓是不錯的選擇。
 
上面的電路是一個最簡單的負壓產(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?。這里需要注意這個電路的代負載能力是很弱的,同時在加上負載后電壓的降落也比較大。
 
由于上面的原因產(chǎn)生了下面的這個電路:
 
 
負電壓產(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點移動到B點所做的功,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:某個點的電壓就是相對于一個參考點的電勢之間的差值。V某=E某-E參。一般我們把供電電源負極當(dāng)作參考點。電源電壓就是Vcc=E電源正-E電源負。
 
想產(chǎn)生負電壓,就讓他相對于電源負極的電勢更低即可。要想更低,必須有另一個電源的介入,根本原理都是利用兩個電源的串聯(lián)。電源2正極串聯(lián)在參考電源1的負極后。電源2負極就是負電壓了。
 
 
一個負電壓產(chǎn)生電路:利用電容充電等效出一個新電源,電容串聯(lián)在GND后,等效為電源2。則產(chǎn)生負電壓。
 
 
1、電容充電:當(dāng)PWM為低電平時,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。
 
 
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。C1放電,從C2續(xù)流,產(chǎn)生負電壓。
 
當(dāng)PWM為低電平時,Q2關(guān)閉,Q1打開,C1開始放電,放電回路是C1-C2-D1,這實際上也是對C2進行充電的過程。C2充好電后,下正上負,如果VCC的電勢為5點幾伏,就可以輸出-5V的電壓了。
 
 
產(chǎn)生負電壓(-5V)的方案
 
 
7660和MAX232輸出能力有限,做示波器帶高速運放很吃力,所以魏坤也得用4片并聯(lián)的方式擴流。
 
第一版是7660兩片并聯(lián)的。
 
用普通的DC/DC芯片都可以產(chǎn)生負電壓,且電壓精確度同正電壓一樣,驅(qū)動能力也很強,可以達到300mA以上。
 
一般的開關(guān)電源芯片都能產(chǎn)生負電壓,實在不行用用開關(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。
 
整個示波器的設(shè)計數(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,兩個地應(yīng)該在穩(wěn)定的地參考點連在一起。
 
負電壓的意義
 
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,無非是電壓參考點變動而已。
 
2、通訊接口需要。例如RS232接口,就必須用到負電壓。-3V~-15V表示1,+3~+15V表示0。這個是當(dāng)初設(shè)計通訊接口時的協(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)生負電壓。
 
3、為(非軌到軌)運放提供電源軌。老式的運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,輸出電壓不會低于2V。這樣的話可能會不滿足某些電路的設(shè)計要求。為了能在接近0V的輸入/輸出條件下工作,就需要給運放提供負電壓,例如-5V,這樣才能使運放在0V附近正常工作。不過隨著軌到軌運放的普及,這種情況也越來越少見了。
 
4、這個比較有中國特色,自毀電路。一般來說芯片內(nèi)部的保護電路對于負電壓是不設(shè)防的,所以只要有電流稍大,電壓不用很高的負電壓加到芯片上,就能成功摧毀芯片。
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