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负电压是怎么产生的?(电路原理)

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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2019-9-6 13:50:41 |显示全部楼层
    负电压的产生电路图原理
    在电子电路中我们常常需要使用负电压,比如说我们在使用运放的时候常常需要建立一个负电压。下面就简单的以正5V电压到负电压5V为例说一下它的电路。
    通常需要使用负电压时一般会选择使用专用的负压产生芯片,但这些芯片都比较贵,比如ICL7600,LT1054等。差点忘了MC34063了,这个芯片使用的最多了,关于34063的负压产生电路这里不说了,在datasheet中有的。下面请看我们在单片机电子电路中常用的两种负电压产生电路。
    22.jpg

    现在的单片机有很多都带有了PWM输出,在使用单片机的时候PWM很多时候是没有用到的,用它辅助产生负压是不错的选择。
    上面的电路是一个最简单的负压产生电路了。使用的原件是最少的了,只需要给它提供1kHz左右的方波就可以了,相当简单。这里需要注意这个电路的带负载能力是很弱的,同时在加上负载后电压的降落也比较大。
    由于上面的原因产生了下面的这个电路:
    33.jpg

    负电压产生电路分析
    电压的定义:电压(voltage),也称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
    说白了就是:某个点的电压就是相对于一个参考点的电势之间的差值。V某=E某-E参。一般把供电电源负极当作参考点。电源电压就是Vcc=E电源正-E电源负。
    想产生负电压,就让它相对于电源负极的电势更低即可。要想更低,必须有另一个电源的介入,根本原理都是利用两个电源的串联。电源2正极串联在参考电源1的负极后,电源2负极就是负电压了。
    444.jpg

    一个负电压产生电路:利用电容充电等效出一个新电源,电容串联在GND后,等效为电源2,则产生负电压。
    555.jpg

    1、电容充电:当PWM为低电平时,Q2打开,Q1关闭,VCC通过Q2给C1充电,充电回路是VCC-Q2-C1-D2-GND,C1上左正右负。
    665.jpg

    2、电容C1充满电。
    888.jpg

    3、电容C1作为电源,C1高电势极串联在参考点。C1放电,从C2续流,产生负电压。
    当PWM为低电平时,Q2关闭,Q1打开,C1开始放电,放电回路是C1-C2-D1,这实际上也是对C2进行充电的过程。C2充好电后,下正上负,如果VCC的电势为5点几伏,就可以输出-5V的电压了。
    99.jpg

    产生负电压(-5V)的方案
    09.jpg

    7660和MAX232输出能力有限,做示波器带高速运放很吃力,所以也得用4片并联的方式扩流。
    第一版是7660两片并联的。
    用普通的DC/DC芯片都可以产生负电压,且电压精确度同正电压一样,驱动能力也很强,可以达到300mA以上。
    一般的开关电源芯片都能产生负电压,实在不行用开关电源输出的PWM去推电荷泵,也可以产生较大的电流,成本也很低,不知纹波要求多少,电荷泵用LC滤波之后纹波相当小的。7660是电荷泵,所以电流很小。
    整个示波器的设计,数字电源的+5V和模拟电源的+5V是分开供电的,但是数字地和模拟地应该怎么处理呢?
    数字地和模拟地是一定要连在一起的,不然电路没法工作。
    数字部分的地返回电流不能流过模拟部分地,两个地应该在稳定的地参考点连在一起。
    负电压的意义
    1、人为规定例如电话系统里是用-48V来供电的,这样可以避免电话线被电化学腐蚀。当然了,反着接电话也是可以工作的,无非是电压参考点变动而已。
    2、通讯接口需要。例如RS232接口,就必须用到负电压。-3V~-15V表示1,+3~+15V表示0。这个是当初设计通讯接口时的协议,只能遵守咯。PS:MAX232之类的接口芯片自带电荷泵,可以自己产生负电压。
    3、为(非轨到轨)运放提供电源轨。老式的运放是没有轨到轨输入/输出能力的,例如OP07,输入电压范围总是比电源电压范围分别小1V,输出分别小2V。这样如果VEE用0V,那么输入端电压必须超过1V,输出电压不会低于2V。这样的话可能会不满足某些电路的设计要求。为了能在接近0V的输入/输出条件下工作,就需要给运放提供负电压,例如-5V,这样才能使运放在0V附近正常工作。不过随着轨到轨运放的普及,这种情况也越来越少见了。
    4、这个比较有中国特色,自毁电路一般来说芯片内部的保护电路对于负电压是不设防的,所以只要有电流稍大,电压不用很高的负电压加到芯片上,就能成功摧毁芯片。


    667.jpg
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