اغلب اوقات موقعیت‌هایی وجود دارد که شما یک IC خاص را در دسترس ندارید. اینجاست که IC تایمر 555 محبوب ما برای نجات به کار می‌رود. به همین دلیل است که می‌توان زحمت یافتن یک تراشه خاص برای یک برنامه خاص و همچنین هزینه را کاهش داد. ما قصد داریم از تایمر 555 برای ساخت، نشان دادن و آزمایش یک مدار پمپ شارژ مثبت و منفی با آی سی تایمر 555 استفاده کنیم.
فهرست مطالب
مدار پمپ شارژ چیست؟
پمپ شارژ نوعی مدار است که از طریق دیودها و خازن‌ها با پیکربندی دیودها و خازن‌ها در یک پیکربندی خاص ساخته می‌شود تا ولتاژ خروجی بالاتر از ولتاژ ورودی یا پایین‌تر از ولتاژ ورودی باشد. منظور پایین‌تر، این است که ولتاژ منفی را با توجه به زمین بگوییم. همچنین، مانند هر مدار، این مدار دارای برخی مزایا و معایب است که در ادامه در مقاله به آنها خواهیم پرداخت.
برای دانستن نحوه عملکرد مدار پمپ شارژ مثبت و منفی، ابتدا باید به بررسی شماتیک هر دو، تقویت‌کننده پمپ شارژ و مدار اینورتر پمپ شارژ بپردازیم.
مدار تقویت کننده پمپ شارژ مثبت و منفی
برای درک بهتر مدار پمپ شارژ مثبت و منفی، فرض کنید ما از دیودها و خازن‌های ایده‌آل برای ساخت مدار نمایش داده شده در شکل 1 استفاده می‌کنیم. همچنین فرض می‌کنیم مدار به حالت پایدار رسیده و خازن‌ها کاملاً شارژ می‌شوند. علاوه بر این، ما هیچ بار متصل به این مدار را با این شرایط در نظر نداریم که اصل کار در زیر شرح داده شده است.
با کمک شکل 1 و شکل 2 می‌خواهیم نحوه عملکرد یک مدار پمپ شارژ مثبت و منفی را توضیح دهیم. حال فرض کنیم که ما یک سیگنال PWM را از یک ژنراتور سیگنال متصل کرده‌ایم و سیگنال در فاصله 0-5V نوسان می‌کند.
هنگامی که سیگنال ورودی PWM در مکان-0 در حالت 0 ولت باشد، ولتاژ در محل-1 + 5V یا VCC است. بنابراین، به همین دلیل است که خازن تا 5+ یا VCC شارژ می‌شود. و در چرخه بعدی، هنگامی که سیگنال PWM از 0V به 5 ولت تغییر می‌کند، ولتاژ در محل 1 اکنون + 10 ولت است. اگر شکل 1. و شکل 2. را مشاهده می‌کنید می‌توانید مشاهده کنید که چرا ولتاژ دو برابر شده است.
این دو برابر می‌شود زیرا مرجع در ترمینال خازن وارسی شده است و چون جریان نمی‌تواند به خاطر عمل دیود در جهت معکوس از طریق دیود جریان یابد بنابراین در موقعیت شماره 1 با یک موج مربع تغییر یافته به پایان می‌رسیم که بالاتر از ولتاژ تعصب یا ولتاژ ورودی است. اکنون می‌توانید اثر را در شکل 2، محل 1 شکل موج درک کنید.
پس از آن، سیگنال به یک مدار یکسو‌کننده دیود سینگل کلاسیک تغذیه می‌شود تا موج مربع را صاف کرده و ولتاژ + 10 ولت DC را در خروجی دریافت کند. در مرحله بعدی در محل 2، ولتاژ + 10 ولت است، می‌توانید تأیید کنید که از شکل 1. اکنون در چرخه بعدی، دوباره همان پدیده اتفاق می‌افتد که ما پس از یکسوسازی نهایی که با دیود و خازن‌ها انجام می‌شود با خروجی + 15 ولت در محل 4 به پایان می‌رسیم.
اینگونه است که مدار تقویت‌کننده پمپ شارژ کار می‌کند. در مرحله بعد، خواهیم دید که چگونه اینورتر پمپ شارژ یا پمپ بار منفی کار می‌کند.
اینورتر پمپ شارژ مثبت و منفی
توضیح پمپ شارژ ولتاژ منفی کمی مشکل است، درکنار ما باشید، چگونگی عملکرد آن را توضیح خواهم داد.
در چرخه اول در محل-0 از شکل 3، سیگنال ورودی 0V است و هیچ اتفاقی نمی‌افتد اما به محض رسیدن سیگنال PWM در محل 0، 5 ولت می‌رسد، خازن‌ها شروع به شارژ از طریق دیود D1 می‌کنند و به زودی دارای 5 ولت در محل -1 می‌شوند.
ولتاژ منفی چیست
اکنون ما یک دیود داریم که در حالت forward-bias قرار دارد بنابراین ولتاژ تقریباً فوراً 0 ولت می‌شود. اکنون وقتی سیگنال ورودی PWM دوباره کم می‌شود ولتاژ در محل 1، 0 ولت است. در این لحظه سیگنال PWM مقدار را کم می‌کند و در محل 1 به 5- ولت می‌گیریم.
اکنون یکسو‌کننده دیود تک کلاسیک کار خود را انجام داده و سیگنال پالس شده را به سیگنال صاف DC تبدیل کرده و ولتاژ را در خازن C2 ذخیره می‌کند. در مرحله بعد مدار پمپ شارژ مثبت و منفی که مکان -3 و مکان -4 است، به همین صورت اتفاق می‌افتد و در خروجی مدار یک پایدار 10- ولت DC می‌گیریم.
و اینگونه است که مدار برای یک پمپ بار منفی کار می‌کند.
نکته: لطفاً توجه داشته باشید که ما در این مرحله به مکان 2 اشاره نکردیم زیرا همانطور که از مدار در محل 2 می‌بینید ولتاژ می‌تواند -5 ولت باشد.
اجزای مورد نیاز
- آی سی تایمر NE555 (2)
- آی سی تنظیم‌کننده ولتاژ LM7805 (1)
- خازن uF0.1 (4)
- خازن uF0.01 (2)
- خازن uF4.7 (8)
- دیود Schottky 1N5819 (8)
- مقاومت Ohm680 (2)
- مقاومت Ohm330 (2)
- منبع تغذیه 12V DC (1)
- سیم Generic Single Guage (18)
- بردبورد (1)
نمودار شماتیک پمپ شارژ مثبت و منفی
مدار تقویت‌کننده پمپ شارژ مثبت و منفی:
مدار اینورتر پمپ شارژ مثبت و منفی
برای نمایش، مدار پمپ شارژ مثبت و منفی با کمک شماتیک بر روی یک بردبورد بدون سیم لحیم ساخته می‌شود. كليه اجزاء در حد ممكن و نزديك‌تر قرار مي‌گيرند تا صداي ناخواسته و موج‌دار شدن كاهش يابد.
محاسبات پمپ شارژ مثبت و منفی
فرکانس PWM و چرخه کار آی سی تایمر 555 را باید محاسبه کنیم، ما جلوتر رفته‌ایم و چرخه فرکانس و کار 555 تایمر را با کمک این ابزار محاسبه‌کننده مدار 555 تایمر Astable محاسبه کرده‌ایم. برای مدار عملی، از فرکانس نسبتاً بالایی 10 کیلوهرتز به منظور کاهش موج در مدار استفاده کرده‌ایم. در محاسبات زیر نشان داده شده است.
تست تنظیم مدار پمپ شارژ مثبت و منفی
برای تست مدار پمپ شارژ مثبت و منفی، از ابزار و تنظیمات زیر استفاده می‌شود:
- منبع تغذیه سوئیچینگ 12 ولت (SMPS)
- Meco 108B + Multimeter
- Meco 450B+ Multimeter
- Hantech 600BE USB PC Oscilloscope
برای ساخت مدار از مقاومت 1٪ فیلم‌های فلزی استفاده شده و قدرت خازن در نظر گرفته نشده است. دمای اتاق در زمان آزمایش 30 درجه سانتیگراد می‌باشد.
در اینجا ولتاژ ورودی 5 ولت است، منبع تغذیه 12 ولت خود را به یک تنظیم‌کننده ولتاژ 5V 7805 وصل کرده‌ایم. بنابراین کل سیستم از 5 ولت DC تغذیه می‌شود.
تصویر بالا نشان می‌دهد که فرکانس IC تایمر 555 8KHz است، این به دلیل عوامل تحمل مقاومت‌ها و خازن‌ها است.
از دو تصویر بالا می‌توانید چرخه کار مدار پمپ شارژ مثبت و منفی را که 63٪ معلوم است محاسبه کنید. ما قبلاً آن را اندازه‌گیری کرده‌ایم، بنابراین نمی‌خواهیم دوباره آن را محاسبه کنیم.
در تصویر بعدی، مشاهده می‌شود که ولتاژ خروجی کاملاً کاهش یافته است برای هر دو ولتاژ فشار و مدار اینورتر ولتاژ، زیرا بار 9.1K را وصل کرده‌ایم. جریان از طریق مقاومت 9.1K را که با قانون اهم مشخص شد 1.21mA برای مدار مضاعف ولتاژ و مدار اینورتر ولتاژ است، محاسبه می‌شود و معلوم شد که 0.64mA می‌باشد.
حال فقط برای سرگرمی، بیایید ببینیم اگر یک مقاومت 1K را به عنوان بار وصل کنیم چه اتفاقی می‌افتد. می‌توانید مدار تریلر ولتاژ را در جایی مشاهده کنید که در وضعیتی قرار نگیرد که بتواند از هر چیزی استفاده کند.
برای واضح‌تر بودن در اینجا برخی عکس‌های نزدیک از مدار پمپ شارژ مثبت و منفی وجود دارد.
تقویت بیشتر
- مدار را می‌توان برای پاسخگویی به نیاز خاص به یک برنامه خاص، بیشتر تغییر داد.
- برای به دست آوردن نتایج بهتر، مدار را می‌توان در یک perf-board یا PCB ساخت.
- پتانسیلومتر را می‌توان برای بهبود بیشتر فرکانس خروجی 555 مدار اضافه کرد.
- موج‌دار شدن را می‌توان با استفاده از یک خازن با مقدار بالاتر یا فقط با استفاده از سیگنال PWM با فرکانس بالاتر کاهش داد.
- برای بدست آوردن ولتاژ خروجی نسبتاً ثابت، می‌توان به خروجی مدار یک LDO اضافه کرد.
