במאמר זה אנו לומדים כיצד ליצור כמה מעגלי כפל מתח DC ל DC פשוטים באמצעות IC 4049 ו- IC 555 יחיד יחד עם כמה רכיבים פסיביים אחרים.

אם אתה תוהה כיצד ניתן להשתמש ב- IC 555 פשוט להכנת מעגל כפול מתח חזק, מאמר זה יעזור לך להבין את הפרטים ולבנות את העיצוב בבית.

מה מכפיל מתח

מכפיל מתח הוא מעגל המשתמש רק בדיודות וקבלים להעלאת מתח כניסה ליציאת מתח גבוהה יותר, כפליים מגודל הקלט.

אם אתה חדש במושג מתח כפול ורוצה ללמוד לעומק את המושג, יש לנו מאמר משוכלל באתר זה המסביר שונה. מעגלי מכפיל מתח להתייחסותך.

מושג מכפיל המתח התגלה לראשונה ושימש אותו בפיסיקאים הבריטים והאירים ג'ון דאגלס קוקקרופט וארנסט תומאס סינטון וולטון, ולכן הוא נקרא גם גנרטור Cockcroft – Walton (CW).

דוגמה טובה לתכנון מכפיל מתח ניתן ללמוד באמצעות מאמר זה המנצל את הרעיון עבור יצירת אוויר מיונן לטיהור אוויר בבתים .

מעגל מכפיל מתח הוא גם סוג של מכפיל מתח כאשר שלב הדיודה / הקבל מוגבל לכמה שלבים בלבד, כך שהפלט מותר לייצר מתח שעשוי להיות כפול ממתח האספקה.

“למה משמשות משאבות דיאפרגמה ”

מכיוון שכל מעגלי מכפיל המתח דורשים חובה קלט AC או כניסה פועמת, מעגל מתנד הופך להיות חיוני להשגת התוצאות.

פרטי פינאוט IC 555

פרטי pinout IC 555, קרקע, Vcc, איפוס, סף, פריקה, מתח בקרה

תרשים מעגל של מכפיל מתח באמצעות IC 555

בהתייחס לדוגמא לעיל, אנו יכולים לראות מעגל IC 555 מוגדר כשלב רב-ויברטור מדהים, שהוא למעשה סוג של מתנד, והוא מתוכנן לייצר זרם זרם פועם (ON / OFF) בסיכת הפלט שלו # 3.

אם אתה זוכר, דנו מעגל לפיד לד באתר זה, המשתמש באופן די זהה במעגל מכפיל מתח, אם כי קטע המתנד נוצר באמצעות שערים IC 4049.

בעיקרון, אתה יכול להחליף את שלב IC 555 בכל מעגל מתנד אחר ועדיין לקבל את אפקט הכפלת המתח.

עם זאת לשימוש ב- IC 555 יש יתרון קל מכיוון ש- IC זה מסוגל לייצר יותר זרם מכל מעגל מתנד מבוסס IC אחר ללא שימוש בשלב מגבר זרם חיצוני כלשהו.

כיצד פועל שלב מכפיל המתח

כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, הכפלת המתח בפועל מיושמת על ידי שלב D1, D2, C2, C3, אשר מוגדרים כרשת מכפלת מתח דו-שלבית בחצי גשר.

סימולציה של שלב זה בתגובה למצב הסיכה מספר 3 של ה- IC 555 יכולה להיות מעט קשה, ואני עדיין מתקשה לגרום לו לרוץ במוח כהלכה.

על פי הדמיית מחשבותי, ניתן להסביר את פעולת שלב מכפיל המתח המוזכר כפי שניתן בנקודות הבאות:

כאשר סיכת הפלט IC מספר 3 נמצאת בהיגיון הנמוך או ברמת הקרקע, D1 מסוגל להטעין את C2, מכיוון שהוא מסוגל להתקדם קדימה דרך C2 והפוטנציאל השלילי של סיכה # 3, גם בו זמנית C3 טעון באמצעות D1 ו- D2 .
עכשיו, ברגע הבא ברגע שהסיכה 3 הופכת להיגיון גבוה או בפוטנציאל ההיצע החיובי, הדברים קצת מבלבלים.
כאן C2 אינו מסוגל לפרוק דרך D1, ולכן יש לנו תפוקת רמת אספקה מ- D1, מ- C2 ומ- C3 גם כן.
רבים מהאתרים המקוונים האחרים אומרים שבשלב זה המתח המאוחסן בתוך C2, והחיובי מ- D1 אמור להשתלב עם התפוקה של C3 כדי לייצר מתח כפול, אולם זה לא הגיוני.
מכיוון שכאשר המתח משתלב במקביל, המתח נטו אינו עולה. המתחים חייבים להשתלב בסדרה כדי לגרום להגברה הרצויה או לאפקט הכפל.
ההסבר ההגיוני היחיד שניתן להפיק הוא שכאשר סיכה 3 הופכת גבוהה, היותו השלילי של C2 ברמה החיובית והקצה החיובי שלו מוחזק גם ברמת האספקה, הוא נאלץ לייצר דופק טעינה הפוך שמתווסף ל- C3 טעינה, מה שגורם לזינוק פוטנציאלי מיידי בעל מתח שיא כפול מזה של רמת האספקה.

אם יש לך הסבר טוב יותר או טכני יותר, אנא אל תהסס להסביר זאת באמצעות הערותיך.

כמה זרם?

סיכה מס '3 של ה- IC מוקצה למסור זרם מקסימלי של 200mA, ולכן ניתן לצפות שזרם השיא המרבי יהיה ברמה זו של 200mA, אולם הפסגות יהיו צרות יותר בהתאם לערכי C2, C3. קבלים בעלי ערך גבוה יותר עשויים לאפשר העברת זרם מלא יותר על פני הפלט, לכן וודאו שערכי C2, C3 נבחרים בצורה אופטימלית, סביב 100uF / 25V יספיקו

יישום מעשי

למרות שמעגל מכפיל מתח יכול להיות שימושי עבור יישומי מעגלים אלקטרוניים רבים, יישום מבוסס תחביב יכול להיות להאיר נורית מתח גבוהה ממקור מתח נמוך, כמוצג להלן:

בתרשים המעגל לעיל אנו יכולים לראות כיצד המעגל משמש להארת נורת LED 9V ממקור אספקת 5V, שבדרך כלל יהיה בלתי אפשרי אם 5V יופעל ישירות על ה- LED.

הקשר בין תדר, PWM ורמת פלט המתח

התדר בכל מעגל מכפיל מתח אינו קריטי, אולם תדר מהיר יותר יעזור לך להשיג תוצאות טובות יותר מאשר תדרים איטיים יותר.

באופן דומה לטווח ה- PWM, מחזור החובה צריך להיות בערך 50%, פעימות צרות יותר יגרמו נמוך יותר זרם בפלט ואילו פולסים רחבים מדי לא יאפשרו לקבלים הרלוונטיים להתפרק בצורה אופטימלית, מה ששוב יביא לכוח פלט לא יעיל.

במעגל האיסטי IC 555 הנדון, R1 יכול להיות בין 10K ל 100K, נגד זה יחד עם C1 מחליטים את התדר. כתוצאה מכך C1 יכול להיות בכל מקום שבין 50nF ל 0.5uF.

R2 באופן בסיסי יאפשר לך לשלוט ב- PWM, ולכן ניתן להפוך את זה לנגד משתנה באמצעות סיר 100K.

שימוש בשערים IC 4049 לא

המעגל הבא מבוסס CMOS IC יכול לשמש להכפלת כל מתח מקור DC (עד 15 וולט DC). התכנון המוצג יכפיל כל מתח שבין 4 ל 15 וולט DC ויכול להפעיל עומסים בזרם שלא יעלה על 30 mA.

כפי שניתן לראות בתרשים, מעגל כפול מתח DC זה משתמש רק ב- IC 4049 יחיד להשגת התוצאה המוצעת.

IC 4049 Pinouts

מבצע מעגל

ל- IC 4049 שישה שערים שכולם יעילים לייצור פעולות הכפלת המתח הנדונות. שניים מהשערים מתוך השישה מוגדרים כמתנד.

השמאלי הקיצוני בתרשים מראה את קטע המתנד.

הנגד 100 K והקבל 0.01 מהווים את הרכיבים הבסיסיים לקביעת התדרים.
תדר נדרש באופן הכרחי אם יש צורך לבצע פעולות של דריכת מתח, ולכן גם כאן מעורבות של מתנד הופכת להיות הכרחית.

תנודות אלה הופכות שימושיות לאתחול הטעינה ופריקת סט קבלים ביציאה המסתכם בריבוי המתח על פני מכלול הקבלים בצורה כזו שהתוצאה הופכת להיות כפולה ממתח האספקה המופעל.

עם זאת לא ניתן להחיל את המתח מהמתנד ישירות על הקבלים, אלא הוא נעשה באמצעות קבוצת שערים של ה- IC המסודרים בצורה מקבילה.

שערים מקבילים אלה יחד מייצרים חציצה טובה לתדר המופעל משערי הגנרטור כך שהתדר המתקבל חזק יותר ביחס לזרם ואינו מקרטע עם עומסים גבוהים יחסית ביציאות.

אך עם זאת, זכור כי המפרט של CMOS IC לא יכול להיות צפוי כי יכולת הטיפול הנוכחית בפלט תהיה גדולה מ- 40 mA.

עומסים גבוהים יותר מכך יביאו להתדרדרות של רמת המתח לעבר רמת האספקה.

ניתן להגדיל את ערכי קבלים המוצא ל- 100uF כדי לקבל רמות יעילות גבוהות יחסית מהמעגל.

עם 12 וולט ככניסה לאספקה ל- IC, ניתן להשיג יציאה של כ- 22 וולט ממעגל כפול מתח מבוסס IC 4049 זה.