Mọi người đều cần một đường sắt điện áp tiêu cực cuối cùng, nhưng hầu hết chỉ có một nguồn cung cấp đường sắt duy nhất. Dự án này sẽ cho bạn thấy làm thế nào để xây dựng một máy phát điện áp tiêu cực chạy ra khỏi một nguồn cung cấp đường sắt duy nhất!
Sự cần thiết cho một đường sắt tiêu cực
Nhiều người có sở thích sẽ bắt gặp một mạch op-amp sử dụng nguồn cung cấp đường sắt kép. Để cung cấp năng lượng đường ray kép, có thể sử dụng hai nguồn cấp điện nhưng nhiều thiết bị không có quyền truy cập vào thiết bị đó hoặc thiết kế cần phải di động và do đó hai nguồn cung cấp điện riêng lẻ có thể không lý tưởng. Một giải pháp là phân chia nguồn điện đến và tạo ra một mặt đất ảo giữa hai điện trở trong một dải phân cách tiềm năng.
Tuy nhiên, giải pháp này có một số vấn đề. Thứ nhất, khả năng chìm / tìm nguồn hiện tại của mặt đất ảo bị giới hạn và, thứ hai, điện áp cung cấp đã được chia cho 2 [ví dụ, pin 9V có thể trở thành ± 4.5V nhưng 4.5V là điện áp tối đa có thể đạt được].
Nhưng sử dụng một bộ dao động, một số điốt, và một sự sắp xếp thông minh của các tụ điện, chúng ta có thể khai thác hiệu ứng gọi là khớp nối điện dung theo đó điện áp âm gần bằng với điện áp cung cấp có thể được tạo ra … từ một nguồn cung cấp đường sắt duy nhất!
Một số Tụ Lý Thuyết
Khớp nối điện dung là một hiệu ứng mà một tụ điện "cố gắng" để giữ điện áp trên các thiết bị đầu cuối của nó không đổi. Ví dụ, nếu cả hai mặt của một tụ điện ở 0V và tấm 1 đột nhiên được mang đến 10V, điện áp trên tấm khác sẽ ngay lập tức bắt đầu tăng lên 10V. Tương tự, ngược lại: Nếu tấm đầu tiên được đưa từ 10V đến 0V, thì tấm khác sẽ cố gắng giảm 10V để giữ điện áp qua hằng số tụ điện.
Chú ý sự thay đổi tiêu cực cho một -10V khi tấm bên trái được sạc tới 10V và tấm kia được giữ ở mức 0V. Đây là chuỗi sẽ được khai thác để tạo ra điện áp âm.
Nhưng làm thế nào để chúng tôi sạc bên trái đến 10V mà không có tấm khác cũng sạc tới 10V "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/DPNVG.jpg" />
Khi đầu vào tăng từ 0V lên 10V, tấm âm trên C1 cũng sẽ cố gắng khớp do khớp nối điện dung. Tuy nhiên, một khi tấm đạt đến 0.7V, D1 tiến hành và điều này ngăn cản điện áp tấm cao hơn 0.7V. Bây giờ với tấm tích cực ở 10V và tấm âm 0, 7V, chênh lệch tiềm năng trên tấm là 10 - 0, 7 = 9.3V. Khi tấm tích cực giảm nhanh từ 10V xuống 0V, chênh lệch điện thế 9.3V này phải được duy trì do khớp nối. Do đó, tấm âm giảm xuống còn -9.3V. D1 không thể tiến hành vì nó bị đảo ngược thiên vị, do đó điện áp âm này vẫn còn trên tụ điện.
D2, tuy nhiên, hiện đang tiến hành vì anôt [được kết nối với đĩa âm C2], có tiềm năng cao hơn cực âm [kết nối với -9.3V]. Do đó, điện áp tại bản âm của C2 sẽ giảm cho đến khi D2 ngừng hoạt động. D2 sẽ ngừng tiến hành khi điện áp rơi qua nó trở nên nhỏ hơn 0.7V. Điều này sẽ xảy ra khi đĩa âm C2 trở thành -9.3 - -0.7 = -8.6V.
Nhưng nếu một thiết bị bên ngoài cố gắng sử dụng điện áp âm, nó sẽ rất nhanh chóng được sử dụng hết! Điều này là do kích thước tương đối nhỏ của C1 và C2 cũng như giới hạn hiện tại của trình điều khiển mạch. Giải pháp là kết nối một bộ dao động với đầu vào sao cho điện áp âm liên tục được tạo ra tại C1, mà giữ C2 đứng đầu.
C2 được sử dụng như một bộ tách cho các thiết bị bên ngoài sử dụng điện áp âm để thử và giữ giá trị càng cố định càng tốt. Đối với dự án của chúng tôi, C1 sẽ là một tụ 10uF và C2 sẽ là một tụ điện 100uF.
Dao động
Dao động có thể là bất cứ điều gì từ một bộ đếm thời gian 555 đến một vi điều khiển, nhưng hãy nhớ rằng điện áp tiêu cực sẽ bằng điện áp tối đa của dao động - điện áp min. Trong dự án này, chúng ta sẽ xem xét sử dụng hai bộ dao động khác nhau: bộ tạo dao động kích hoạt 555 MHz và bộ kích hoạt Schmitt 74HC14.
Hóa đơn nguyên vật liệu
BOM - Mạch bơm Diode
| Thành phần | Số nhận dạng | Số lượng |
| Diode [chung Silicon] | D1, D2 | 2 |
| Tụ điện phân 10uF | C1 | 1 |
| Tụ điện phân 100uF | C2 | 1 |
BOM - 555 Dao động
| Thành phần | Số nhận dạng | Số lượng |
| 555 Timer IC | 555 | 1 |
| Điện trở 5, 6 kΩ | R1 | 1 |
| Điện trở 47kΩ | R2 | 1 |
| Tụ điện 100nF | C4 | 1 |
| Tụ điện 10nF | C3 | 1 |
| Dây điện các loại | - - | - - |
| Breadboard | - - | 1 |
BOM - Dao động 74HC14
| Thành phần | Số nhận dạng | Số lượng |
| 74HC14 IC [DIP] | 74HC14 | 1 |
| Điện trở 5, 6kΩ | R1 | 1 |
| Tụ điện 10nF | C3 | 1 |
| Dây điện các loại | - - | - - |
| Breadboard | - - | 1 |
Tạo mạch rất dễ dàng và yêu cầu tối đa một giờ. Bắt đầu với bộ dao động và sau đó xây dựng mạch bơm tụ điện. Khi bộ dao động 74HC14 chỉ có một tụ điện và điện trở, các giá trị là những giá trị được liệt kê trong BOM. Bộ đếm thời gian 555 sử dụng điện trở 5.6kΩ cho R1, điện trở 47kΩ cho R2, tụ 10nF cho C1 và tụ điện 100nF cho C2.
Nếu bạn có một dao động, bạn có thể xác nhận rằng bộ dao động hoạt động bằng cách thăm dò đầu ra. Nếu bạn chỉ có một vạn năng, thì bạn có thể đo đầu ra bằng cách sử dụng một điện áp DC đọc. Có một cơ hội tốt mà mạch là dao động nếu đọc là khoảng một nửa cung cấp. Ví dụ, nếu bạn cấp điện cho mạch của bạn từ nguồn cung cấp 9V và mạch đang dao động, thì đầu ra sẽ đọc khoảng 4.5V. Điều này xảy ra vì vôn kế mất nhiều lần đọc nhanh và tạo ra giá trị trung bình. Khi đầu ra được bật một nửa thời gian và tắt cho giá trị kia, một nửa giá trị trung bình bằng một nửa giá trị tối đa.
Các mạch hoàn chỉnh
Trình tạo điện áp âm 555
Máy phát điện áp tiêu cực 74HC14
Mạch cuối cùng
Đây là bộ tạo điện áp âm sử dụng bộ dao động 555 nơi đầu ra là dây màu xanh bên phải.
Đây là đầu ra từ bộ tạo điện áp âm. Lưu ý làm thế nào điện áp là khoảng -7.2V vì giảm diode đôi [1.4V], và cung cấp không phải là một 9V hoàn hảo nhưng gần gũi hơn với 8.5V.
Đây là công trình sử dụng bộ dao động 74HC14:
Đầu ra ở đây là -7.95V và cao hơn mạch hẹn giờ 555 vì 74HC14 sử dụng các cổng dư thừa để tạo ra một trình điều khiển. Trình điều khiển này có thể nguồn và chìm nhiều hơn so với đầu ra của 555 và do đó tạo ra điện áp âm lớn hơn. Hãy nhớ kết nối tất cả các đầu vào không sử dụng để nối đất trên chip CMOS!
Khả năng NVG
Máy phát điện áp âm này chỉ có thể cung cấp một lượng nhỏ dòng điện. Nếu một bộ điều chỉnh được sử dụng trên đầu ra [chẳng hạn như 7905], đừng mong đợi để nhận được nhiều hơn 4mA ~ 5mA. Nhưng nếu không được kiểm soát [chẳng hạn như trong các dự án opamp], bạn có thể nguồn lên đến 20mA trước khi điện áp đầu ra bắt đầu giảm đáng kể. Khi sử dụng máy phát điện này trong các dự án, hãy cố gắng giữ bản vẽ hiện tại từ các thiết bị càng nhỏ càng tốt để đường ray âm vẫn giữ được giá trị điện áp của nó.
Các mạch có thể được thực hiện hiệu quả hơn cũng như tăng điện áp đầu ra bằng cách sử dụng điốt Schottky thay vì silicon chung. Điều này là do các điốt Schottky có điện áp nhỏ hơn về phía trước [xuống 0.1V], dẫn đến điện áp âm lớn hơn.
Tóm lược
Bây giờ bạn có một mạch máy phát điện áp âm, bạn có thể làm gì?
- Xây dựng một nguồn cung cấp kép đường sắt đơn : Sử dụng các bộ điều chỉnh và các thành phần lọc, bạn có thể tạo ra một nguồn cung cấp song song có điện áp pin hoặc bộ chuyển đổi tường chắn và chuyển đổi nó thành 5V và a-5V. Nếu bạn sử dụng một điện áp đầu vào đủ lớn, bạn cũng có thể tạo một đường 12V và -12V.
- Dự án Op-Amp : Nhiều dự án op-amp [chẳng hạn như bộ tổng hợp] yêu cầu sử dụng đường ray âm và bây giờ bạn đã có một dự án!
- Dự án âm thanh : Các thành phần âm thanh như loa và đĩa áp điện hoạt động tốt hơn khi chúng sử dụng cả điện áp dương và âm. Điều này là do điện áp âm làm biến dạng cơ chế ngược chiều với điện áp dương làm biến dạng cơ chế. Do đó, âm thanh được tạo ra to hơn và rõ ràng hơn.
- Portable Dual Rail : Nếu bạn có một hệ thống mà trọng lượng cần phải giảm [chẳng hạn như một kế hoạch RC] yêu cầu sử dụng điện áp âm, mạch này có thể được sử dụng thay vì có hai nguồn cung cấp riêng biệt.
Lưu ý: Dự án này sẽ được sử dụng trong chuỗi sắp tới trên các bộ tổng hợp DIY để đảm bảo bạn sớm có được một bản dựng!
Hãy thử cho dự án này! Lấy BOM.