Как получить отрицательное напряжение. » Хабстаб

Оказалось, что когда речь заходит об отрицательном напряжении, первый вопрос, который возникает у людей: «Как такое может быть? Как напряжение может быть отрицательным?»
Поэтому хотел бы чуть подробнее остановиться на том, что такое отрицательное напряжение и где оно может пригодиться.

Если меня спросят на каком этаже я живу, то не задумываясь скажу, что на пятом и мой ответ понятен каждому, всё дело в том, что мы привыкли отсчитывать этажи от земли. А для соседа с 10 этажа, если он свой этаж примет за точку отсчёта, я живу на -5 этаже. Так же и в электронике, измеряемое напряжение зависит от точки отсчёта, от точки которую мы приняли за ноль. Обычно такую точку, относительно которой ведётся отсчёт, называют землёй и тогда становится понятно, что раз напряжение — величина относительная, то может быть равна как 5 так и -5 вольтам, всё зависит от точки отсчёта.

Давайте рассмотрим схемы, изображённые ниже.

На схеме изображён делитель напряжения, который запитан от 10 вольт. Если мы будем измерять напряжение относительно отрицательного провода, то в точке B будет 5 вольт, а в точке С будет 10 вольт. А давайте в качестве точки отсчёта выберем точку B(средняя схема), тогда в точке А у нас будет -5 вольт, а в точке С будет 5 вольт. Ну а если примем за точку отсчёта точку С(правая схема), то в точках B и A у нас будет, -5 и -10 вольт соответственно.

Но что интересно,нельзя найти устройство, которое питается отрицательным напряжением, а услышать про отрицательное напряжение можно лишь, когда речь заходит о двухполярном питании. Ну вот только с одним, чуть разобрались и снова, какие-то умные слова. На самом деле ничего хитрого в двухполярном питании нет. Если для работы электронного компонента необходимо положительное и отрицательное напряжение(средняя схема на картинке выше), то говорят, что ему необходимо двухполярное питание.

В каком случае двухполярное питание может пригодиться? Рассмотрим простой пример, если на один из входов ОУ, питающегося положительным напряжением, подать отрицательное напряжение, то ничего не произойдёт, он просто не знает про существование отрицательного напряжения и сделать с ним ничего не может.

Кто-то из читателей, может подумать: «Вон выше схема на резисторах, используешь её и получаешь двухполярное питание, чего тут дальше читать?» А нет, всё не так просто, у схемы на резисторах есть один недостаток — отсутствие стабилизации средней точки, то есть при разной нагрузке в плечах, будет смещаться напряжение общей точки, тогда при подключении разной нагрузки на выходе будет не 5 и -5 вольт, а например, 4 и -6 вольт. Поэтому схема на резисторах — не самый лучший вариант.

Чёт мы я отвлёкся от темы, и так мне надо было организовать двухполярное питание и вопрос возникал в том как получить -5 вольт с током до 20мА. Дабы не усложнять себе жизнь, использовал две последовательно включенные зарядки от телефона. Точку в которой соединялся плюс одной зарядки с минусом другой принял за точку отсчёта(землю), тогда зарядка, у которой остался не подключённым плюсовой вывод, использовалась для получения 5 вольт, та у которой не подключён минусовой вывод для получения -5 вольт.

Прошло немного времени и стало понятно, что таскать две зарядки для одного устройства неудобно и хорошо было найти более простой способ получить отрицательное напряжение. Вариантов было два: первый — это собрать на рассыпухе источник отрицательного напряжения, второй — купить готовую микросхему, которая бы из положительного напряжения сделала отрицательное. Немного поискав в интернете, нашёл LM828, которая при подаче на вход положительного напряжения, на выходе выдавала такое же только отрицательной полярности. Идея использовать такую микросхему, показалась мне очень заманчивой поэтому сразу сделал заказ на али. Когда микросхема пришла, вытравил маленькую платку и монтировал её на основную плату и теперь для пользования устройством нужна только одна зарядка. Хотелось бы отметить, что номинал конденсаторов в обвязке микросхемы по даташиту равен 10uF, но при увеличении нагрузки микросхема начала пищать, поэтому увеличил их значение до 47uF.

LM828 покупал тут.

Положительное отрицательное напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Положительное отрицательное напряжение

Cтраница 1

Положительное и отрицательное напряжение с выхода преобразователя поступает в коммутатор знака. Последний управляется знаковым триггером регистра и пропускает напряжение того знака, которое соответствует положению знакового триггера. Это напряжение поступает на обычный усилитель постоянного тока 3 и подается на выход. Для определения максимального значения параметра шт условимся считать, что для воспроизведения одного периода синусоидального сигнала достаточно иметь десять точек.  [1]

Сигнал, элементами которого являются положительные и отрицательные напряжения. Биполярные сигналы используются в системах передачи данных.  [2]

На вход блока должны подаваться положительное и отрицательное напряжения е ( /), которые необходимы для набора линейных отрезков при аппроксимации заданной функции во всех четырех квадрантах.  [4]

Во втором и третьем положениях измеряют положительные и отрицательные напряжения с пределами измерения 3; 10; 30; 100; 300; 1000 и 3000 в на всю шкалу, а в четвертом положении производят измерение переменного напряжения в тех же диапазонах. Переключатель Я2 на 11 положений имеет одну группу контактов и служит для переключения диапазонов измерения.  [6]

Для этого требуется подавать на сетки вентилей положительные и отрицательные напряжения всего порядка 200 в при токах до нескольких сот миллиампер. Следовательно, при минимальной затрате мощности на сеточное управление можно легко управлять большими мощностями.  [8]

Тот факт, что КОИП для источников положительного и отрицательного напряжения питания, вообще говоря, различен, не играет никакой роли. Поэтому применение сдвоенного стабилизатора ( разд.  [9]

Выходной каскад представляет собой сумматор с катодным выходом ( катодный повторитель) и источниками положительного и отрицательного напряжения, обеспечивающий выходной ток 0 — f — — 4 — 15 ма.  [10]

При этом на выходе резисторов IR99 и 1R100 выделяется управляющее напряжение, равное разности

положительных и отрицательных напряжений и принимающее как положительное, так и отрицательное значение в зависимости от знака расстройки. Под воздействием этих напряжений транзистор IVTI4 запирается, когда управляющее напряжение на его базе отрицательное, и отпирается, когда оно положительное.  [11]

Следует обратить внимание на то, что для работы большинства компараторов необходимо использовать источники и положительного и отрицательного напряжения даже в том случае, если на входе никогда не появляется отрицательный сигнал. Примерами могут служить элементы 306, 710 и 711, а также компараторы с активной подгрузкой, перечисленные выше. Необходимость иметь источник отрицательного напряжения для обеспечения работы компаратора в аппаратуре, использующей только положительное напряжение, доставляет определенные неудобства.  [12]

Равенство нулю выходных напряжений достигается применением двух источников питания, имеющих относительно земли одинаковые по значению положительное и отрицательное напряжения. Источники питания должны иметь хорошую стабильность напряжения и низкое выходное сопротивление. Последнее устраняет обратную связь через цепи питания между каскадами операционного усилителя.  [13]

При увеличении угла а кривая выпрямленного напряжения опускается все ниже и ниже оси абсцисс, и выпрямленное напряжение, определяющееся разностью площадей кривой выше и ниже оси абсцисс ( положительное и отрицательное напряжения), уменьшается. При ос 90 положительная часть кривой станет равной отрицательной, и выпрямленное напряжение будет равно пулю.  [14]

Напряжение на подложке П должно быть положительным при канале — типа и отрицательным при канале р-тииа: создаваемое им электрическое поле при нулевом потенциале на затворе должно удерживать носители тока в объеме подложки — не допускать их в зону проводимости, куда они индуцируются электрическим полем затвора при

положительном и отрицательном напряжении на нем соответственно. Для переключения, например четырех цепей входных сигналов, необходимо формирование поступающих последовательно во времени на соответствующие входы, например 2, 6, 9, 13 ( рис. 3.15, б), дискретных единичных сигналов.  [15]

Страницы:      1    2    3

Генератор отрицательного потенциала | Электроника для всех

Иногда нужен потенциал ниже нуля, т.е. отрицательное напряжение. Такое бывает нужно в аналоговой технике или, например, чтобы запустить LCD индикатор от низкого напряжения. Контроллер дисплея какого нибудь HD44780 часто отлично работает от 3.3 вольт, но на панели ничего не видно по причине низкого контраста, даже выкрутив потенциометр в землю не удается получить яркие символы. Нужно опустить Vss ниже нуля. На некоторых дисплеях даже стоит специальная схема, генерирующая минус. Но не везде. А тем не менее на простейшей конденсаторной схеме можно сделать такой генератор на ровном месте.

Итак, вот такая вот простая схема легко дает небольшой отрицательный потенциал .

На вход ей надо подать прямоугольный сигнал, от нуля до Vcc, а с выхода снимется отрицательный потенциал. Зависящий от частоты, уже от нескольких сот герц там будет -1 вольт, а вообще можно и больше накачать.

Как это работает? Да просто. Чтобы лучше понимать работу конденсатора в динамике вспомним статью для самых маленьких и достанем из нее три упрощения:

1) Когда конденсатор заряжается он ведет себя как резистор у которого сопротивление растет с 0 до бесконечности. Растет по экспоненте, но нам все равно как.

2) Когда конденсатор разряжается он ведет себя подобно батарейке у которой заряд садится, садится тоже по экспоненте, но это все равно пофигу.

3) Конденсатор всегда можно дозарядить, при этом на нем растет напряжение. Идеальный конденсатор можно заряжать бесконечно. Реальный же пробьет.

Вот на этих трех китах мы и все разберем постадийно.

Еще упростим до того, что диоды идеальные и у них нет никаких падений напряжения, а значит их можно тупо выбросить и закоротить для прямого случая и оборвать для обратного, ведь нас интересует процессы в конкретной стадии, а диоды будут только отвлекать.

▌Стадия 1
С1 разряжен
С2 разряжен.

На входе появляется высокий уровень напряжения — единичка. Пусть это будет 5 вольт. Через конденсатор С2 через диод D1 в землю течет ток и он начинает заряжаться. Справа показана «мгновенная схема» с учетом наших допущений.

Конденсатор зарядился, стал источником напряжения, встав в противовес источнику генератора. На генераторе пока +5 еще (верхняя часть меандра). И ток в цепи остановился.

▌Стадия 2
Через какое то время на выходе генератора станет 0 — придет время нижней части меандра. И ток из нашего конденсатора потечет в источник, но через что замкнется цепь? Ведь диод D1 не даст протечь через землю? Правильно, через второй конденсатор.Ведь он то у нас пока что разряжен. А поскольку разряженный конденсатор потянет на «резистор», то цепь примет вид:

Вот такой путь разряда. А теперь давайте посчитаем чему равен потенциал в точке выхода нашей схемы? Для расчета потенциала надо определиться с системой координат, выбрать обход контура относительно направления которого мы будем считать знак потенциала. Так как тут истинный источник энергии только один — генератор, то положительным направлением обхода контура будет считаться ток ИЗ ГЕНЕРАТОРА, тот что заряжал конденсатор в самом начале. Т.е. когда мы из земли идем через генератор, то после прохода источника напряжения генератора, потенциал точки вырастет на величину напряжения генератора ( в данном случае 0, т.к. он в нижней точке меандра). А следующий источник напряжения, конденсатор, будет нам встречно, а значит приращение потенциала будет отрицательным. И после него, вуаля! Мы получим некий отрицательный потенциал относительно земли.

Все здорово, но что будет с нашим конденсатором С1 который сейчас, активно заряжаясь, косит под резистор? Он зарядится отрицательным напряжением, сколько успеет. Потом его сопротивление вырастет, он сам станет источником напряжения (отрицательного), а кондер С2 иссякнет. Конденсатор С1 не сможет разрядиться потому, что на его пути будут стоять аж два диода встречно его разрядному току.

И на какое то время, пока генератор находится в нуле, процесс остановится.

▌Стадия 1 (снова)
Но вот генератор снова переходит в высокое состояние. B все повторяется как в стадии 1 только С1 заряжен отрицательно. Но это не играет роли, так как току из источника туда мешает идти диод D2, а вот через D1 все прекрасно проходит и конденсатор С2 снова начинает заряжаться, как и в первом состоянии.

Точно также зарядится конденсатор С2 и все повториться, за исключением того, что С1 уже заряжен отрицательно. Часть этого заряда подсядет из-за саморазряда конденсатора С1, часть утечет в схему ради которой мы генерируем отрицательное напряжение. Поэтому оно снизится. Но не беда, когда источник кинется в ноль, то С2 надо будет снова разрядиться и он сделает это через С1, еще сильней просадив напряжение.

▌Моделирование
На пальцах рассказал, теперь можно показать в динамике. Давайте смоделируем эту схему в эмуляторе EasyEDA. Там кроме схемотехнического редактора и трассировщика есть еще SPICE симулятор.

SPICE это достаточно древняя (75 год) и уже давно ставшая промышленным стандартом система моделирования электронных схем. На входе у ней нетлист — текстовый список соединений компонентов и описание самих компонентов в виде списка параметров примерно вот такого вида:

.MODEL MPS3866 NPN (IS=40.6F NF=1 BF=130 VAF=98.6 IKF=0.24 ISE=40.3P NE=2 BR=4 NR=1 VAR=14 IKR=0.36 RE=0.129 RB=0.515 RC=51.5M XTB=1.5 CJE=48.4P VJE=1.1 MJE=0.5 CJC=15.6P VJC=0.3 MJC=0.3 TF=318P TR=221N)

В результате по этим данным и нетлисту строится математическая модель из систем уравнений. А на выходе будут графики, значения напряжений которые мы запросим как выходные данные.

За счет того, что сами модели это простые текстовые описания, а сама система опенсорсная с рождения, то она встречается повсеместно.

Открываем редактор EasyEDA:

Чтобы получить колебания нам нужен генератор. Возьмем источник питания и затянем его на лист схемы. Если его выделить, чтобы он стал красным, то справа будут его параметры:

Меняем функцию на PULSE и задаем следующие параметры:

• Vinitial = 0V стартовое значение. Он же ноль.
• Von = 5V значение высокого уровня.
• Tdelay = 0 задержка при запуске.
• Trise = 0.000001 время восходящего фронта.
• Tfall = 0.000001 время спадающего фронта.
• Ton = 0.00005 длительность импульса.
• Tperiod = 0.0001 длительность периода.
• AC Аmplitude = 5 амплитуда сигнала.
• AC Phase = 0 фаза сигнала.

Тем самым мы создадим генератор с частотой 1кГц и скважностью порядка 50%, с амплитудой 5 вольт. Как если бы мы дрыгали ногой контроллера. Осталось добавить землю и наши диоды с конденсаторами.

Выбирая конденсатор можно сразу же там выбрать тип. К сожалению типов пока маловато. Но можно создавать свои библиотеки. Клавиша R вращает компонент. А надписи у компонентов можно утащить куда подальше, чтобы не мешались. Особенно у источника, там такая портянка образовалась, жуть.

Диоды лучше брать Шоттки, у них меньше падения напряжения, а значит отрицательное напряжение можно получить гораздо ближе к -V питания. Т.е. к -5 вольтам. Полные -5 вольт мы, конечно, не получим. Т.к. диод Шоттки свои 0.2 вольта сожрет за милую душу. Но лучше чем 0.7 у обычного диода. А диодов там еще и два, т.е. предельный минус будет где то на пол вольта, а то и меньше чем амплитуда питания.

Линии связи рисуем инструментом Wire c панели Wiring Tool и только им:

И не забываем землю. Должно получиться что то вот такое:

Теперь добавим пробники для выхода SPICE модели. Это в той же панели Wiring Tools такая закорючка. Воткнем их на выход генератора и туда где у нас формируется отрицательное напряжение:

Сохраним схему и запустим нашу симуляцию. Раньше кнопка симуляции была прям наверху. Но видать по ней было очень много вопросов и ее спрятали подальше от пытливого взора пионеров 🙂 Но я нашел 🙂 Есть еще хоткей Ctrl + R.

Будет такое вот окно:

Жмем Run и получаем в соседней вкладке график:

По нему видно ,как за несколько качков нашего генератора напряжение на С1 упало до хорошего такого минуса. Впрочем, это без утечек на сторону. При подключении к нагрузке процесс будет более пологим.

▌Практика
С теорией закончили. А теперь практическая реализация этой штуки. Данный узел с недавних пор появился на Pinboard II третьей ревизии. Которая вышла в декабре. Что то я как то завертелся и даже не презентовал обновление. Ну так вот.

Одной из проблем платы было то, что стоящий из коробки дисплей имеет 5 вольтовое питание, а сама плата на ряде контроллеров работает на 3.3 вольта. Конечно гибкая схема питания платы позволяет запитать дисплей от 5 вольт, контроллер от 3.3 вольт, а контроллеры имеют 5В толерантные входы.. И как бы проблемы нет. Но ведь демоплата это только отправная точка, потом будет устройство и там придется городить сложное двух уровневое питание. Тогда как известно, что контроллер HD44780 умеет прекрасно работать от 3.3 вольт и даже ниже. Чего не скажешь о системе контраста LCD дисплея. Которой надо для полного счастья хотя бы 3,8 вольт от минимума до максимума, чтобы яркость индикации не падала.

Как падает контраст изображения с понижением напряжения питания

А если у нас питание всего то 3.3 вольта везде, включая контроллер дисплея и его стекляшку, то размаха может не хватить. Вывод управления контрастом можно посадить в ноль, но толку это особо не даст. Что делать? Посадить линию контраста в минус, пробросив ее ниже нуля. Тогда дисплею хватит разницы напряжений на создание нормального контрастного изображения. В некоторых версиях дисплеев на HD44780 есть даже встроенный генератор отрицательного напряжения, чьи выводы вытащены на контакты подсветки ,что черевато тем, что если воткнуть туда подсветку, то генератор или ваш источник питания сгорит. Западло вот такое вот, читайте даташит 🙂

Ну, а мы сделаем генератор сами. Можно, например, дрыгать ногой контроллера вручную. А можно взять любой дрыгающийся сигнал с интерфейса самого дисплея. Например на линии E интерфейса HD44780 идет максимальная движуха, т.к. это стробирующий сигнал и без дрыга им ничего не делается. Им и можно попробовать подрыгать конденсатор.

Лишь бы дергало не слишком активно, в зависимости от модели дисплея накачать надо от -0.3 до -1 вольта. А если дергать будет сильно активно, то будет -2..-3 вольта, что даст переконтраст в виде двух рядов черных прямоугольников. Хотя, всегда можно пропустить через потенциометр на землю и подрегулировать.

Впрочем, я это делать на плате не стал. Там у меня идет напрямую на вывод контраста. А дрыгаю отдельной ногой с частотой около килогерца. Как раз хватает утечки на дисплей, чтобы поддерживать напряжение в районе -0.5 вольта. Дрыгаешь чаще — контраст повышается, дрыгаешь реже — понижается.

Подключение простое. На плате добавился джампер, позволяющий выбрать откуда брать напряжение контрста. С потенциометра (позитивное) или с генератора минус (негативное), а также появился вывод CPUMP который и надо дергать ножкой контроллера, чтобы на NEG появился отрицательный потенциал.

Подаем на CPUMP меандр с частотой 1Кгц и переключив контраст на NEG получаем четкое изображени даже на 3.3 вольтах. Можно и до 2.5 опуститься, правда частоту надо будет поднять килогерц до трех. А на выходе CONTRAST около -0.6 вольт.

Вот такая вот маленькая полезняшка.

Простые устройства — Получаем отрицательное напряжение

{ads2}Иногда в радиолюбительской практике нужно иметь кроме основного источника питания, имеющего минусовой общий провод, второй источник питания с  плюсовым общим проводом, т.е. двухполярное питание, например, для питания ОУ. Для этого нужен дополнительный источник питания, плюсовой провод которого соединён с общим проводом (минусовым) вашего устройства. Каждый решает такую задачу по-своему, обычно это либо дополнительная обмотка\выпрямитель трансформатора, либо вообще отдельный источник питания. Мне было лень заниматся этим, поэтому я сделал минусовое питание из плюсового с помощью недорогой и широкораспространённой LM2576.

Итак, нам понадобится всего несколько деталей:

1. Собственно сама LM2576
2. Два электролита на вход и выход
3. Диод Шоттки на 1а, например 1N5819
4. Индуктивность примерно на 100…300мкГн 1а
5. Пара резисторов если LM2576-adj
6. Парочка керамических конденсаторов на 0,1мкФ
7. Возможно ещё керамика 0,1….0,01мкФ, если ваша разводка окажется настолко неудачной, что схема начнёт самовозбуждатся и переводить потребляемую энергию в тепло.

В итоге вы получите источник отрицательного напряжения с общим плюсовым проводом, способный выдать ток до 700мА и напряжением в диапазоне от 1,23в до примерно 20в с защитой от перегрузок по току и от перегрева кристалла.

Почему 2576 ? Потому что я полюбил этот чип за надёжность, низкую стоимость, простоту и удобство.

Ничего изобретать не понадобится, в даташите на LM2576 есть вся необходимая информация, открываем: http://www.national.com/ds/LM/LM2576.pdf и находим на 18й странице нужную нам схему.

Немного на мой взгляд неудачно у них нарисовано, поэтому сделаем зелёным.

Как видите это инвертирующий преобразователь, по буржуйски inverting buck-boost.

Ключ замыкается (биполярный транзистор, коллектор которого — это 1-й вывод LM2576, эмиттер — 2-й вывод), энергия запасается в сердечнике дросселя, затем ключ размыкается, и накопленная энергия через диод шоттки уходит  в выходной электролит, цикл повторяется, пока цепь обратной связи не даст команду сбавитьобороты.

{ads1}

Цепь обратной связи (ОС) состоит из делителя R1, R2 для adj-версии микросхемы, а для версии с фиксированным выходным напряжением вывод 4 сразу сажаем на анод диода. Для версии с внутренним делителем, которую мы вдруг захотим включить на большее выходное напряжение, учитываем, что сопротивление внутреннего R2 равно:

3.3V R2 = 1.7k
5V, R2 = 3.1k
12V, R2 = 8.84k
15V, R2 = 11.3k

Выходное напряжение, как обычно, считаем по формуле Uвых = ((R2\R1)+1)*1,23, где 1,23 —  это напряжение источника опорного напряжения.

Для R2 = 2 кОм, R1 = 240 рассчётно получается 11,48 в с учётом погрешности (в моём случае получилось 11,4в). 

Для тех кто хочет спросить почему на выходе только 700мА, ведь в даташите написано микросхема обеспечивает 3а, отвечу заранее: согласно даташиту ток ключа ограничивается внутренней схемой на уровне примерно 5,8а, а пиковый ток ключа в нашем обратноходовом преобразователе считается по формуле:

если после такого расчёта ваш мозг не аннигилировал в другое измерение то продолжим.

Короче, чтобы не хавать ваш мозг, пиковый ток  обратнохода можно примерно прикинуть по формуле: Iпик = 5,5*(Pout)\Vin, где Pout — выходная мощность. Как видите, чем меньше входное напряжение, тем больше пиковый ток, поэтому крайне не рекомендую питать схему от источника менее 10в (даташит говорит что минимальный «drop» равен 4,7в, т.е. при выходном 12,7в минимальное входное будет 8 вольт, если меньше то выходной ключ открывается…. а его нагрузка по постоянному току дросель…. со всеми вытекающими)

Ладно, хватит мудрёных формул, ближе к делу. У меня получилась платка размером 15х34 мм, нарисовал в спринте вот так:

Резисторы делителя 1206, электролиты диаметром 12…13мм, дроссель намотал на колечке Т60 из 52-го материала, особо не думая о количестве витков, просто намотал в 4 жилы проводом 0,3….0,4мм до заполнения, получилось примерно 70..80 витков (200…250мкГн)

Ну а дальше как обычно, в путь: стеклотекстолит, утюг, хлорное железо, паяльник….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напоследок традиционно о КПД:

Вход 15в 410мА  — 6,15Вт потребляемая

Выход 11,4в 360мА — 4,1 Выдаваемая

ток холостого хода около 20…30мА

Соответственно, КПД = 67%, но мне лично  уже не важно, лишь бы не мудрить вторую обмотку, второй блок пиатния.

{ads1}

Крохотные генераторы подкачки заряда в процессоре 8086, создающие отрицательное напряжение

Увеличенное фото чипа 8086; видно кремниевый кристалл и проволочную разварку

Революционный микропроцессор Intel 8086, представленный в 1978 году, породил целую группу процессоров х86, которые и по сей день используются в настольных и серверных компьютерах. Чип построен на цифровых цепях, однако в нём присутствуют и аналоговые контуры: генераторы подкачки заряда, превращающие питание процессора 5 В в отрицательное напряжение для увеличения быстродействия. Я занимаюсь реверс-инжинирингом 8086 на основе фоток кристалла, и в данной записи описываю конструкцию этих генераторов подкачки заряда и принцип их работы.

Строго говоря, конечно, весь чип создан из аналоговых компонентов. Как гласит старая поговорка, «цифровые компьютеры делаются из аналоговых комплектующих». Её автор – инженер DEC Дон Вонада, и его афоризмы были опубликованы в журнале Computer Engineering в 1978 году.

Инженерные афоризмы Вонады

1. Никакой «земли» не существует.
2. Цифровые компьютеры делаются из аналоговых комплектующих.
3. Прототипы схем всегда работают.
4. Сначала разрабатываются утверждённые временные условия, а потом обнаруживаются неутверждённые.
5. Если в группе проводников переключаются все, кроме одного, то он тоже переключается.
6. Если в группе затворов переключаются все, кроме одного, то он тоже переключается.
7. У каждого пикофарада есть свой наногенри.
8. Конденсаторы преобразуют сбои напряжения в сбои тока (закон сохранения энергии).
9. Связанные между собой провода – это, скорее всего, линии передачи.
10. Синхронизацией цепей можно заниматься бесконечно.
11. Максимальные допуски редко складываются – но если такое случается, то только в машине лучшего клиента.
12. Диагностика крайне эффективна в обнаружении уже решённых проблем.
13. Системы обработки данных проверяются лишь частично, поскольку на практике невозможно проверить все возможные состояния машины.
14. Законы Мёрфи работают 95% времени. Оставшиеся 5% — это перерывы на кофе.

Фото кристалла микропроцессора 8086. Слева расположено АЛУ и регистры. Внизу справа – ПЗУ с микрокодом. По ссылке с фото открывается фото побольше. По данной ссылке – оригинал фото (10 000 × 10 000 пкс, 24 МБ — не влезает на habrastorage).

На фото выше показан крохотный кристалл процессора 8086 под микроскопом. Виден металлический слой сверху чипа, под которым прячется кремний. По внешнему краю видны распаечные провода, соединяющие контактные площадки кристалла с 40 внешними контактами чипа. Но если присмотреться внимательно, видно, что у кристалла 42 площадки. Зачем ему две лишние?

Интегральная схема строится на кремниевой подложке, на которую наносятся транзисторы. Для высокоскоростных ИС полезно бывает подавать на подложку отрицательное «напряжение смещения». Для этого у многих чипов из 1970-х годов есть внешний контакт, на который подаётся – 5 В, однако использовать дополнительный источник питания инженерам было неудобно. К концу 1970-х были разработаны схемы генератора подкачки заряда прямо на чипе, что позволяло получать отрицательное напряжение на месте. Такие чипы используют удобное единственное питание + 5 В, и все инженеры счастливы.

У подачи отрицательного напряжения смещения есть несколько преимуществ. Оно уменьшает паразитную ёмкость, что ускоряет чип, делает пороговое напряжение транзисторов более предсказуемым и уменьшает утечки тока.

Ранним чипам памяти DRAM и микропроцессора часто требовалось три напряжения питания: +5 В (Vcc), +12 В (Vdd) и -5 В (Vbb). В конце 1970-х улучшения технологии производства чипов позволили использовать единственное напряжение. К примеру, MK4116 (16-килобитная DRAM от Mostek 1977 года) требовала три напряжения, а улучшенная MK4516 (1981) работала уже с единственным +5 В, что упрощало проектирование схем. Забавно, что у некоторых из новых чипов для обратной совместимости были не подсоединённые ни к чему контакты Vbb и Vcc.

Чипы памяти от Intel пошли по похожему пути: 2116 DRAM (16 КБ, 1977) использовали три напряжения, а улучшенная 2118 (1979) всего одно. Точно так же знаменитый микропроцессор Intel 8080 (1974) использовал МОП-транзисторы с индуцированным каналом, и ему для работы требовались три напряжения. Микропроцессор Motorola 6800 (1974) использовал другой подход, работая с одним напряжением питания; хотя 6800 и был создан на транзисторе старого типа, ему не нужно было +12 В внешнего питания, так как он реализовывал удвоитель напряжения на месте.

Две лишние контактные площадки на кристалле 8086 нужны для подачи напряжения смещения на подложку. На фото в начале статьи показано расположение кремниевого кристалла на чипе, с распаечными проводами, соединяющими его с контактной площадкой, формирующим внешние контакты. На фото видно два небольших серых квадратика сверху и снизу. Каждый из них соединён с одной из «лишних» площадок. Генератор подкачки заряда на кристалле 8086 генерируют отрицательное напряжение, проходящее через провода распайки на эти квадратики, а потом через металлическую пластину под подложкой 8086.

Как работают генераторы подкачки заряда

На фото ниже выделены два генератора подкачки заряда процессора 8086. Мы рассмотрим верхний; схема работы нижнего такая же, он просто скомпонован по-другому, чтобы уместиться в доступное пространство. У каждого генератора есть цепь драйвера, большой конденсатор и площадка с проводом, соединяющим его с подложкой. Каждый генератор расположен рядом с одной из двух площадок заземления 8086 – вероятно, для минимизации электрического шума.

Фото кристалла микропроцессора 8086 с увеличенными генераторами напряжения смещения

Вам, возможно, интересно, как генератор подкачки заряда превращает положительное напряжение в отрицательное. Фокус в использовании «летающего» конденсатора, схема которого ниже. Слева конденсатор заряжен до 5 В. Разъединим его и соединим положительную часть с землёй. У конденсатора всё ещё есть заряд в 5 В, поэтому его нижняя часть должна выдавать -5 В. Быстро переключая конденсатор между двумя состояниями, генератор подкачки заряда выдаёт отрицательное напряжение.

Генератор подкачки заряда 8086 использует полевой транзистор с МОП-структурой и диоды для переключения конденсатора между состояниями, и генератор для управления транзистором – как показано на схеме ниже. Кольцевой генератор состоит из трёх инверторов, соединённых в петлю (кольцо). Поскольку количество инверторов нечётное, система нестабильна и колеблется. Если бы у неё было чётное количество инверторов, она была бы стабильной в одном из двух состояний. Такую технику используют в регистрах 8086 – пара инверторов хранит бит.

К примеру, если на первый инвертер приходит 0, он выдаст 1, второй выход будет 0, а третий – 1. Это переключает первый инвертер, и это переключение перемещается по петле, приводя к осцилляциям. Для замедления скорости осцилляции в кольцо вставлены две RC-цепи. Поскольку на зарядку и разрядку конденсатора уходит какое-то время, осцилляции замедляются, давая генератору подкачки заряда время сработать.

Я пытался измерить частоту генератора подкачки заряда, изучая ток чипа в поисках осцилляций. Я измерил флуктуации на 90 МГц, но, подозреваю, что на самом деле я мог мерить шум.

Схема генератора подкачки заряда в Intel 8086, дающего отрицательное напряжение смещения на подложке

Выходы с конденсатора приходят на транзисторный драйвер конденсатора. На первом шаге включается верхний транзистор, что заставляет конденсатор заряжаться через первый диод до 5 В по отношению к земле. На втором шаге происходит всё волшебство. Включается нижний транзистор, и соединяет верхнюю часть конденсатора с землёй. Поскольку конденсатор всё ещё заряжен до 5 В, нижняя часть должна выдавать -5 В, что и даёт нам нужное отрицательное напряжение. Ток идёт через второй диод и распаечный провод на подложку. Когда осциллятор переключается снова, включается верхний транзистор и цикл повторяется. Генератор подкачки заряда называется так потому, что подкачивает заряд с выхода к земле. Диоды похожи на запорные клапаны водяного насоса, поскольку обеспечивают движение заряда в нужном направлении.

Я, конечно, немного упростил схему работы. Из-за падения напряжения на транзисторе напряжение на подложке будет равняться -3 В, а не -5 В. Если чипу нужно более сильное падение напряжения, можно сделать каскад из нескольких генераторов подкачки заряда. Говоря о направлении работы генератора, я имею в виду направление тока. Если вы представляете себе подкачку электронов, то считайте, что отрицательно заряженные электроны закачиваются в противоположном направлении, в подложку.

Реализация в кремнии

На фото ниже показана реализация генератора подкачки заряда на чипе. На фото вверху видно металлические проводники, под которыми находится красноватый поликремний. Внизу – бежевый кремний. В центре видно основной конденсатор, с проводниками в виде буквы Н, соединяющими его с цепью слева. Часть конденсатора спрятана под широкой металлической дорожкой питания вверху. Справа распаечный провод подсоединён к площадке. Под площадкой расположен тестовый узор – по квадратику для каждой маски, использовавшейся для нанесения очередного слоя на чип.

Генератор подкачки заряда с металлическим слоем

После удаления металлического слоя становится лучше видно схему. Правую половину фото занимает крупный конденсатор подкачки заряда. Он, конечно, микроскопического размера, но по стандартам чипов огромен – примерно сравним с 16-битным регистром. Конденсатор состоит из поликремния, расположенного над кремнием, между которыми проложен изолирующий оксид. Поликремний и кремний формируют пластины конденсатора. Слева расположены конденсатор поменьше и резисторы, придающие генератору RC-задержку. Под ними находится цепь генератора и транзисторы.

Генератор собран из 13 транзисторов. Семь транзисторов формируют 3 инвертера (у одного транзистора есть дополнительный инвертер для дополнительного выходного тока). Из шести транзисторов драйвера два транзистора подтягивают выход вверх и четыре вниз. Схема странным образом отличается от обычной схемы инвертера, поскольку требования к току отличаются от обычной цифровой логики.

Ключевые компоненты генератора подкачки заряда 8086. Металлический слой удалён, видно слои поликремния и кремния.

Одна интересная особенность генератора подкачки заряда заключается в двух диодах, каждый из которых состоит из восьми транзисторов, расположенных через регулярные промежутки. На диаграмме ниже показана структура транзистора. Транзистор можно считать переключателем, позволяющим току протекать между двумя его участками, истоком и стоком. Транзистор контролируется затвором, сделанным из кремния особого типа, поликремния. Высокое напряжение на затворе позволяет току течь между истоком и стоком, а низкое – блокирует ток. Эти крохотные транзисторы можно комбинировать, формируя логические затворы – компоненты микропроцессора и других цифровых чипов. Однако в данном случае транзисторы используются как диоды.

Структура транзисторов, реализованных в ИС

На фото ниже показан вид сверху на транзистор в генераторе подкачки заряда. Как и на диаграмме, поликремний формирует затвор между участками кремния с добавками с обеих его сторон. Диод можно сделать из МОП-структуры, соединив затвор и сток через соединение кремний/поликремний, расположенное внизу фото. Кремний также можно соединять с металлическим слоем через сквозные контакты. Для этого фото металлический слой удалён, но оставшиеся бледные кружочки обозначают местонахождение сквозных контактов.

Транзистор в схеме генератора подкачки заряда. Поликремниевый затвор разделяет исток и сток транзистора.

На диаграмме ниже показано, как два диода собраны из 16 транзисторов. Для поддержки относительно большого тока генератора подкачки заряда в каждом диоде используется по 8 параллельных транзисторов. Отметьте, что у соседних транзисторов общие исток и сток, поэтому их получилось упаковать так плотно. Синие линии отмечают место, где были металлические провода – для этого фото их удалили. Тёмные кружочки – места, где были сквозные контакты между металлом и кремнием.

У генератора подкачки заряда есть два диода, каждый из которых сделан из 8 транзисторов. Исток, затвор и сток обозначены буквами S, G и D.

В итоге истоки верхних восьми транзисторов соединены с землёй металлическим проводом. Их затворы и стоки соединяются поликремнием под транзисторами, в результате чего из них получаются диоды. К конденсатору они подсоединены металлическим проводом. Восемь нижних транзисторов формируют второй диод. Их затворы и стоки соединены нижней металлической петлёй. Отметьте, как оптимизировано расположение элементов; к примеру, затворы изогнуты так, чтобы не касаться сквозных контактов.

Заключение

Генератор напряжения смещения на чипе 8086 представляет собой интересную комбинацию цифровой схемы (кольцевого генератора, составленного из инверторов) и аналогового генератора подкачки заряда. Он может показаться вам давно забытым устройством из истории компьютеров 1970-х, но на самом деле он присутствует и в современных ИС. В современных чипах это куда как более сложная схема, тщательно настроенная на выдачу нескольких регулируемых напряжений смещения на участках с отдельным питанием. В чём-то она похожа на архитектуру х86, начавшую свой путь в 1970-х и ставшую ещё более популярной сегодня, однако в рамках постоянного улучшения эффективности сложность её возросла невероятно.

Сегодня генераторы напряжения смещения продаются в качестве готовых патентованных идей – можно купить схему такого генератора и вставить в проект своего чипа (см. ссылки 1, 2, 3, 4, 5, 6). Существует даже стандарт на питание IEEE 1801, согласно которому инструменты разработки ИС могут генерировать необходимые схемы.

У математического сопроцессора Intel 8087, пристраиваемого к 8086, тоже есть свой генератор напряжения смещения. Он работает по тем же принципам, однако, как ни странно, использует другую схему с 5 инверторами

ADP5070 Техническое описание и информация о продукте

Подробнее о продукте

ADP5070 – это высококачественный двухканальный стабилизатор постоянного напряжения, генерирующий независимые стабилизированные положительное и отрицательное напряжения питания.

Благодаря диапазону входных напряжений от 2.85 В до 15 В он может быть использован в широком спектре задач. Интегрированные ключи в обоих стабилизаторах позволяют формировать регулируемое положительное выходное напряжение до +39 В и отрицательное выходное напряжение до −39 В относительно входного напряжения.

Частота коммутации ADP5070 выбирается при помощи внешнего вывода и может составлять 1.2 МГц или 2.4 МГц. Компонент также может быть синхронизирован с внешним генератором, имеющим частоту от 1.0 МГц до 2.6 МГц, для упрощения фильтрации шума в чувствительных к шуму схемах. Оба стабилизатора имеют программируемую схему управления скоростью изменения сигнала в каскаде драйвера МОП транзистора для уменьшения уровня электромагнитных помех.

Компонент имеет широкие возможности управления последовательностью запуска, включая опции ручного управления, одновременного включения, включения положительного напряжения первым и включения отрицательного напряжения первым.

ADP5070 содержит таймер с фиксированным или программируемым при помощи внешнего резистора временем мягкого запуска, который предотвращает броски тока при включении. В отключенном состоянии оба стабилизатора полностью отключают нагрузку от цепи входного напряжения питания.

К другим ключевым функциям обеспечения безопасности, интегрированным в ADP5070, относятся защита от перегрузки по току (overcurrent protection, OCP), защита от перегрузки по напряжению (overvoltage protection, OVP), защита от перегрева (thermal shutdown, TSD) и блокировка при просадке входного напряжения (undervoltage lockout (UVLO).

ADP5070 выпускается  в 20-выводном корпусе LFCSP и имеет номинальный рабочий диапазон температур перехода от –40°C до +125°C.

Области применения

• Усилители, АЦП, ЦАП и мультиплексоры с биполярным питанием
• Формирование напряжения смещения приборов с зарядовой связью (ПЗС)
• Питание оптических модулей
• Формирование напряжения смещения ВЧ усилителей мощности (УМ)

Ответы на популярные вопросе при выборе АКБ

Когда автомобиль не заводится, часто причина состоит в низком уровне заряда автомобильного аккумулятора. К сожалению, большинство владельцев транспортных средств не проверяют аккумулятор до возникновения проблем. В качестве профилактического обслуживания рекомендуется регулярно проводить проверку напряжения аккумулятора не реже двух раз в год с помощью мультиметра. Теперь необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся работоспособности акб автомобилей.

Как проверить аккумулятор автомобиля без нагрузочной вилки в домашних условиях

1. Настроить устройство своими руками на считывание постоянного напряжения и тока.
2. После этого установить шкалу на 20 вольт, чтобы вы могли измерить напряжение. Полностью заряженный аккумулятор демонстрирует показатель напряжения 12,6 вольт, поэтому достаточно установить шкалу на 20 вольт. Если вы используете измеритель с автоматическим выбором диапазона, вам не нужно выполнять этот шаг.
3. Пришло время подключить знаки + и -. Обязательно запомнить, какой положительный, а какой отрицательный.
4. Взять чёрный металлический щуп (отрицательный), а затем удерживать или коснуться кончиком отрицательного полюса аккумуляторной батареи.
5. Красный металлический щуп (положительный) также должен касаться кончика положительного полюса аккумуляторной батареи.
6. Для справки клеммы отмечены знаком «+» или «-». После подключения датчика убедитесь, что вы не получаете отметку -12,6 или любое показание с символом «-» впереди. Это будет указывать на отрицательное напряжение и означает, что провода подключены неправильно

Можно проверить акб по зелёному окошку, вольтметру и плотности рабочей жидкости. Без нагрузочной вилки можно обойтись.

Как проверить аккумулятор автомобиля держит ли он заряд

Если нет мультиметра, который бы показывал напряжение батареи, можно проверить электрическую систему после включения автомобиля.

Свет индикаторов

Напряжение должно быть 13-15 вольт. Нужно зажечь фары, если свет тусклый — световые индикаторы отключены от аккумулятора и генератор переменного тока не работает или производит недостаточный заряд. Если индикаторы становятся ярче при увеличении оборотов двигателя — значит генератор проводит электрический ток по минимуму. Если индикаторы показывают нормальную яркость и интенсивность света при ускорении двигателя на прежнем уровне, то зарядка работает в пределах нормы.

Как проверить аккумулятор автомобиля если нет нагрузочной вилки

СНужно провести проверку с помощью вольтметра или мультиметра и узнать степень заряженности. Или проверить уровень электролита: снять аккумулятор, прочистить от пыли, откупорить заливные отверстия, включить фонарик и посмотреть на показатели жидкости. Везде должен быть практически одинаковый уровень электролита, который превышает высоту пластин на 1-1,5 см. Если где-то не хватает жидкости, то залить дистилированной воды.

Как проверить аккумулятор автомобиля живой он или нет

Можно провести нагрузочный тест и зарядить акб с помощью портативного мультиметра.

Нагрузочный тест

Процесс проведения теста:

1. Установить мультиметр на напряжение 20 вольт.
2. Открыть крышку и совместить контакты с отрицательной и положительной клеммами.
3. Включить зажигание, но не заводить автомобиль.
4. Если заряд достигает отметки в 9,6 вольт и постоянно падает, значит акб повреждён. Если отметка за 2-3 секунды падает до нуля, то механизм сломался.
5. При включении двигателя показатель напряжения должен быть примерно 12,6 вольт. Если отметка ниже 12,2 В или выше 13 В, значит батарее требуется либо медленная зарядка, либо удаление лишнего заряда.
6. Убрать лишний заряд можно, подключив дальний свет фар.
7. Когда батарея разряжена, надо подсоединить электрический шнур и вилку для зарядки и зафиксировать клеммы.

После проведения теста становится ясно, живой аккумулятор или нужно покупать новое оборудование.

Можно ли поставить на грузовик одновременно старую с новой АКБ или новые модели батарей от разных производителей?

Ни в коем случае, нельзя этого делать. Батареи с различным внутренним сопротивлением не рекомендуется включать одновременно. Отправка и приём заряда происходит совершенно по-разному. Так с грузовиком начнутся проблемы во время вождения.

Можно после покупки АКБ утсанавливать прибор без проверки и подзарядки?

Эксперты рекомендуют сначала ознакомиться с инструкцией, распаковать аккумулятор и зарядить, проверить генератор и стартер. А потом можно устанавливать акб самостоятельно или обратиться к техническим специалистам за помощью.

Зачем смазывать технической смазкой полюсный вывод батареи?

Для защиты поверхности от окисления и разрушения, снижения риска быстрого образования налёта, защита от коррозии и сохранения электропроводности.

Каким образом восстанавливать низкий показатель электролита в АКБ?

Надо отсоединить аккумулятор, открыть пробки, определить уровень электролита. Далее, нагреть дистилированную воду в микроволновке до 150 градусов и смешать с сульфатом магния. Затем вылить солевой раствор, заполнить отверстия до отмеченных уровней нормы. Другой вариант — съездить в специальный магазин и приобрести электролиты.

Можно «прикуривать» другуой автомобиль?

Да, если есть знания и практически навыки в проведении прикуривания. Автомобиль нужно выключить, прежде чем прикуривать машину друга. Иначе акб испортится, стартер может сгореть и прощай быстрая езда до покупки нового транспорта.

Во время включения двигателя зимой АКБ разрядился до нуля, как решить проблему?

Нужно подождать 5-6 часов с того времени, когда уровень заряда стал минимальным. А потом поставить акб на зарядку с помощью стационарного устройства.

Почему электролит практически всё время замерзает?

Если двигатель машины зимой заряжен на 80-99%, то высока вероятность замерзания электролита. Чем ниже заряд выключенного акб, тем ниже температура замерзания. Причина появления льда состоит в нарушениях плотности электролита и высоком уровне зарядки.

Каким образом восстановить работу АКБ при замерзании электролита?

Восстановление работы возможно, когда составные элементы с пластинами внутри корпуса не полностью покрылись слоем льда и корпус остался целым. Нужно переместить акб в помещение с плюсовой температурой и подождать 6-7 часов. А потом зарядить аккумулятор и проверить работоспособность.

Что будет, если зимой перед включением мотора зажечь фары автомобиля, облегчится ли процесс запуска?

Да, если батарея заряжена как минимум на 50-60%. Включение фар ускоряет процесс запуска двигателя. При низком уровне зарядки не стоит рисковать.

От чего зависит срок службы АКБ?

Длительность срока эксплуатации зависит от воздействия температуры, условий эксплуатации, модели и производителя, дата выпуска, наличия или отсутствия брака во время производства батареи, уровня и состояния электролитов, циклов заряда и разряда, различных повреждений. Акб портится, если постоянно не до конца заряжать и частично заряжать прибор при недолгих поездках.

Автомобиль используется летом, как в этом случае хранить и обслуживать АКБ зимой?

Необходимо найти тёплое помещение или гараж с вентиляцией, где температура как минимум +5 градусов и нет разлитой воды. Чтобы батарея не деформировалась, надо хранить акб подальше от солнца и ультрафиолетовых лучей светильников. Далее очистить корпус от пыли и окислений, смазать технической смазкой. Провести проверку уровня (10-16 мм) и плотности электролита. Также проверить показатель напряжения — минимальное значение 12,3 В. Всё должно быть под контролем.

Какова длительность хранения аккумулятора без подзарядки?

Срок хранения зависит от типа акб. Кальциевые приборы хранятся 7-12 месяцев, малосурьмянистые примерно 3 месяца, а гибридные батареи до 5-ти месяцев. По истечение 90-100 дней потребуется провести проверку и зарядить устройство до 100%, чтобы перестраховаться. Только кальциевые акб можно хранить долгое время.

Для каких целей создан глазок-индикатор?

Прибор для измерения степени заряженности батареи и плотности электролита.

Изменения цвета индикатора

Зелёная лампочка — всё в порядке, если загорается красный свет — надо долить дистилированной воды. А когда цвет становится белым, значит необходимо зарядить батарею. А когда чёрный цвет с красной точкой — аккумулятор полностью разряжен. Но надо помнить, что индикатор установлен только в одной банке и могут быть погрешности в измерениях, особенно при перепадах температуры.

Можно ли применять аккумулятор на природе для подзарядки и подключения других энергопотребителей?

Нельзя действовать таким способом, манипуляции приведут к разряду, системному сбою работы и снижению пробега. Лучше воспользоваться powerbank для зарядки смартфонов или других энергопотребителей.

Почему зимой нужно устанавливать АКБ с высоким уровнем пускового тока?

Потому что кристаллы сульфата свинца в электролите при низкой температуре осаждаются, снижается ёмкость батареи и возникают проблемы с запуском двигателя. Электрического тока и мощности может не хватать для зажигания.

Могут ли повышенные пусковые токи служить причиной поломки электрического оборудования авто?

Нет, это исключено. Номинальная напряжённость пусковых токов составляет 12 В, токи воздействуют лишь на процесс запуска двигателя.

Что значит «гибридный аккумулятор»?

Прибор, изготовленный по гибридной технологии со свинцово-сурьмянистой и свинцово-кальциевыми пластинами, с добавлением серебра. Гибрид обладает низким показателем саморазрядки, минимальным расходом воды, устойчивостью к глубоким разрядам и высоким стартерным током.

Почему взрывается АКБ?

Водный электролиз доведён до опасного уровня, забиты отверстия для отвода газов, генератор неисправен и показатель напряжения постоянно меняется, уровень электролита на минимуме. Также взрывы происходят из-за искры от сигарет, зажигалок и спичек.

Какие виды приборов необходимы для проведения проверки работоспособности батареи

Приобретайте специальное оборудование. Нагрузочная вилка предназначена для анализирования работоспособности акб. Вилка содержит вольтметр — прибор для определения показателей напряжения и ЭДС. А ареометр нужен для анализа плотности и концентрации электролита. Приборы помогают отследить неполадки в работе аккумуляторов и вовремя предотвратить последствия. Теперь можно не беспокоиться о состоянии батареи и приступить к вождению с уверенностью.

Источник питания

— действительно ли существует такая вещь, как отрицательное напряжение постоянного тока (относительно земли)?

Напряжение можно интерпретировать как меру потенциальной энергии теоретического испытательного заряда, деленную на его величину (размерно вольт — это джоуль на кулон). Как и многие потенциалы в классической физике, это относительная величина, означающая, что вы измеряете потенциал между двумя точками или состояниями.

Физически нет ничего несовместимого с идеей, что относительный потенциал некоторой точки P отрицателен при отнесении к земле, или любой другой справочной информации в этом отношении.Все это означает, что теоретический положительный заряд потеряет некоторое количество потенциальной энергии при движении от земли или относительно P.

.

Мы можем легко понять это, продемонстрировав ряд примеров, которые должны доказать, что «действительно» существует такая вещь, как отрицательное напряжение постоянного тока относительно земли:

1. Электрохимический: Предположим, что контакт заземления слева физически заземлен путем соединения его с землей (например, путем погружения электрода во влажную грязь на открытом воздухе).Ярлык -5V явно и наглядно имеет отрицательное напряжение по отношению к заземлению.

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

2. Зарядные насосы и импульсные регуляторы: существует ряд топологий схем, которые могут создавать отрицательное напряжение при положительном питании. Самым простым будет зарядный насос, в котором конденсатор поочередно заряжается и разряжается:

^{смоделировать эту схему}

Предположим, как и раньше, что символ заземления может пониматься как заземление или использование любой удобной для вас ссылки.

Первоначально SW1 и SW3 закрыты, в результате чего потенциал на A поднимается выше потенциала на B. Затем SW1 и SW3 размыкаются, а затем SW2 и SW4 замыкаются. Поскольку A ниже B, но A теперь подключен к земле (будь то заземление, соединение GND вашей Arduino, земля Марса и т. Д.), Следовательно, B и VOUT оба находятся под землей. С добавлением дополнительных конденсаторов и использованием быстродействующих полупроводниковых переключателей, это то, что коммерчески реализуется как практический способ получения напряжения ниже, чем у самого низкого источника питания.

При наличии соответствующих мер безопасности и соответствующих компонентов и измерительных инструментов вы сможете проверить оба этих примера и утверждения на себе, если захотите.

Аналог

— При каких условиях следует использовать отрицательное напряжение?

Зависит от приложения. Я возьму два примера: первый — это проводные телефонные линии от местной телефонной станции к оборудованию в помещении заказчика, а второй — использование усилителя для усиления переменного тока.

Но перед этим, я предполагаю, что вы довольны всей концепцией отрицательного напряжения. Проще говоря, это опорная точка (ноль) системы, взятая на положительной клемме аккумулятора.

Телефонные линии: Основная причина кроется в электрохимической теории. Обычно в телефонии используются медные провода, и линии закапываются в землю. Минералы в земле вокруг телефонного провода могут быть более реактивными, чем медь (см. Серии данных об активности металлов), и в присутствии влаги происходит электролитическая реакция, коррозия меди (действующей как анод) в землю (примеси в качестве катода), когда медь является при более высоком потенциале по сравнению с анодами (Земля).Теперь, если медный провод держать под более низким потенциалом (относительно земли), этой реакции не произойдет. Следовательно, это оправдывает наше первое применение отрицательного напряжения. Для получения дополнительной информации об этом см. Это.

Теперь мы подошли к нашему более родному (в области электроники) применению отрицательного напряжения. Двухтактный усилитель. см. здесь простую схему. Теперь, в двухтактном усилителе, обычно только один из двух транзисторов включен в любой момент времени. Тот, который подключен к положительному циклу, подталкивает положительный цикл переменного тока (усиливает положительный цикл).Теперь, когда полярность переменного тока меняется на противоположную в следующей части цикла, этот усилитель не будет работать, потому что он не смещен для этой операции. Эти транзисторы смещены, так что их рабочие точки постоянного тока близки к нулю (из-за симметричных источников питания противоположных знаков). Таким образом, во время отрицательного цикла задействуется только транзистор с отрицательным смещением источника питания, который понижает напряжение (тем самым усиливая отрицательный цикл). Это делается для усиления больших сигналов переменного тока, потому что, если бы мы смещали один транзистор в какой-то момент в середине его кривой линии нагрузки постоянного тока, то диапазон размаха напряжения, который был бы точно усилен транзистором, был бы сильно ограничен.

Точно так же во многих операционных усилителях нам нужны положительные и отрицательные напряжения для точного усиления и работы. Отрицательные напряжения потребуются почти во всех тех приложениях, где входное напряжение будет иметь значительные отклонения ниже отрицательного диапазона, и мы хотим усиления. Обычно это не относится к аудиоусилителям, поскольку аудиосигнал (основная полоса) обычно остается выше уровня 0 постоянного тока.

Таким образом, применение отрицательного напряжения обычно зависит от приложения, а в других случаях — для правильного смещения активных элементов схемы.

Надеюсь, это помогло.

Анализ цепей

— интуитивно понятная интерпретация отрицательного напряжения

Ответ на число электронов — хороший ответ с точки зрения электронов. У Пранава Кумара также есть отличный ответ. Вот мой.

Если вы изучали алгебру, это объяснение будет для вас более осмысленным. Я постараюсь сделать это простым, чтобы вы могли понять это, даже если не изучали алгебру. Если вы знакомы с метрическими системными единицами измерения температуры, то вы также знаете, что температура может опускаться ниже 0 градусов Цельсия.-15 В соответствует падению температуры на 15 градусов ниже 0 градусов Цельсия. Температура 0 градусов Цельсия и GND (0 В) в электричестве являются ориентирами для сравнения других значений (температуры или напряжения). Это означает, что температура (или напряжение) может подниматься выше 0 градусов Цельсия (или + В) или может опускаться ниже контрольных точек 0 градусов Цельсия (или -V) (0 градусов Цельсия, GND или 0 В). Положительный (+) и отрицательный (-) символы указывают полярность напряжения. Эти символы также говорят вам, к какой стороне опорной точки (0) принадлежат значения; сторона 0 больше или меньше.

При сравнении двух целых чисел одно число всегда будет больше другого. Верно? Итак, если я скажу, что +4 градуса> +2 градуса, вы согласитесь, что +4 градуса больше, чем +2 градуса. Если я скажу, что + 4V> + 2V, то вы согласитесь, что +4V больше, чем +2V. Я надеюсь, что теперь вы уловили сходство между температурой и напряжением. Так же, как температура может упасть ниже 0 градусов по Цельсию, напряжение может также упасть ниже 0 В (или контрольной точки GND). 0 градусов Цельсия или GND (0 В) можно рассматривать как эталон для сравнения более высоких (+ градусов Цельсия) и более низких (- градусов Цельсия) температур или положительного напряжения (+ V) и отрицательного напряжения (-V). .Если я скажу, что +2 градуса Цельсия> -4 градуса Цельсия, то я надеюсь, вы понимаете, что +2 больше, чем -4. И, наконец, если я скажу, что 7V> -7V, вы согласны с тем, что +7V больше, чем -7V.

В Интернете можно найти несколько отличных объяснений положительного и отрицательного напряжения на примерах переменного тока. Я надеюсь, что это было полезно.

Может ли напряжение быть отрицательным? — PortablePowerGuides

Обычный человек не поймет, что значит отрицательное напряжение, в основном потому, что не понимает, что такое напряжение.Это ключ к пониманию того, что на самом деле означает отрицательное напряжение. Сначала вы должны понять различные факторы и компоненты, которые окружают напряжение и влияют на него.

Может ли напряжение быть отрицательным?

Напряжение может быть отрицательным. Отрицательное напряжение возникает, когда источник напряжения имеет отрицательную полярность, то есть когда отрицательная клемма и положительная сторона схемы соединены.

Он специально создан, например, для транзисторов.Новая электроника подчеркивает использование отрицательного напряжения в смещении ЖК-дисплея и смещения силового транзистора из нитрида галлия, не говоря уже о смещении лазерных диодов (оптических модулях).

Однако в большинстве случаев это скорее идея, чем материальный компонент. Вы должны знать, что означает отрицательное напряжение, чтобы вы могли понять его при записи в цепи.

Но по большей части не будет преувеличением назвать «отрицательное напряжение» условным обозначением, которое люди используют для того, чтобы математические уравнения оставались аккуратными и аккуратными.

Что такое напряжение?

Звучит как простой вопрос, но вы должны ответить на него, если хотите понять такие термины, как «отрицательное напряжение». Задача электрической цепи — переместить заряд из одной точки в другую. Когда электрическая цепь настроена правильно, заряд, который она предназначена для перемещения, будет приводить в действие конкретный прибор.

Сам по себе электрический заряд ничего не может сделать. Электрический заряд служит своей цели только тогда, когда он движется по цепи.Вот где напряжение входит в картину. Некоторые люди описали это как потенциальную энергию , которая перемещает электрический заряд.

В зависимости от поля вы также можете определить его как единицу измерения, которую люди используют для измерения энергии, которая должна быть затрачена на перемещение электрического заряда.

Определение, которым вы должны заняться, заставляет некоторых людей относиться к напряжению как к электродвижущей силе. Это определение принимает во внимание тот факт, что сила, перемещающая электрический заряд по цепи, вызвана разницей в напряжении между точками.

Общие сведения о напряжении

Напряжение — это энергия, перемещающая электрический заряд. Вы можете смотреть на это как на давление, которое позволяет току перемещаться между точками. Чтобы электрический ток перемещался между двумя точками, уровни энергии между этими двумя точками должны различаться.

Это та разница в энергии, которая создает силу, позволяющую заряду двигаться. Вот почему напряжение также называют электрическим потенциалом. Он используется для определения потенциальной энергии, которая будет потрачена на перемещение электрического заряда.

Слово «напряжение» довольно широкое. Если вы не понимаете электричество, вы можете предположить, что это слово означает очень многое. Чтобы прояснить этот термин, вы должны запомнить три основных понятия.

Сначала ток движется между двумя точками, уровни энергии которых различаются. Во-вторых, требуется энергия, чтобы переместить этот ток из одной точки в другую. В-третьих, напряжение описывает разницу в энергии между этими точками и доступную энергию, которая должна быть израсходована, чтобы переместить ток из одной точки в другую.

Что такое полярность?

Как только вы поймете, что напряжение связано с разницей в уровнях энергии между точками, вы можете начать исследовать вопрос полярности. Если вы когда-нибудь видели схему цепи, вы, вероятно, видели знаки плюс и минус на клеммах.

Принципиальная электрическая схема

Эти символы обозначают полярность. Они должны идентифицировать точки в цепи, которые имеют более высокий уровень энергии.Например, если у вас есть клеммы A и B в цепи, и A имеет знак плюса, а B имеет знак минус, вы можете с уверенностью заключить, что напряжение в A имеет самый высокий уровень энергии из двух.

Напряжение между двумя точками обычно сравнивается относительно земли. Каждая цепь имеет точку заземления с нулевым уровнем напряжения. Дилиджент сравнивает землю в кругообороте с «уровнем моря» в географии, где высота определяется по отношению к уровню моря.

Символ, используемый для обозначения земли, будет зависеть от ситуации.Есть заземление, сигнальное заземление и заземление шасси.

К настоящему времени вы понимаете, что цепь имеет положительные и отрицательные полюса. Вы также могли догадаться, что эти полюса обозначены знаком плюс и минус. Как только вы поймете, что напряжение связано с разницей в энергии между двумя точками, вам не должно быть слишком сложно понять, что полярность просто используется для обозначения точки, которая имеет наибольшую энергию.

Терминал со знаком плюс обычно имеет более высокий уровень энергии из двух. Хотя это предполагает, что напряжение положительное. . Если вы поменяете полярность, то клемма со знаком плюс будет иметь более низкие уровни энергии из двух.

Что такое отрицательное напряжение?

Чтобы понять такие термины, как «отрицательное напряжение» и «положительное напряжение», вы должны применить свое понимание полярности напряжения.

В средней цепи цель состоит в том, чтобы создать ориентацию, которая создает положительное напряжение. Это единственный способ позволить току течь, позволяя источнику напряжения питать рассматриваемый прибор.

Обычное электронное устройство имеет отсек для батареи с четкими знаками и символами, которые были добавлены, чтобы гарантировать, что вы вставляете батареи таким образом, чтобы обеспечить положительное напряжение. Положительное напряжение генерируется, когда положительный вывод и положительный полюс цепи соединены. При такой ориентации также соединяются отрицательный вывод и земля.

Это хорошо, потому что ориентация позволяет электрическому заряду достигать прибора. При изменении полярности образуется отрицательное напряжение. Это проблематично в обычных ситуациях, потому что передает электрический заряд на землю.

Положительное напряжение, с другой стороны, передает заряд на положительную сторону цепи. Если вы понимаете положительное напряжение, то отрицательное напряжение — это просто изменение полярности. Обратное также верно.

Если вы знаете, что такое отрицательное напряжение, то положительное напряжение — это изменение полярности.

Отрицательное и положительное напряжение — как узнать, положительное или отрицательное напряжение?

Если вы все еще не понимаете полярность, то такие термины, как отрицательное и положительное напряжение, не будут иметь для вас особого смысла. Вы можете начать понимать, что означают эти два термина, когда поймете, как ток и электроны движутся между клеммами.

Это ключ к расшифровке разницы между отрицательным и положительным напряжением. Как было отмечено ранее, электрический заряд течет между двумя точками с разными уровнями энергии. Полярность покажет вам терминал с более высоким уровнем энергии.

Как уже упоминалось ранее, знак «плюс» предназначен для обозначения положительного полюса, полюса с более высокой энергией. Если разница между полюсами создает силу, которая позволяет току двигаться, в каком направлении этот ток движется?

В обычной цепи ток будет течь от положительной клеммы к отрицательной. Другими словами, заряд должен перемещаться от терминала с более высоким уровнем энергии к терминалу с более низким уровнем энергии.

Википедия призывает вас помнить, что электроны не следуют этому образцу. Они движутся в противоположном направлении, от отрицательного к положительному.

https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_polarity

В этом отношении вы можете подойти к своему определению разницы между отрицательным и положительным напряжением с нескольких точек зрения.

Некоторые эксперты заметили, что такие термины, как «положительный» и «отрицательный», следует применять к току, а не к напряжению. Они описали бы положительное напряжение как состояние, в котором тело имеет изобилие положительного заряда, а отрицательное напряжение — обратное.

Если вы продолжите применять «положительный» и «отрицательный» к электрическому заряду, , то также стоит отметить, что электроны притягиваются к положительному заряду и отталкиваются отрицательным зарядом . Вот почему они текут от отрицательного полюса к положительному.

Следует иметь в виду, что положительное напряжение выше, а отрицательное напряжение ниже. Термины «напряжение», «отрицательное напряжение» и «положительное напряжение» являются широкими понятиями, которые люди, не имеющие опыта в области электричества, могут с трудом понять.

Как правило, вы должны сосредоточить свои усилия на понимании потока тока и электронов. Помните, что ток движется от положительного к отрицательному, тогда как электроны перемещаются от отрицательного к положительному.

Имеет ли разница между этими двумя значениями?

Определение напряжения настолько широкое и, казалось бы, расплывчатое, потому что напряжение относительно .Чтобы понять это, вы должны измерить напряжение относительно нулевой точки . Здесь земля входит в картину.

Во многих случаях Земля используется в качестве земли, потому что она технически нейтральна. Напряжение обычно определяется как положительное или отрицательное по отношению к земле . Однако во многих реальных сценариях отрицательное напряжение не имеет значения.

Когда вы смотрите на схему цепи на листе бумаги, вы можете использовать свое понимание концепции отрицательного напряжения, чтобы понять работу цепи.Именно здесь проявляется идея отрицательного напряжения. Это соглашение, которое позволяет вам объяснять электрические идеи. Но это не обязательно приводит к ощутимым последствиям в обычной ситуации.

Тем не менее, Maker Pro выделил несколько нетрадиционных ситуаций, когда отрицательное напряжение может пригодиться, включая конструкцию двухканальных источников питания, не говоря уже о аудиоколонках.

Заключение

Чтобы понять, как работает напряжение, необходимо иметь в виду тот факт, что оно подчеркивает разницу в уровнях энергии между точками.Эта разница имеет значение, потому что заставляет электрический заряд двигаться.

В цепи одни точки имеют более высокий уровень энергии, чем другие. На это указывают знаки плюс и минус. Эти символы используются для обозначения полярности в цепи. Знак «плюс» обозначает клемму с более высоким напряжением.

Цепь будет иметь положительную или отрицательную ориентацию, в зависимости от конфигурации клемм. Положительное напряжение наблюдается в цепях, где положительный вывод подключается к положительной части схемы, позволяя току течь.Здесь соединяются отрицательная клемма и земля.

Отрицательное напряжение наблюдается в цепях, где соединены отрицательная клемма и положительная часть цепи. Поскольку положительный вывод соединен с землей, ток не достигнет положительной стороны цепи.

Но, как было отмечено выше, «отрицательное напряжение» — это всего лишь идея в обычных ситуациях. Это нематериальная концепция, которую вы можете изобразить на бумаге с помощью соответствующих символов, но вряд ли она существенно повлияет на ваши усилия.Тем не менее, вам все же лучше знать, что такое отрицательное напряжение.

Что такое отрицательное напряжение? — Сборка электронных схем

Я собираюсь показать вам, что такое отрицательное напряжение, поместив Джона в яму. Как вы быстро поймете, в этом нет ничего странного или мистического.

Познакомьтесь с Джоном. Его рост 1,8 метра (6 футов).

Что означает рост Джона 1,8 м? Можете ли вы определить его рост, просто посмотрев на его голову?

Нет. Вы должны сравнить макушку его головы с землей, на которой он стоит, чтобы определить его рост.Рост Джона 1,8 м на самом деле означает, что его макушка на 1,8 м выше земли, на которой он стоит.

То же самое и с напряжением. Вы не можете ничего сказать о напряжении, не сравнив его с другой точкой.

Обычно в цепи определяют нулевую точку (0 В) или , заземление .

В простой цепи батареи точкой заземления обычно является минусовая клемма батареи. Поэтому, если кто-то говорит, что «эта точка составляет 5 В», они обычно имеют в виду, что это 5 В по сравнению с землей.

Засунуть Джона в дырку

Назад к Иоанну. Что, если мы выкопаем яму 1,8 метра, а затем поместим Джона в яму. (Бедный Джон).

Его ступни теперь на 1,8 метра под землей.

Другими словами, его ступни находятся на высоте МИНУС 1,8 метра.

Джон по-прежнему тот же человек, просто он по-другому расположен по сравнению с землей. Поэтому положение его ног становится отрицательным.

То же самое и с напряжением.

Создание отрицательного напряжения

Например, представьте две батареи на 9 В.

Помните — батарея 9 В означает, что положительная клемма на 9 В на выше, чем на , чем отрицательная клемма.

Теперь возьмем одну батарею и скажем, что ее минусовая клемма будет заземлением (0 В) в нашей цепи.

Что будет, если мы подключим плюс второй батареи к минусу первой (т.е. подключим ее к земле)?

С батареями толком ничего не происходит.Они точно такие же, какими были до их подключения.

И ток не течет.

а какое напряжение на минусовой клемме второй АКБ?

Поскольку минус на 9 В ниже, чем плюс, и поскольку плюс подключен к земле, минус должен быть минус 9 В.

Итак, мы создали отрицательное напряжение 9В.

Или мы?

Если вы присмотритесь, то на самом деле ничего не создали.

У нас всего обозначено как плюс второй батареи 0V.

И мы обозначили как минус второй батареи -9V , потому что она на 9V ниже, чем 0V.

Когда вам нужно отрицательное напряжение?

Дело не в том, что вам «нужно» отрицательное напряжение. Но иногда в цепи появляется отрицательное напряжение, и полезно знать, что это такое.

Одним из примеров отрицательного напряжения является цепь нестабильного мультивибратора.

Иногда вы видите схемы, которым требуется источник питания с тремя подключениями, например, + 9В, 0В и -9В. Это очень часто встречается в схемах усилителя.

Но с таким же успехом можно было бы сказать, что цепи нужны + 18 В, + 9 В и 0 В (GND). Это было бы одно и то же, только с другими названиями.

Вопросы?

Если вы найдете эти уроки полезными, попробуйте Ohmify. Это онлайн-академия электроники, где вы узнаете все, от того, как работает напряжение, до того, как создать схему микроконтроллера.

И есть множество планов проектов, которым вы можете следовать, чтобы построить такие классные вещи, как роботы, светофоры, усилители, кухонный таймер, музыкальные синтезаторы и многое другое.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше об Ohmify.

Есть вопросы по поводу отрицательного напряжения? Дайте мне знать в поле для комментариев ниже.

Быстрый и (не очень) источник отрицательного напряжения с загрязнением

В карьере каждого хакера-хакера наступает время, когда он впервые понимает, что в его проекте нужна шина отрицательного напряжения.Также наступает время, обычно ~ 10 мс после осознания этого, когда они обращаются к Art of Electronics , чтобы попытаться выяснить, как, черт возьми, на самом деле ввести отрицательное напряжение в их конструкцию. Оказывается, есть масса способов выполнить эту работу, от дорогих источников питания до необычных регуляторов, которые вы можете разработать, но если вы ленивы (как я), вам может потребоваться простой, почти простой решение.

[Филип Пьорски] вас там накроет. В недавнем видео он демонстрирует, как превратить «специальный для Китая» понижающий преобразователь стоимостью 1 доллар с Ebay в повышающий понижающий преобразователь, способный действовать как источник отрицательного напряжения.Он понял, что, поменяв местами входы и выходы регулятора, можно существенно инвертировать производимый потенциал. Конечно, есть несколько предостережений, включая высокий пусковой ток и ограниченный макс. напряжения, но ему удается обойти некоторые из них с помощью небольшой умной перемонтажа и небольшой работы.

Конечно, если у вас строгие требования к источнику питания, вы, вероятно, захотите выложить деньги на профессионально построенный или спроектировать его самостоятельно, который точно соответствует вашим потребностям.Для большинства из нас быстрое и простое решение, подобное этому, выполнит свою работу и позволит нам сосредоточиться на других аспектах дизайна, не тратя слишком много времени на беспокойство об источнике питания. Конечно, если вам нравится дизайн силовой электроники, мы вас там тоже поможем.

Спасибо [Bornach] за подсказку!

Линейные регуляторы с отрицательным напряжением

Что такое отрицательное напряжение? С напряжениями все относительно.Между разными электрическими проводниками могут быть разные электрические потенциалы. Это означает, что одно напряжение может быть выше другого. В таком случае нельзя использовать описание «отрицательное напряжение». Под отрицательным напряжением мы подразумеваем, что одно напряжение ниже потенциала земли системы. На рисунке 1 показан пример с напряжением питания 3,3 В и потенциалом заземления системы 0 В. В такой системе сигналы датчика должны быть измерены и записаны. Эти сигналы могут быть в диапазоне +2.5 В и –2,5 В. Для регистрации этих сигналов мы используем операционный усилитель, для которого требуется положительное напряжение питания +3,3 В и отрицательное напряжение питания –3,3 В.

Для положительных напряжений в системе уже имеется +3,3 В. Для необходимого отрицательного напряжения –3,3 В можно использовать имеющееся опорное напряжение –5 В. Эта шина напряжения может поступать от трансформаторного источника питания. Обычно такие напряжения регулируются не очень точно. Для точной генерации –3,3 В мы хотим использовать линейный стабилизатор.

На рынке имеется очень большой выбор линейных регуляторов, подходящих для положительного напряжения. Можно ли использовать такой положительный линейный стабилизатор в приложениях, где необходимо преобразовать отрицательное напряжение?

На рисунке 1 показан линейный регулятор, используемый в таком приложении. Проблема с использованием типичного линейного регулятора, предназначенного для положительных выходных напряжений, заключается в том, что он может только подавать ток, а не потреблять ток. Если бы мы выбрали положительный линейный стабилизатор, который мог бы генерировать и потреблять токи, там по-прежнему будет проблемой с этой настройкой.Регулируемый резистор обозначает проходной элемент линейного регулятора. Соотношение напряжений между разъемами V _IN , V _OUT и GND точно такое же для этой ИС линейного регулятора, как если бы она использовалась в приложении положительного напряжения. Однако у использования положительного линейного регулятора в такой среде есть несколько недостатков. Схема будет использовать резистивный делитель для регулирования выходное напряжение зависит от шины –5 В, а не от шины 0 В, системного заземления.Это приводит к тому, что помехи и шум на шине –5 В передаются непосредственно на генерируемую шину –3,3 В. К тому же точность регулирования оставляет желать лучшего. Когда напряжение питания –5 В имеет точность только ± 10%, эта неточность также будет влиять на генерируемое выходное напряжение –3,3 В.

Рисунок 1. Положительный линейный регулятор для создания отрицательного напряжения обычно не работает из-за направления тока.

Второй недостаток такого варианта использования положительного линейного регулятора заключается в том, что выводы ввода / вывода устройства линейного регулятора, такие как разрешающий вывод, будут привязаны к –5 В.Если в системе необходимо соблюдать некоторую последовательность между различными напряжениями, может потребоваться какой-то сдвиг уровня.

На рисунке 2 показана та же система, но используется линейный регулятор, специально разработанный для понижения отрицательного напряжения. Эти микросхемы специально называются отрицательными линейными регуляторами. Новый отрицательный линейный стабилизатор ADP7183 от Analog Devices был специально разработан для обеспечения наименьшего шума и наибольшего коэффициента отклонения источника питания (PSRR). Это делает деталь очень полезной для фильтрации приложений по узлам, чувствительным к питанию.

Рисунок 2. Отрицательный линейный стабилизатор для создания отрицательного напряжения.

Если используется отрицательный линейный стабилизатор, подобный показанному на рисунке 2, генерируемое –3,3 В регулируется по отношению к нулевому напряжению заземления. Это дает очень низкий уровень шума и точное выходное напряжение. Кроме того, контакты ввода / вывода связаны с заземлением системы 0 В, и, таким образом, можно исключить изменение уровня.

Это делает очень необходимыми специальные отрицательные линейные регуляторы при преобразовании отрицательных напряжений или при фильтрации отрицательных напряжений.Вообще там это только ограниченное количество отрицательных линейных регуляторов, доступных на рынке. Новые продукты, такие как ADP7183 (300 мА) и ADP7185 (500 мА), увеличивают доступный портфель для дизайнеров.

Тест:

Кстати — почему регулятор LDO? Вы все еще используете стандартный 7805 для получения стабильного выходного напряжения 5 В? Что ж, вам нужно входное напряжение 7 В (минимум) для 7805.