Принципиальная схема удвоителя напряжения с использованием микросхемы таймера 555

Как сделать базовую схему удвоителя напряжения?

Как следует из названия статьи, сегодня эта статья призвана помочь разработать схему, которая на выходе дает напряжение, вдвое превышающее то, которое подается на ее вход. Например, подача 10 В на вход схемы удвоителя напряжения даст 20 В на ее выходе.

Это одна из многих схем, легко доступных для преобразования напряжения, но это дешевый и более эффективный способ удвоить напряжение по сравнению с использованием громоздкого трансформатора. и иногда неудобно для небольших приложений.

Эти схемы используют конденсаторы для накопления энергии и в какой-то степени представляют собой схему выпрямителя. Переключающие диоды, как правило, представляют собой диоды, которые помогают снизить стоимость вместо использования более дорогого аналога, например MOSFET или BJT.

Схема удвоителя напряжения — это схема из семейства схем умножителя напряжения. В этой статье мы узнаем, как сделать схему удвоителя напряжения, используя таймер 555 вместе с другими важными компонентами и их кратким описанием.

Связанные проекты:

• Схема двойного источника питания — от 230 В переменного тока до ±12 В постоянного тока
• Как сделать схему тройника напряжения?
• Схема преобразователя с 12 В на 5 В

Схема удвоителя напряжения

Правильно соедините компоненты, как показано на рисунке ниже.

Необходимые компоненты

1. 555-таймер IC
2. Диоды — 1N4007
3. Резисторы — 10 кОм и 33 кОм
4. Конденсаторы — 22 мкФ и 0,01 мкФ
5. Блок питания

ИС таймера 555

ИС таймера 555 представляет собой интегральную схему, используемую в различных приложениях для измерения времени, генерации импульсов и генераторов. Представленная в 1972 году микросхема таймера 555 до сих пор широко используется из-за очень низкой цены и стабильности. Схема контактов микросхемы таймера 555 приведена ниже:

ИС таймера 555
PIN-код	Имя PIN-кода	Цель
1	Земля	Опорное напряжение заземления
2	ТРИГ	Управляет выводом
3	ВЫХОД	Приблизительно на 1,7 В ниже VCC или на землю
4	СБРОС	Сбросить временной интервал
5	CTRL	Обеспечивает доступ к внутреннему делителю напряжения
6	ПОРТ	Действует в качестве порога, когда следует остановить временной интервал
7	ДИС	Выход с открытым коллектором для разрядки конденсатора
8	VCC	Положительное напряжение питания

Существует три режима работы микросхемы таймера:бистабильный, моностабильный и нестабильный режим.

• В бистабильном режиме схема выдает сигналы с двумя устойчивыми состояниями:низким и высоким. Выходные сигналы сигналов низкого и высокого состояний управляются сбросом и активацией входных контактов.
• В моностабильном режиме схема генерирует только одиночный импульс, когда таймер получает индикацию с входа кнопки запуска.
• В нестабильном режиме схема микросхемы генерирует непрерывный импульс с точной частотой, зависящей от номинала двух резисторов и конденсаторов, подключенных во внешней цепи.

Связанные проекты:

• Схема автоматического выключателя света в ванной и принцип работы
• Автоматический дверной звонок с обнаружением объектов с помощью Arduino

Диод 1N4007

1N4007 — выпрямительный диод с PN-переходом. Эти типы диодов пропускают электрический ток только в одном направлении. 1N4007 имеет различные приложения в реальной жизни, например. применение обратных диодов, выпрямление источников питания общего назначения, инверторов, преобразователей и т. д.

Распиновка диода 1N4007
PIN-код	Название булавки	Оплата
1	Анод	+Ve
2	Катод	-Ве

На диаграмме выше показано символическое и фактическое изображение 1N4007. Понимание любого компонента электрической цепи значительно улучшается, когда известны электрические характеристики этого устройства.

Электрические характеристики 1N4007
Параметр	Значения	Единицы
Прямое напряжение при 1,0 А	1,1	В
Обратный ток при 25°C	5	мкА
Общая емкость на частоте 1,0 МГц	15	пФ
Максимальный обратный ток полной нагрузки при 75°	30	мкА
Средний выпрямленный прямой ток	1	А
Пиковое повторяющееся обратное напряжение	1000	В

Диод 1N4007 имеет следующие особенности:

• Низкий ток утечки
• Низкое прямое падение напряжения
• Высокая производительность в прямом направлении.

Связанные проекты:

• Как сделать простую схему мигания светодиода с помощью микросхемы таймера 555
• Проектирование печатной платы схемы светодиодной мигающей лампы с использованием таймера 555.

Этот диод имеет множество реальных применений во встраиваемых системах, некоторые из основных приложений, связанных с конкретным диодом, приведены ниже:

1. Конвертеры
2. Для переключения во встроенных системах
3. Применение обратных диодов
4. Инверторы
5. Общее выпрямление источников питания
6. Чтобы избежать обратного тока и защитить микроконтроллеры, такие как Arduino или микроконтроллер PIC.

Работа схемы удвоения напряжения

Как видно из схемы, схема состоит из двух частей, дополняющих друг друга. Первая часть схемы, в которой используется таймер 555, используется в нестабильном режиме для генерации импульса прямоугольной формы.

Вторая часть схемы фактически удваивает напряжение и состоит из 2 конденсаторов и 2 диодов, соединенных так, как показано на принципиальной схеме. Таймер 555 имеет несколько режимов, в которых сегодня мы решили использовать нестабильный режим мультивибратора.

Этот режим можно использовать для создания прямоугольной волны частотой примерно 2 кГц с помощью комбинации двух резисторов и конденсатора. Из схемы видно, что когда вывод 3 таймера IC имеет низкий выходной сигнал, диод D1 смещается в прямом направлении, что через него заряжает конденсатор C3.

Поскольку конденсатор заряжается непосредственно от источника питания, конденсатор также заряжается до напряжения, равного входному напряжению. Когда импульс от таймера IC высокий, вывод 3 IC будет показывать высокий выходной сигнал. Это сделает диод D1 смещенным в обратном направлении и заблокирует зарядку конденсатора C3, который теперь заряжен примерно до напряжения, равного напряжению питания.

Когда диод D1 смещен в обратном направлении, диод D2 будет смещен в прямом направлении, и через него будет заряжаться конденсатор C4. Конденсатор С4 также будет заряжаться энергией, запасенной в конденсаторе С3. Теперь конденсатор C4 имеет удвоенное напряжение входного напряжения, потому что он заряжается двумя путями:один от конденсатора C3, который был заряжен изначально, до напряжения питания, а другой путь проходит непосредственно через источник питания.

Теоретически на выходе этой схемы должно быть напряжение на выходе, равное удвоенному напряжению на входе, но на самом деле зарядка и разрядка конденсатора не являются процесс без потерь, энергия, накопленная в конденсаторе, не полностью передается другому конденсатору, и зарядка конденсатора также не идеальна.

Для эксперимента, проведенного с входным напряжением 5 В, выходное напряжение схемы составляет от 8,7 до 8,8 В вместо теоретических 10 В.

Связанные проекты:

• Схема светодиодной рулетки с использованием таймера 555 и счетчика 4017
• Простая схема сенсорного переключателя с использованием таймера 555 и транзистора BC547

Недостатки

Хотя эта схема представляет собой простой и удобный способ преобразовать входное напряжение в двойное значение, у нее есть свои недостатки. Заранее зная все о преимуществах и недостатках схемы, мы сможем правильно проанализировать результаты. Недостатки перечислены ниже.

1. Схема представляет собой очень полезный трюк для получения более высокого напряжения из низкого значения, но схему можно использовать только так, чтобы выходной ток был меньше 50 мА. Это означает, что он может управлять только приложениями, которые требуют очень низких номинальных токов.
2. Поскольку выход включает зарядку и разрядку конденсаторов и переключающих устройств, таких как диоды, выходной сигнал схемы, как правило, нестабилен, поэтому для регулирования и сглаживания формы выходного сигнала можно использовать микросхему стабилизатора. Но эта ИС будет потреблять свою долю тока, поэтому должны быть выполнены соответствующие расчеты и настройки, чтобы схема не функционировала выше предела прохождения тока.

Связанные проекты:

• Как сделать простую схему мигания светодиода с помощью микросхемы таймера 555
• Схема переключателя хлопков с таймером IC 555 и без таймера

Меры предосторожности

При создании схемы и работе с ней необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности. Они перечислены ниже.

1. Из-за ограничений микросхемы таймера входное напряжение схемы не может быть больше 12 В и меньше 3 В, выбор напряжения от 3 до 12 В обеспечит безопасную работу и компоненты не будут повреждены.
2. Как обсуждалось выше, работа схемы зависит от зарядки и разрядки конденсаторов, и, следовательно, схема не будет выдавать требуемое значение сразу, как только схема подключен к напряжению питания, но пройдет некоторое время, прежде чем оно установится на удвоенном входном напряжении.
3. Ток нагрузки не должен превышать заданного значения, зависящего от схемы. Как правило, ток составляет от 50 до 70 мА.
4. Поскольку конденсатор C4 будет заряжаться до удвоения напряжения питания, номинальное напряжение этого конкретного конденсатора должно как минимум вдвое превышать входное напряжение, в отличие от других конденсаторов, номинальное напряжение которых может быть равно как минимум значению напряжения питания.
5. Как обсуждалось выше, напряжение на выходе схемы зависит от заряда и разряда конденсаторов. Время заряда и разряда конденсатора изменяется беспорядочно, поэтому точные измерения могут не соответствовать теоретическим значениям. Это еще больше усугубляется тем, что зарядка и разрядка конденсаторов не являются энергоэффективными процессами с энергозависимостью. Это означает, что энергия передается не полностью и приводит к потерям. Выходное значение схемы с входным напряжением 5 В будет около 8,7 В, тогда как выходное значение схемы с входным напряжением 12 В будет около 18–20 В.

Связанные проекты:

• Электронный проект управления светофором с использованием таймера IC 4017 и 555
• Простая принципиальная схема зарядного устройства для сотового телефона — 5 В от сети 230 В переменного тока.
• Автоматическая система управления железнодорожными воротами — схема и исходный код
• Схема электронного релейного переключателя — релейные переключатели каналов NPN, PNP, N и P
• Схема светодиодной рулетки с использованием таймера 555 и счетчика 4017
• Электронный автоматический выключатель — схема и работа
• Умная система орошения — принципиальная схема и код
• Регулируемый источник питания с использованием Arduino UNO — схема и код
• Автоматическая ночная лампа с использованием Arduino
• Схема инфракрасного датчика движения
• Простая схема сенсорного переключателя