Basisspanningsverdubbelingsschema met 555 Timer IC

Hoe maak je een basisspanningsverdubbelaar?

Zoals de naam van het artikel suggereert, is dit artikel vandaag bedoeld om te helpen bij het ontwerpen van een circuit dat aan de uitgang een spanning geeft die het dubbele is van de spanning die aan de ingang wordt aangelegd. Als u bijvoorbeeld een ingang van 10 V aan het spanningsverdubbelingscircuit levert, krijgt de uitgang 20 V.

Dit is een van de vele circuits die direct beschikbaar zijn voor spanningsconversie, maar dit is een goedkope en efficiëntere manier om een ​​spanning te verdubbelen in tegenstelling tot het gebruik van een omvangrijke transformator en soms onhandig voor kleine toepassingen.

Deze circuits gebruiken condensatoren om energie op te slaan, en zijn in een of andere vorm een ​​gelijkrichtercircuit. De schakeldiodes zijn over het algemeen diodes, die helpen om de kosten te drukken in plaats van een duurdere tegenhanger te gebruiken, bijvoorbeeld een MOSFET of een BJT.

Spanningverdubbelingsschakeling is een schakeling uit de familie van spanningsvermenigvuldigerschakelingen. In dit artikel gaan we leren hoe we een spanningsverdubbelingscircuit kunnen maken met behulp van een 555-timer, samen met andere belangrijke componenten en hun korte beschrijving.

Gerelateerde projecten:

• Dual Power Supply Circuit Diagram – 230VAC tot ±12VDC
• Hoe maak je een spanningsverdrievoudiger circuit?
• 12V naar 5V convertercircuit

Spanningsverdubbelaar schakelschema

Sluit de componenten op de juiste manier aan op dezelfde manier als in de onderstaande afbeelding.

Vereiste componenten

1. 555-Timer IC
2. Diodes – 1N4007
3. Weerstanden – 10kΩ en 33kΩ
4. condensatoren – 22μF en 0,01μF
5. Een voeding

555 Timer-IC

Het 555 timer-IC is een geïntegreerd circuit dat wordt gebruikt in verschillende tijd-, pulsgeneratie- en oscillatortoepassingen. Geïntroduceerd in 1972, wordt de 555 Timer IC nog steeds veel gebruikt vanwege de zeer lage prijs en stabiliteit. Het pindiagram van de 555 Timer IC wordt hieronder gegeven:

Er zijn drie werkingsmodi van de Timer IC, namelijk de bistabiele, monostabiele en astabiele modus.

• In de bistabiele modus produceert het circuit 2-stabiele toestandssignalen die zich in lage en hoge toestanden bevinden. De uitgangssignalen van signalen met een lage en hoge status worden bestuurd door de ingangspinnen te resetten en te activeren.
• In monostabiele modus genereert het circuit slechts een enkele puls wanneer de timer een indicatie krijgt van de invoer van de triggerknop.
• In astabiele modus produceert het circuit van het IC een continue puls met exacte frequentie gebaseerd op de waarde van de twee weerstanden en condensatoren die in het externe circuit zijn aangesloten.

Gerelateerde projecten:

• Automatisch schakelschema en bediening voor badkamerlichtschakelaar
• Automatische deurbel met objectdetectie door Arduino

1N4007-diode

1N4007 is een PN-overgangsgelijkrichterdiode. Dit soort diodes laat alleen de stroom van de elektrische stroom in één richting toe. 1N4007 heeft verschillende real-life toepassingen, b.v. toepassingen met vrijloopdiodes, rectificatie voor algemene doeleinden van voedingen, omvormers, omvormers enz.

Het bovenstaande diagram toont de symbolische en de werkelijke afbeelding van de 1N4007. Het begrip van elk onderdeel van een elektrisch circuit wordt enorm verbeterd wanneer de elektrische kenmerken van dat apparaat bekend zijn.

De kenmerken van de diode 1N4007 zijn als volgt:

• Lage lekstroom
• Lage voorwaartse spanningsval
• Hoge voorwaartse piekcapaciteit

Gerelateerde projecten:

• Hoe maak je een eenvoudig LED-knippercircuit met 555 Timer IC
• PCB-ontwerp van LED-flitsercircuit met 555 Timer.

Deze diode heeft veel toepassingen in het echte leven in Embedded-systemen, een paar van de belangrijkste toepassingen die verband houden met de specifieke diode worden hieronder gegeven:

1. Converters
2. Voor schakeldoeleinden in embedded systemen
3. Toepassingen met vrijloopdiodes
4. Omvormers
5. Algemene stroomcorrectie van voedingen
6. Om tegenstroom te vermijden en microcontrollers zoals Arduino of PIC-microcontrollers te beschermen.

Werking van spanningsverdubbelingscircuit

Zoals te zien is in het schakelschema, werkt de schakeling in twee helften die elkaar aanvullen. Het eerste deel van het circuit, waarbij gebruik wordt gemaakt van de 555-timer, wordt gebruikt in de Astabiele modus om een ​​blokgolfpuls te genereren.

Het tweede deel van de schakeling is degene die de spanning daadwerkelijk verdubbelt en bestaat uit 2 condensatoren en 2 diodes die zijn aangesloten op de manier die in het schakelschema wordt getoond. De 555-timer heeft meerdere modi waarin we vandaag hebben besloten om de astabiele Multivibrator-modus te gebruiken.

Deze modus kan worden gebruikt om een ​​blokgolf van ongeveer 2KHz te genereren met een combinatie van twee weerstanden en een condensator. Uit het circuit kunnen we zien dat wanneer pin 3 van het timer-IC een lage output heeft, de diode D1 naar voren wordt voorgespannen, waardoor condensator C3 erdoorheen wordt opgeladen.

Omdat de condensator rechtstreeks vanuit de voeding wordt opgeladen, wordt de condensator ook opgeladen tot de spanning gelijk aan de ingangsspanning. Wanneer de puls van het timer IC hoog is, zal pin 3 van het IC een hoge output laten zien. Hierdoor wordt de diode D1 omgekeerd voorgespannen en dit blokkeert het opladen van de condensator C3 die nu is opgeladen tot ongeveer de spanning gelijk aan de voedingsspanning.

Als de diode D1 in sperrichting is ingesteld, zal de diode D2 in voorwaartse oriëntatie staan ​​en hierdoor wordt de condensator C4 hierdoor opgeladen. C4-condensator wordt ook opgeladen met de energie die is opgeslagen in condensator C3. Nu heeft de condensator C4 de dubbele spanning van de ingangsspanning omdat deze wordt opgeladen via twee paden, één van de condensator C3 die aanvankelijk werd opgeladen tot de voedingsspanning en een ander pad loopt direct door de voeding.

In theorie moet de uitgang van deze schakeling een spanning aan de uitgang produceren die gelijk is aan het dubbele van de spanning aan de ingang, maar in werkelijkheid is het laden en ontladen van een condensator geen verliesloos proces, de energie die is opgeslagen in een condensator wordt niet volledig overgedragen naar de andere condensator en het opladen van de condensator is ook niet ideaal.

Voor het experiment dat is gedaan met de ingangsspanning van 5V, is de output met het circuit ongeveer 8,7 tot 8,8V in plaats van theoretische 10V.

Gerelateerde projecten:

• LED Roulette Circuit Diagram met 555 Timer &4017 Teller
• Eenvoudig aanraakgevoelig schakelcircuit met 555 Timer &BC547 Transistor

Nadelen

Hoewel het circuit een eenvoudige en gemakkelijke manier is om de ingangsspanning om te zetten in het dubbele van zijn waarde, heeft het ook zijn nadelen. Door vooraf alle voor- en nadelen van de schakeling te kennen, kunnen we de uitkomsten goed analyseren. De nadelen staan ​​hieronder vermeld.

1. Het circuit is een zeer handige truc om een ​​hogere spanning te produceren vanaf een lage waarde, maar het circuit kan alleen worden gebruikt zodat de uitgangsstroom minder dan 50 mA zal zijn. Dat betekent dat het alleen toepassingen kan aansturen die zeer lage stroomwaarden vereisen.
2. Omdat de uitvoer het opladen en ontladen van condensatoren en schakelapparaten zoals diodes omvat, is de uitvoer van het circuit over het algemeen onstabiel, dus een regelaar-IC kan worden gebruikt om de uitvoergolfvorm te regelen en af ​​te vlakken. Maar dit IC zal zijn eigen deel van de stroom opnemen, dus de relevante berekeningen en aanpassingen moeten worden gemaakt zodat de schakeling niet boven de limiet van de stroomdoorgang functioneert.

Gerelateerde projecten:

• Hoe maak je een eenvoudig LED-knippercircuit met 555 Timer IC
• Clap Switch Circuit met IC 555-timer en zonder timer

Voorzorgsmaatregelen

Er zijn enkele voorzorgsmaatregelen die genomen moeten worden tijdens het maken van en werken met het circuit. Deze staan ​​hieronder vermeld.

1. Vanwege de beperkingen van het timer-IC kan de ingangsspanning van het circuit niet groter zijn dan 12V en minder dan 3V, het kiezen van een spanning tussen 3 en 12V zorgt voor veilig werken en er wordt geen schade aan de componenten toegebracht.
2. Zoals hierboven besproken, hangt de werking van het circuit af van het opladen en ontladen van condensatoren, en daarom zal het circuit niet meteen de vereiste waarde leveren zodra het circuit is aangesloten met een voedingsspanning, maar het duurt even voordat deze zich op het dubbele van de ingangsspanning bevindt.
3. De belastingsstroom mag een ingestelde waarde die afhankelijk is van het circuit niet overschrijden. Over het algemeen is het ongeveer 50 tot 70 mA stroom.
4. Omdat de condensator C4 wordt opgeladen om de voedingsspanning te verdubbelen, moet de nominale spanning van deze specifieke condensator ten minste tweemaal de ingangsspanning zijn, in tegenstelling tot andere condensatoren waarvan de nominale spanning kan zijn gelijk aan ten minste de voedingsspanningswaarde.
5. Zoals hierboven besproken, is de spanning aan de uitgang van de schakeling afhankelijk van het laden en ontladen van de condensatoren. De oplaad- en ontlaadtijden van een condensator variëren grillig, dus de exacte metingen komen mogelijk niet overeen met de theoretische waarden. Dit komt verder op omdat het laden en ontladen van condensatoren geen energie-efficiënte en niet-energiegebonden processen zijn. Dat betekent dat de energie niet volledig wordt overgedragen en dat er verliezen optreden. De uitgangswaarde van het circuit met 5V ingangsspanning zal ongeveer 8,7V zijn, terwijl de waarde van de uitgang van het circuit met 12V ingangsspanning ongeveer 18-20V zal zijn.

Gerelateerde projecten:

• Elektronisch project voor verkeerslichtregeling met IC 4017 &555 Timer
• Eenvoudig schakelschema voor oplader voor mobiele telefoons – 5V van 230V AC
• Automatisch spoorweghekbesturingssysteem - circuit- en broncode
• Elektronisch relaisschakelaarcircuit - NPN-, PNP-, N- en P-kanaalrelaisschakelaars
• LED Roulette Circuit Diagram met 555 Timer &4017 Teller
• Elektronische stroomonderbreker – schematisch en werkend
• Slim irrigatiesysteem – schakelschema en code
• Variabele voeding met Arduino UNO - Circuit en code
• Automatische nachtlamp met Arduino
• Infrarood bewegingsdetector schakelschema
• Eenvoudig aanraakgevoelig schakelcircuit