Первый рассказ цикла Профанация электроники здесь.
Когда мы проектируем импульсные схемы или микропроцессорные контроллеры, то часто забываем, что в этих схемах огромное количество вентилей, выполняющих разную работу. Вернее, мы об этом не забываем, а считаем каждый такой вентиль выполняет предписанную ему работу и большего от него не требуем. Во всяком случае нам не приходит в голову тактовый генератор интерфейса или генератор строба превратить в источник питания. Сама такая идея кажется кощунственной. В то же время в дополнительных источниках питания бывает самая насущная необходимость.
Например, мы проектируем схему с питанием от порта USB компьютера. При этом хотим использовать операционный усилитель с симметричным питанием (желательно -5v..+5v). Другой такой случай. У нас есть микропроцессор с питанием 3v, а наш датчик начинает нормально работать при напряжении 6v. Как быть?
Предлагаю использовать цифровые вентили микросхем или GPIO микропроцессоров для создания источников питания. Если не жадничать по поводу энергии, потребляемой от этих источников, то основные функции эти вентили будут выполнять так же, как и раньше.
Вот так выглядит выходной вентиль (ключ) микросхемы CD4069 (Вентили GPIO микропроцессоров выглядят аналогично)
Комплементарная пара на выходе хороша тем, что в выходном каскаде отсутствует сквозной ток. Выход подключен либо к земле, либо к питанию. Далее я условно обозначу это свойство переключателем, для упрощения картинки.
Симметричное питание
Как это работает?
При замыкании ключа на питание, конденсатор С1 заражается до напряжения питания Uп током i1 через диод D1. Диод D2 закрыт.
При замыкании ключа на землю, конденсатор С1 разряжается на конденсатор С2 током i2 через диод D2. Диод D1 закрыт. Таким образом на С2 формируется относительно земли отрицательное напряжение равное Uп.
Теперь о том, как не навредить.
Реальный ключ имеет предельный ток нагрузки, указанный в техническом описании. Диапазон этих токов от 0,8ма до 120ма. Для ATmega328 ток GPIO равен 40ма при питании 5v, то есть максимальная мощность ключа Pmax=40*5=0,2вт.
За каждый такт мы можем максимально забрать через ключ энергию Qкл=C(U^2)/2(дж)=С*25/2=1.25*С(дж)
На частоте f, Максимальная мощность, отбираемая нашим ключом, составит
Pкл=f*Qкл(вт)
Таким образом на частоте 20кГц Pкл=20000*1,25*С(вт)
Не будем мучить ключ и отберем только 10% его максимальной мощности.
Тогда Pкл=0.1*Pmax=0.2*0.1=0.02(вт). Для операционного усилителя этого достаточно.
Отсюда С1=Pкл/25000=0.8мф
Конденсатор С2 выбираем из требований к допустимой пульсации напряжения питания.
Если нам понадобится удвоить напряжение питания, то сделать это можно таким же образом.
Удвоение напряжения
Все рассуждения аналогичны предыдущему случаю.
Есть еще (менее сумасбродные) применения ключей, но об этом в другой статье. Надо сказать, что специалисты по электронике очень различаются в зависимости от той области, в которой они работают. В каждой такой специализации есть свои приоритеты и общеупотребительные схемные решения. Так вот, когда специалист из одной области делает что-то в другой области, то сразу становится известным, как Гений или последний кретин.
Уважаемые читатели ЗДЕСЬ, Вы можете скачать все байки целиком, в том числе еще и не выложенные в оригинальном варианте и без Дзен цензуры.
Спасибо, что дочитали до конца. Подписывайтесь на мой канал, и если Вам понравились байки, то ставьте «лайки».
Читайте предыдущий рассказ "Профанация электроники . 1. Прикидочные расчеты" здесь.
Читайте следующий рассказ "Профанация электроники. 3. Фантастрон" здесь.
С уважением, Лолейт А.Т.
Об авторе баек читайте здесь.
