Периодически попадаются достаточно интересные схемы, требующие двухполярного питания. Иногда такое требование может испугать, так как часто в схеме обозначено отрицательное напряжение, но не говорится, где его взять. Например, с такой проблемой можно столкнуться, просматривая старые номера журнала «Радио».
Итак, где же взять отрицательное питание? Первый вариант, и, пожалуй, самый правильный — использовать трансформатор с тремя выводами вторичной обмотки. Но это решение сейчас вряд ли кто-то будет использовать: выйдет слишком дорого и габаритно.
Второй вариант — различные самодельные инверторы. Есть множество схем как на транзисторах, так и на микросхеме NE555. Некоторые из них нормально работают, и, наверное, какую-нибудь из них я рассмотрю в одной из последующих статей.
Третий вариант — наиболее комфортный — предусматривает использование специализированных микросхем. Несколько таких решений я и рассмотрю в данной статье.
ICL7660 — это микросхема, предназначенная для преобразования положительного напряжения в отрицательное (инвертирования) без использования катушек индуктивности. Устройство работает по принципу «заряда-насоса» (charge pump) и требует для работы всего два внешних конденсатора. Оригинальная схема была разработана американской компанией Intersil в конце 70-х. Сейчас её клоны выпускаются различными производителями в разных модификациях.
Основные характеристики:
- входное напряжение: от 1,5 В до 10,0 В;
- выходной ток: до 20 мА (номинальный);
- падение напряжения: около 0,5 В при нагрузке 10 мА;
- частота генератора: 10 кГц.
Вывод 6 (LV) соединяется с землёй при входном напряжении ниже 3,5 вольт, в иных случаях остаётся незадействованным. Вывод 7 (OSC) используется для внешней задачи частоты; если этого не требуется, он остаётся неподключенным.
Для уменьшения пульсаций можно поставить конденсаторы и большей ёмкости. Я использовал электролиты на 100 мкФ и параллельно керамику на 100 нФ. Наиболее доступный тип корпуса — SOP-8, его я распаял на плате-переходнике. Собрал схему на беспаечной макетной плате.
На фото выше видна работа преобразователя без нагрузки: при питании от 5 В (USB-зарядка) выходное отрицательное напряжение идеально. Однако при подключении нагрузки будет просадка, несмотря на заявленные 20 мА. Я попробовал нагрузить выход резистором 1 кОм (это 5 мА) — напряжение просело до -4,6 В. И это считается нормальным из-за высокого внутреннего сопротивления (55–100 Ом). В этом и заключается главный недостаток микросхемы — низкий выходной ток.
Тем не менее ICL7660 можно использовать для питания операционных усилителей, если на их выход не требуется подключать значительную нагрузку; особенно этому способствует большой диапазон входного напряжения.
MAX660 — это значительно более мощный и «продвинутый» аналог ICL7660, разработанный компанией Maxim Integrated в начале 1990-х. Радует то, что Maxim сохранил преемственность по цоколевке. Выходной ток здесь увеличен до 100 мА, причём просадок почти нет. Но есть и недостаток: входное напряжение составляет всего 1,5–5,5 В. Частота осциллятора — 10 или 80 кГц (выбирается). Второе назначение микросхемы — удвоение входного положительного напряжения.
Здесь вывод 1 (FC) служит для выбора частоты внутреннего генератора. Если он не подключен, частота составит 10 кГц — в этом режиме микросхема наиболее экономична, но может быть больше пульсаций. Если же вывод 1 замкнуть на землю, генератор переключится на 80 кГц; это более стабильный режим, хотя и более энергоемкий. Назначение остальных выводов аналогично ICL7660.
На фото выше приведено типовое включение микросхемы в режиме инвертора и в режиме удвоителя напряжения.
Если же требуется большой диапазон напряжений (как у ICL7660) и одновременно большой ток (как у MAX660), то стоит рассмотреть еще одну микросхему — LT1054 (от Linear Technology). Это еще более мощный и универсальный «наследник» серии 7660/660.
- Выходной ток: до 100 мА (как у MAX660).
- Входное напряжение: от 3,5 до 15 В (главное преимущество перед MAX660).
- Частота: ~25 кГц.
Цоколевка сохраняет преемственность с описанными ранее микросхемами, однако есть нюансы. Вывод 1 (REF) позволяет включать стабилизацию. Если стабилизация не нужна: просто оставьте Pin 1 никуда не подключенным (NC). Микросхема будет работать как обычный инвертор (аналогично ICL7660 или MAX660). Если стабилизация нужна: необходимо создать делитель напряжения между этим выводом (Pin 1), выходом (Pin 5) и входом обратной связи (Pin 6, Feedback). Микросхема будет сравнивать напряжение на Pin 6 с опорным на Pin 1 и подстраивать работу «зарядового насоса». Но стоит учитывать, что в режиме стабилизации нужно обеспечить входное напряжение хотя бы на пару вольт выше заданного. Вывод FB (Pin 6) в микросхеме LT1054 — это вход обратной связи. Именно он превращает простой инвертор в полноценный стабилизированный преобразователь. Если стабилизация не используется, вывод 6 оставляют неподключенным.
В общем, LT1054 — достаточно интересная микросхема, и её преимущества перед двумя остальными очевидны. Однако следует учитывать наши реалии: самой доступной (как по цене, так и по наличию) является ICL7660. MAX660 стоит значительно дороже. Обе микросхемы есть в «Чип и Дипе», а вот LT1054 у них нет. Эту модель можно разве что попытаться заказать у китайцев, осознавая все сопутствующие риски.