خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / آموزش ساخت مدار ژنراتور ولتاژ منفی با قطعات ارزان (منفی ساز ولتاژ)

آموزش ساخت مدار ژنراتور ولتاژ منفی با قطعات ارزان (منفی ساز ولتاژ)

اگر اهل پروژه های الکترونیکی باشید، دیر یا زود به ریل ولتاژ منفی نیاز پیدا می کنید. برای تامین ولتاژ منفی یا باید منبع تغذیه دو ریلی داشته باشید یا ژنراتور ولتاژ منفی . اگر بخاطر قیمت بالای راه حل اول، می خواهید سراغ راه حل دوم بروید با ساختنی همراه باشید. در این پست آموزش ساخت مدار ژنراتور ولتاژ منفی را یاد می گیرید که با منبع تغذیه تک ریل کار می کند.

این ژنراتور ولتاژ منفی قادر به تامین مقدار جریان کمی است. اگر روی خروجی از رگولاتور استفاده می کنید (مثل رگولاتور ۷۹۰۵) انتظار جریان بیشتر از ۴ تا ۵ میلی آمپر را نداشته باشید. اما اگر از رگولاتور استفاده نکنید (مثلاً در پروژه آپ امپ) می توانید بدون کاهش قابل توجه ولتاژ به جریان ۲۰ میلی آمپر هم برسید. وقتی از این ژنراتور ولتاژ منفی در پروژه های الکترونیکی استفاده می کنید، کمترین جریان ممکن را از دستگاه بگیرید تا ریل منفی مقدار ولتاژش را حفظ کند.

مدار ژنراتور ولتاژ منفی جای بهبود زیادی دارد. مثلاً می توانید با استفاده از دیود اسکاتی بجای سیلیکونی، ولتاژ خروجی را افزایش بدهید دلیلش این است که دیود اسکاتی، افت ولتاژ رو به جلوی کمتری دارد (کمتر از ۰٫۱ ولت) که باعث افزایش مقدار ولتاژ خروجی می شود.

قبل از اینکه سراغ آموزش ساخت مدار برویم، راجع بخش ها و قطعات اصلی مدار توضیح می دهیم. به این ترتیب ساخت مدار و اعمال تغییر در آن ساده تر می شود.

درباره تئوری خازن ها

خازن کوپلاژ یا کوپلینگ، خازنی است که سعی می کند ولتاژ روی ترمینال ها یا همان پایه هایش را ثابت نگه دارد. برای مثال اگر هر دو طرف خازن روی صفر ولت باشند و ولتاژ صفحه یک ناگهان به ۱۰V برسد، ولتاژ صفحه دیگر هم بلافاصله به ۱۰V افزایش می یابد. عکس این قضیه هم حاکم است؛ اگر ولتاژ صفحه یک از ۱۰V به ۰V برسد، صفحه دیگر هم سعی می کند ولتاژ را به ۰V برساند تا ولتاژ خازن ثابت بماند.

به دیاگرام بالا دقت کنید؛ وقتی صفحه چپ به ۱۰V تغییر می کند و صفحه دیگر ۰V باقی می ماند، تغییر منفی یک ولتاژ ۱۰V- ایجاد می کند. این فرایندی است که برای ایجاد ولتاژ منفی مورد استفاده قرار می گیرد. احتمالاً شما هم از خودتان می پرسید سمت چپ تا ۱۰V چطور شارژ کنیم که سمت راست هم ۱۰V شارژ نشود؟ برای اینکار از دیود استفاده می کنیم و نمی گذاریم صفحه دوم خودش را به ولتاژ صفحه اول برساند.

در ساختنی بخوانید :  آشنایی با تایمر ۵۵۵ – مدار اسیلاتور آستابل (بخش چهارم)

دیودها – حذف ولتاژ مثبت

همانطور که می دانید دیودها جریان را فقط در یک جهت از خود عبور می دهند. با استفاده از همین ویژگی دیود می توانیم یک خازن و دو دیود را طوری ترکیب کنیم که روی صفحه خازن، ولتاژ منفی ایجاد بشود.

وقتی ورودی از ۰V به ۱۰V افزایش می یابد، صفحه منفی C1 هم بخاطر خاصیت کوپلاژ سعی می کند خودش را به آن ولتاژ برساند. اما به محض رسیدن این صفحه به ۰٫۷V، دیود D1 فعال می شود و مانع از بیشتر شدن ولتاژ می شود. حالا که صفحه مثبت ۱۰V و صفحه منفی ۰٫۷V است، تفاوت بالقوه در صفحه ۹٫۳V می شود. وقتی صفحه مثبت به سرعت از ۱۰V به ۰V برسد، این تفاوت بالقوه ۹٫۳V بخاطر خاصیت کوپلاژ حفظ می شود. در نتیجه ولتاژ صفحه منفی به ۹٫۳V- می رسد. D1 هم بکار نمی افتد چون معکوس شده و در نتیجه این ولتاژ منفی در خازن باقی می ماند.
اما دیود D2 بکار می افتد چون آند (متصل به صفحه منفی C2) پتانسیل بیشتر نسبت به کاتد (متصل به ۹٫۳V-) دارد. در نتیجه ولتاژ صفحه منفی C2 آنقدر کاهش پیدا می کند که D2 از کار بیفتد (یا به عبارتی هدایت جریان را متوقف کند). D2 وقتی عبوردهی جریان را متوقف می کند که افت ولتاژش کمتر از ۰٫۷V بشود. این اتفاق وقتی می افتد که ولتاژ صفحه منفی C2 به ۸٫۶V برسد (۹٫۳ – -۰٫۷ = -۸٫۶V-).

اما اگر یک دستگاه خارجی بخواهد از ولتاژ منفی استفاده کند، ولتاژ ذخیره شده به سرعت تمام می شود.دلیلش هم کوچک بودن اندازه C1 و C2 و محدودیت های جریان درایور مدار است. راه حل این مشکل، اتصال یک اسیلاتور به ورودی است تا ولتاژ منفی مرتباً در C1 تولید بشود و C2 پر بماند.

C2 به عنوان دی کوپلار دستگاه خارجی عمل می کند و با استفاده از ولتاژ منفی، مقدار را تا حد ممکن ثابت نگه می دارد. در این ژنراتور ولتاژ منفی از خارن ۱۰uF به عنوان C1 و از خازن ۱۰۰uF به عنوان C2 استفاده شده است.

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت : با کارتن های دور ریختنی، لوستر مقوایی بسازید

اسیلاتور

اسیلاتور استابل 555
اسیلاتور استابل ۵۵۵
اسیلاتور شیمیت 74HC14
اسیلاتور شیمیت ۷۴HC14

اسیلاتور مدار ژنراتور ولتاژ منفی می تواند یک تایمر ۵۵۵ ساده یا یک میکروکنترلر باشد. اما بخاطر داشته باشید که مقدار ولتاژ منفی با حداکثر ولتاژ – حداقل ولتاژ اسیلاتور برابر خواهد بود. در این پروژه، از دو اسیلاتور مختلف استفاده می کنیم: یک استابل ۵۵۵ و یک اسیلاتور شیمیت مبتنی بر تریگر ۷۴HC14.

گام اول: وسایل مورد نیاز

مدار پمپ دیود

  • دو عدد دیود سیلیکونی جنریک
  • خازن الکترولیتی ۱۰uF
  • خازن الکترولیتی ۱۰۰uF

اسیلاتور ۵۵۵

  • آی سی تایمر ۵۵۵مقاومت ۵٫۶kΩ
  • مقاومت ۴۷kΩ
  • خازن ۱۰۰nF
  • خازن ۱۰nF
  • کمی سیم
  • برد بورد

اسیلاتور ۷۴HC14

  • آی سی ۷۴HC14
  • مقاومت ۵٫۶kΩ
  • خازن ۱۰nF
  • کمی سیم
  • برد بورد

گام دوم: مدار ژنراتور ولتاژ منفی را بسازید

شماتیک مدار ژنراتور ولتاژ منفی با تایمر 555
شماتیک مدار ژنراتور ولتاژ منفی با تایمر ۵۵۵
شماتیک مدار ژنراتور ولتاژ منفی با اسیلاتور 74HC14
شماتیک مدار ژنراتور ولتاژ منفی با اسیلاتور ۷۴HC14

تصویر اول شماتیک مدار ژنراتور ولتاژ منفی با تایمر ۵۵۵ و تصویر دوم شماتیک مدار با اسیلاتور ۷۴HC14 است. ساخت مدار بسیار ساده است و کمتر از یک ساعت طول می کشد. کارتان را با اسیلاتور شروع کنید و سپس مدار پمپ خازن را بسازید. اسیلاتور ۷۴HC14 فقط یک خازن و یک مقاومت دارد و اندازه آنها در گام قبلی آمده است. اسیلاتور تایمر ۵۵۵ از یک مقاومت ۵٫۶kΩ برای R1 و یک مقاومت ۴۷kΩ برای R2، یک خازن ۱۰nF برای C1 و یک خازن ۱۰۰nFبرای C2 استفاده می کند.

اگر اسیلوسکوپ دارید، می توانید با بررسی خروجی از کار کردن اسیلاتور مطمئن بشوید. اگر مولتی متر دارید، باید خروجی را با ولتاژ DC اندازه بگیرید. اگر خوانش ولتاژ نصف ولتاژ منبع تغذیه باشد، به احتمال زیاد اسیلاتور کار می کند. برای مثال اگر از منبع ۹ ولتی برای تغذیه مدار استفاده می کنید و اسیلاتور کار می کند، خروجی باید حدود ۴٫۵ ولت باشد. این اتفاق به این خاطر می افتد که مولتی متر چند اندازه گیری می کند و میانگین آنها را به عنوان مقدار نهایی نمایش می دهد. چون خروجی نصف اوقات روشن است، نصف مقدار میانگین در واقع نصف حداکثر مقدار است.

مدار با تایمر 555
مدار با تایمر ۵۵۵

تصویر بالا مدار ژنراتور ولتاز منفی با اسیلاتور ۵۵۵ است و سیم آبی سمت راست خروجی مدار است.

در ساختنی بخوانید :  با برد آردوینو دستگاه شمع سازی ساده اما کارآمد بسازید
تست مدار تایمر 555
تست مدار تایمر ۵۵۵

تست نشان می دهد که خروجی مدار ۷٫۲V- است. به خاطر افت دوبل دیود (۱٫۴V) و ولتاژ منبع ۸٫۵V به خروجی ۷٫۲V- رسیده ایم.

مدار با اسیلاتور 74HC14
مدار با اسیلاتور ۷۴HC14

تصویر بالا مدار ژنراتور ولتاز منفی با اسیلاتور ۷۴HC14 است و سیم آبی سمت راست خروجی مدار است.

تست مدار با اسیلاتور 74HC14
تست مدار با اسیلاتور ۷۴HC14

خروجی این مدار ۷٫۹۵V- است و از مدار تایمر ۵۵۵ بیشتر است چون اسیلاتور ۷۴HC14 از گیت اضافی برای ساخت درایور استفاده می کند. این درایور نسبت به تایمر ۵۵۵ جریان بیشتری تولید و سینک می کند و در نتیجه ولتاژ منفی بزرگتری تولید می کند. حواستان باشد تمام ورودی های بدون استفاده تراشه CMOS را به زمین وصل کنید.

مدار ژنراتور ولتاژ منفی آماده است

حالا یک مدار ژنراتور ولتاژ منفی دارید که می توانید با آن از منبع تغذیه تک ریلی، ولتاژ منفی بگیرید. این مدار کارکردهای زیادی دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می کنیم:

  • ساخت منبع تغذیه دوگانه تک ریل: با استفاده از رگولاتور و قطعات فیلترینگ می توانید یک منبع تغذیه دوگانه بسازید که ولتاژ باتری یا آداپتور دیواری را می گیرد و آن را به ۵V و -۵V تبدیل می کند. اگر ولتاژ ورودی زیاد باشد، می توانید لاین ۱۲V و -۱۲V هم بسازید.
  • پروژه های اپ-آمپ: بسیاری از پروژه های اپ-آمپ (از جمله سینی سایزرها) نیاز به ریل منفی دارند و شما می توانید از این مدار استفاده کنید.
  • پروژه های صوتی: قطعات صوتی مثل اسپیکر و دیسک پیزوالکتریک با استفاده همزمان از ولتاژ مثبت و منفی، کیفیت بهتری پیدا می کنند. می توانید این مدار را به منبع تغذیه اسپیکرهایی که می سازید، اضافه کنید.
  • ریل دوگانه پرتابل: اگر یک سیستم دارید که باید وزنش را به حداقل برسانید (مثلاً هواپیمای RC) و به ولتاژ منفی هم نیاز دارد، این مدار را بجای دو منبع تغذیه جداگانه استفاده کنید. اینکار وزن سیستم را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد.

منبع

خلاصه مطلب
آموزش ساخت مدار ژنراتور ولتاژ منفی با قطعات ارزان
عنوان مطلب
آموزش ساخت مدار ژنراتور ولتاژ منفی با قطعات ارزان
توضیح کوتاه
این مدار را می توانید به انواع دستگاه های الکترونیکی وصل کنید.
نویسنده
ساختنی
ساختنی

بیشتر بخوانید:

آموزش ساخت ماژول رله Latch با قطعات ارزان و در دسترس... در این ساختنی طرز ساخت ماژول رله Latch را یاد می گیرید. این ماژول رله در واقع ابزاری است که امکان استفاده از رله Non-Latch بجای رله Latch فشار قوی را ...
آموزش ساخت: مدار سوئیچ هوشمند با استفاده از آی سی تایمر 555... در ساختنی امروز قصد ساختن یک سوئیچ رله با استفاده از آی سی تایمر 555 را داریم.با استفاده از این مدار می توان کنترلی را بر روی یک دستگاه الکترونیکی به ...
با استفاده از تایمر ۵۵۵ یک آمپلی فایر بسازید... کافی است آمپلی فایر را در ساختنی جستجو کنید تا آموزش ساخت انواع آمپلی فایر ساده و پیشرفته را ببینید. امروز باز هم سراغ آموزش ساخت آمپلی فایر رفته ایم ...
مدار نشانگر پریدن فیوز بسازید و از دردسرهای بررسی فیوز خلاص شوید!... پریدن فیوز مشکلی است که همه ما حداقل یکبار با آن مواجه شده ایم.اما پیدا کردن فیوز، آن هم در تاریکی کار سخت و برخی اوقات خطرناک است.در این آموزش ساختنی...
مدار محافظ پمپ آب شناور مخصوص کولر، آکواریوم فواره بسازید... پمپ های آب فشرده و شناور معمولاً در خنک کننده های آبی، آکواریوم و فواره استفاده می شود. اگر پمپ این دستگاه ها خالی بشود و دستگاه همچنان روشن بماند، بر...
مدار الکترونیکی تست سرعت واکنش انسان با IC 555... امروز ساختنی می خواهد یک مدار الکترونیکی جالب و برای یک بازی هیجان انگیر را به شما معرفی کند.این مدار الکترونیکی بازی به شما کمک می کند که ببینید سرع ...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

با تایمر ۵۵۵ سوئیچ هوشمند بسازید و با کف زدن فعالش کنید

قبلاً در ساختنی یاد گرفته اید چطور چراغ ها را با کف زدن روشن کنید. …

پاسخ دهید