555タイマーICを使用した基本的な電圧ダブラ回路図

基本的な電圧ダブラ回路の作り方

記事の名前が示すように、今日この記事は、出力で入力に印加される電圧の2倍の電圧を与える回路の設計を支援することを目的としています。たとえば、電圧ダブラ回路に10Vの入力を供給すると、その出力で20Vが得られます。

これは、電圧変換にすぐに利用できる多くの回路の1つですが、かさばる変圧器を使用するのとは対照的に、電圧を2倍にする安価で効率的な方法です。小さなアプリケーションには不便な場合もあります。

これらの回路は、エネルギーを蓄積するためにコンデンサを使用し、ある種の整流回路です。スイッチングダイオードは一般にダイオードであり、MOSFETやBJTなどのより高価な対応物を使用する代わりに、コストを下げるのに役立ちます。

電圧ダブラ回路は、倍率器回路のファミリーの回路です。この記事では、555タイマーを使用して電圧ダブラ回路を作成する方法と、その他の重要なコンポーネントおよびそれらの簡単な説明を学習します。

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電圧ダブラ回路図

下の図に示すのと同じ方法で、コンポーネントを適切に接続します。

必要なコンポーネント

1. 555-タイマーIC
2. ダイオード– 1N4007
3. 抵抗器–10kΩおよび33kΩ
4. コンデンサ–22μFおよび0.01μF
5. 電源

555タイマーIC

555タイマーICは、さまざまな時間、パルス生成、および発振器のアプリケーションで使用される集積回路です。 1972年に発表された555タイマーICは、その非常に低価格で安定しているため、今でも広く使用されています。 555タイマーICのピン配列を以下に示します。

GND 接地基準電圧 トリガー 出力を制御します アウト リセット タイミング間隔をリセット CTRL 内部分圧器へのアクセスを提供します タイミング間隔をいつ停止するかに関するしきい値として機能します ディス コンデンサを放電するためのオープンコレクタ出力 正の供給電圧

555タイマーIC
ピン番号	ピン名	目的
1
2
3	V CCより約1.7V低く駆動されます または地面に
4
5
6	THR
7
8	V CC

タイマーICの動作には、双安定、単安定、非安定の3つのモードがあります。

• 双安定モードでは、回路は低状態と高状態の2安定状態信号を生成します。ローステート信号とハイステート信号の出力信号は、入力ピンをリセットしてアクティブにすることで制御されます。
• 単安定モードでは、タイマーがトリガーボタンの入力から指示を受け取ると、回路は単一のパルスのみを生成します。
• 非安定モードでは、ICの回路は、外部回路に接続されている2つの抵抗とコンデンサの値に基づいて正確な周波数の連続パルスを生成します。

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1N4007ダイオード

1N4007はPN接合整流ダイオードです。これらのタイプのダイオードは、一方向にのみ電流を流すことができます。 1N4007には、さまざまな実際のアプリケーションがあります。フリーホイールダイオードアプリケーション、電源、インバーター、コンバーターなどの汎用整流

アノード カソード

1N4007ダイオードのピン配列
ピン番号	ピン名	料金
1	+ Ve
2	-Ve

上の図は、1N4007の象徴的な画像と実際の画像を示しています。そのデバイスの電気的特性がわかっていると、電気回路のコンポーネントの理解が大幅に向上します。

1N4007電気的特性
パラメータ	値	単位
1.0Aでの順方向電圧	1.1	V
25°Cでの逆電流	5	μA
1.0MHzでの総容量	15	pF
75°での最大全負荷逆電流	30	μA
平均整流順方向電流	1	A
ピーク繰り返し逆電圧	1000	V

ダイオード1N4007の機能は次のとおりです。

• 低リーク電流
• 低い順方向電圧降下
• 高い前方サージ能力

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このダイオードには、組み込みシステムで多くの実際のアプリケーションがあります。特定のダイオードに関連する主要なアプリケーションのいくつかを以下に示します。

1. コンバーター
2. 組み込みシステムでの切り替え目的
3. フリーホイールダイオードアプリケーション
4. インバーター
5. 電源の一般的な電力調整
6. 逆電流を回避し、ArduinoやPICマイクロコントローラーなどのマイクロコントローラーを保護するため。

電圧ダブラ回路の動作

回路図に示されているように、回路は互いに補完し合う2つの部分で機能します。 555タイマーの使用を含む回路の最初の部分は、方形波のパルスを生成するために、非安定モードで使用されます。

回路の2番目の部分は、実際に電圧を2倍にし、回路図に示すように接続された2つのコンデンサと2つのダイオードで構成されています。 555タイマーには複数のモードがあり、本日、非安定マルチバイブレーターモードを使用することにしました。

このモードは、2つの抵抗とコンデンサの組み合わせを使用して約2KHzの方形波を生成するために使用できます。回路から、タイマーICのピン3の出力が低い場合、ダイオードD1が順方向にバイアスされ、コンデンサC3が充電されることがわかります。

コンデンサは電源から直接充電されるため、コンデンサも入力電圧に等しい電圧まで充電されます。タイマICからのパルスがハイの場合、ICのピン3はハイ出力を示します。これにより、ダイオードD1が逆バイアスになり、供給電圧とほぼ等しい電圧に充電されたコンデンサC3の充電がブロックされます。

ダイオードD1が逆バイアスされると、ダイオードD2が順方向にバイアスされ、コンデンサC4が充電されます。 C4コンデンサも、コンデンサC3に蓄積されたエネルギーで充電されます。これで、コンデンサC4は入力電圧の2倍の電圧になります。これは、最初に電源電圧に充電されたコンデンサC3からの2つのパスを介して充電され、もう1つのパスが電源を直接通過するためです。

理論的には、この回路の出力は入力の電圧の2倍に等しい電圧を出力に生成する必要がありますが、実際にはコンデンサの充電と放電は無損失プロセスでは、コンデンサに蓄積されたエネルギーが他のコンデンサに完全に伝達されず、コンデンサの充電も理想的ではありません。

5Vの入力電圧で行われた実験では、回路の出力は理論上の10Vではなく約8.7〜8.8Vです。

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短所

回路は入力電圧をその値の2倍に変換する簡単で簡単な方法ですが、欠点もあります。回路の長所と短所をすべて事前に知っておくと、結果を適切に分析できるようになります。欠点は以下のとおりです。

1. この回路は、低い値からより高い電圧を生成するための非常に便利なトリックですが、出力電流が50mA未満になるようにのみ使用できます。つまり、非常に低い定格電流を必要とするアプリケーションのみを駆動できます。
2. 出力にはコンデンサやダイオードなどのスイッチングデバイスの充電と放電が含まれるため、回路の出力は一般に不安定であり、レギュレータICを使用して出力波形を調整および平滑化できます。ただし、このICは独自の電流を消費するため、回路が電流通過の制限を超えて機能しないように、関連する計算と調整を行う必要があります。

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注意事項

回路を作成および操作する際には、いくつかの注意事項があります。それらは以下にリストされています。

1. タイマーICの制限により、回路の入力電圧は12Vより大きく3V未満にすることはできません。3〜12Vの電圧を選択すると、安全に動作し、コンポーネントに損傷を与えることはありません。
2. 前述のように、回路の動作はコンデンサの充電と放電に依存するため、回路は回路がすぐに必要な値の出力を提供しません。は供給電圧で接続されていますが、入力電圧の2倍に落ち着くまでにしばらく時間がかかります。
3. 負荷電流は、回路に依存する設定値を超えてはなりません。通常、50〜70mA程度の電流です。
4. コンデンサC4は電源電圧を2倍にするために充電されるため、この特定のコンデンサの電圧定格は、電圧定格が少なくとも供給電圧値に等しい。
5. 前述のように、回路の出力の電圧は、コンデンサの充電と放電に依存します。コンデンサの充電時間と放電時間は不規則に変化するため、正確な測定値が理論値に準拠していない可能性があります。コンデンサの充電と放電はエネルギー効率が良くなく、エネルギーがロックされたプロセスではないため、これはさらに加算されます。それは、彼のエネルギーが完全に伝達されておらず、損失をもたらすことを意味します。入力電圧が5Vの回路の出力値は約8.7Vになりますが、入力電圧が12Vの回路の出力値は約18〜20Vになります。

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