單片機(jī)中兩種負(fù)電壓產(chǎn)生電路分析

負(fù)電壓的產(chǎn)生電路圖原理

在電子電路中我們常常需要使用負(fù)電壓，比如說(shuō)我們?cè)谑褂眠\(yùn)放的時(shí)候常常需要建立一個(gè)負(fù)電壓。下面就簡(jiǎn)單的以正5V電壓到負(fù)電壓5V為例說(shuō)一下它的電路。

通常需要使用負(fù)電壓時(shí)一般會(huì)選擇使用專(zhuān)用的負(fù)壓產(chǎn)生芯片，但這些芯片都比較貴，比如ICL7600，LT1054等。差點(diǎn)忘了MC34063了，這個(gè)芯片使用的最多了，關(guān)于34063的負(fù)壓產(chǎn)生電路這里不說(shuō)了，在datasheet中有的。下面請(qǐng)看我們?cè)?a target="_blank">單片機(jī)電子電路中常用的兩種負(fù)電壓產(chǎn)生電路。

現(xiàn)在的單片機(jī)有很多都帶有了PWM輸出，在使用單片機(jī)的時(shí)候PWM很多時(shí)候是沒(méi)有用到的，用它輔助產(chǎn)生負(fù)壓是不錯(cuò)的選擇。

上面的電路是一個(gè)最簡(jiǎn)單的負(fù)壓產(chǎn)生電路了。使用的原件是最少的了，只需要給它提供1kHz左右的方波就可以了，相當(dāng)簡(jiǎn)單。這里需要注意這個(gè)電路的帶負(fù)載能力是很弱的，同時(shí)在加上負(fù)載后電壓的降落也比較大。

由于上面的原因產(chǎn)生了下面的這個(gè)電路：

負(fù)電壓產(chǎn)生電路分析

電壓的定義：電壓(voltage)，也稱(chēng)作電勢(shì)差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場(chǎng)中由于電勢(shì)不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場(chǎng)力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。

說(shuō)白了就是：某個(gè)點(diǎn)的電壓就是相對(duì)于一個(gè)參考點(diǎn)的電勢(shì)之間的差值。V某=E某-E參。一般把供電電源負(fù)極當(dāng)作參考點(diǎn)。電源電壓就是Vcc=E電源正-E電源負(fù)。

想產(chǎn)生負(fù)電壓，就讓它相對(duì)于電源負(fù)極的電勢(shì)更低即可。要想更低，必須有另一個(gè)電源的介入，根本原理都是利用兩個(gè)電源的串聯(lián)。電源2正極串聯(lián)在參考電源1的負(fù)極后，電源2負(fù)極就是負(fù)電壓了。

一個(gè)負(fù)電壓產(chǎn)生電路：利用電容充電等效出一個(gè)新電源，電容串聯(lián)在GND后，等效為電源2，則產(chǎn)生負(fù)電壓。

1、電容充電：當(dāng)PWM為低電平時(shí)，Q2打開(kāi)，Q1關(guān)閉，VCC通過(guò)Q2給C1充電，充電回路是VCC-Q2-C1-D2-GND，C1上左正右負(fù)。

2、電容C1充滿(mǎn)電。

3、電容C1作為電源，C1高電勢(shì)極串聯(lián)在參考點(diǎn)。C1放電，從C2續(xù)流，產(chǎn)生負(fù)電壓。

當(dāng)PWM為低電平時(shí)，Q2關(guān)閉，Q1打開(kāi)，C1開(kāi)始放電，放電回路是C1-C2-D1，這實(shí)際上也是對(duì)C2進(jìn)行充電的過(guò)程。C2充好電后，下正上負(fù)，如果VCC的電勢(shì)為5點(diǎn)幾伏，就可以輸出-5V的電壓了。

產(chǎn)生負(fù)電壓(-5V)的方案

7660和MAX232輸出能力有限，做示波器帶高速運(yùn)放很吃力，所以也得用4片并聯(lián)的方式擴(kuò)流。

第一版是7660兩片并聯(lián)的。

用普通的DC/DC芯片都可以產(chǎn)生負(fù)電壓，且電壓精確度同正電壓一樣，驅(qū)動(dòng)能力也很強(qiáng)，可以達(dá)到300mA以上。

一般的開(kāi)關(guān)電源芯片都能產(chǎn)生負(fù)電壓，實(shí)在不行用開(kāi)關(guān)電源輸出的PWM去推電荷泵，也可以產(chǎn)生較大的電流，成本也很低，不知紋波要求多少，電荷泵用LC濾波之后紋波相當(dāng)小的。7660是電荷泵，

所以電流很小。

整個(gè)示波器的設(shè)計(jì)，數(shù)字電源的+5V和模擬電源的+5V是分開(kāi)供電的，但是數(shù)字地和模擬地應(yīng)該怎么處理呢?

數(shù)字地和模擬地是一定要連在一起的，不然電路沒(méi)法工作。

數(shù)字部分的地返回電流不能流過(guò)模擬部分地，兩個(gè)地應(yīng)該在穩(wěn)定的地參考點(diǎn)連在一起。

負(fù)電壓的意義

1、人為規(guī)定。例如電話(huà)系統(tǒng)里是用-48V來(lái)供電的，這樣可以避免電話(huà)線(xiàn)被電化學(xué)腐蝕。當(dāng)然了，反著接電話(huà)也是可以工作的，無(wú)非是電壓參考點(diǎn)變動(dòng)而已。

2、通訊接口需要。例如RS232接口，就必須用到負(fù)電壓。-3V～-15V表示1，+3～+15V表示0。這個(gè)是當(dāng)初設(shè)計(jì)通訊接口時(shí)的協(xié)議，只能遵守咯。PS:MAX232之類(lèi)的接口芯片自帶電荷泵，可以自己產(chǎn)生負(fù)電壓。

3、為(非軌到軌)運(yùn)放提供電源軌。老式的運(yùn)放是沒(méi)有軌到軌輸入/輸出能力的，例如OP07，輸入電壓范圍總是比電源電壓范圍分別小1V，輸出分別小2V。這樣如果VEE用0V，那么輸入端電壓必須超過(guò)1V，輸出電壓不會(huì)低于2V。這樣的話(huà)可能會(huì)不滿(mǎn)足某些電路的設(shè)計(jì)要求。為了能在接近0V的輸入/輸出條件下工作，就需要給運(yùn)放提供負(fù)電壓，例如-5V，這樣才能使運(yùn)放在0V附近正常工作。不過(guò)隨著軌到軌運(yùn)放的普及，這種情況也越來(lái)越少見(jiàn)了。

4、這個(gè)比較有中國(guó)特色，自毀電路。一般來(lái)說(shuō)芯片內(nèi)部的保護(hù)電路對(duì)于負(fù)電壓是不設(shè)防的，所以只要有電流稍大，電壓不用很高的負(fù)電壓加到芯片上，就能成功摧毀芯片。

審核編輯：湯梓紅

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