Умножитель напряжения – это «истинный» зарядовый насос. Когда уровень напряжения на выходе таймера 555 низкий, конденсатор C4 заряжается от источника питания через диод D1. Когда напряжение на выходе повышается, потенциал положительного вывода C4 также становится высоким (в идеальном случае до +24 В), и его заряд через диод D2 передается в конденсатор C5. Это очень распространенная схема, и она используется почти в каждом когда-либо произведенном драйвере затвора MOSFET верхнего плеча. В этих схемах C4 называется бутстрепным конденсатором. Инвертирующий преобразователь – это простой однополупериодный удвоитель отрицательного напряжения. Почему это удвоитель? Среднеквадратичное напряжение, подаваемое на конденсатор C4, равно половине напряжения питания (так что при скважности 50% это будет 6 В), и чтобы получить –12 В, используется удвоитель напряжения.
Стало общепринятым называть этот класс схем зарядовым насосом, независимо от его реального принципа действия. Нет необходимости использовать альтернативные названия, поскольку, хотя они (на мой взгляд) более описательные, термин «зарядовый насос» настолько распространен, что было бы неразумно пытаться его изменить. Аналогично, было бы неразумно пытаться использовать любую из схем для больших токов, поскольку небольшие модули импульсных преобразователей можно приобрести за очень небольшие деньги, если вам нужно больше 20 мА или если вам требуется разумная стабилизация напряжения.
Обе схемы показаны с конденсаторами по 100 мкФ, но их емкости можно увеличить. Выходной конденсатор (C5) является наиболее критичным, так как он определяет пульсации выходного напряжения. Используя 100 мкФ, вы можете ожидать довольно низких пульсаций при нагрузке 10 мА. Емкость более 220 мкФ вряд ли даст большой выигрыш. Ожидайте, что при емкости 100 мкФ пульсации составят менее 1.5 мВ (3 мВ для инвертирующей схемы). Конденсатор большей емкости также увеличивает среднее выходное напряжение для данной нагрузки, что может быть полезно.
Версия автоколебательного мультивибратора на таймере 555 с «минимальным количеством компонентов» будет немного менять частоту при изменении нагрузки. В основном это не имеет никакого значения, и именно поэтому я использовал его. Частота определяется формулой
где R и C – времязадающие компоненты.
Она неточна и, как уже отмечалось, будет меняться в зависимости от нагрузки. В идеале периоды «высокого» и «низкого» уровней должны быть одинаковыми, но, как вы, вероятно, понимаете, это мало влияет на работу схемы. Простые схемы (по определению) просты, и нет смысла пытаться сделать их идеальными. Ничто, построенное на таймере 555, не является идеальным – это универсальное, утилитарное устройство. Да, с помощью 555-го таймера можно добиться довольно высокой точности, но в основном нас это не очень волнует. Если бы нам действительно нужна была высокая точность, мы бы использовали что-то другое.