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Da singola a duale

tensione singolare tensione duale

Come generare, partendo da una tensione singola a 5 volt, una tensione duale di ± 10 volt utilizzando pochissimi componenti. Capita spesso di avere bisogno di una tensione duale avendo a disposizione solamente una tensione singola. Pensiamo, ad esempio, ai circuiti con amplificatori operazionali che spesso vengono alimentati con una tensione duale. Anche in campo digitale molte volte è necessario avere a disposizione due tensioni di alimentazione, una negativa ed una positiva.

Tipico è il caso dei convertitori TTL/RS232 che, dovendo generare dei segnali di ampiezza compresa tra ± 10 volt, vanno alimentati con una tensione duale. In tutti questi casi bisogna ricorrere a circuiti di alimentazione più complessi, in grado di fornire le varie tensioni necessarie al funzionamento dei circuiti. Tuttavia, se la corrente assorbita sul ramo negativo non è elevata (come spesso accade), è possibile fare uso di particolari circuiti convertitori di tensione, campo nel quale la Maxim è sicuramente leader a livello mondiale. Proprio un integrato di questa Casa abbiamo utilizzato per realizzare il convertitore di tensione descritto in queste pagine. Si tratta di un minuscolo chip a 8 pin in grado di generare, partendo da 5 volt, una tensione duale di ± 10 volt.

Non solo una tensione negativa, quindi, ma due tensioni - positiva e negativa - con un potenziale doppio rispetto a quello di partenza! Il tutto senza ricorrere a strane induttanze ma semplicemente con quattro condensatori di modesto valore.

Questo circuito può trovare numerose applicazioni sia in campo digitale che analogico. La corrente disponibile in uscita è di circa 10 mA, più che sufficiente nella maggior parte dei casi. Diamo dunque un’occhiata più da vicino a questo circuito. All’interno dell’integrato sono presenti due convertitori capacitivi; il primo eleva da 5 a 10 volt la tensione continua di ingresso mentre il secondo trasforma questo potenziale da positivo a negativo. Entrambi gli stadi funzionano con una frequenza di clock di 8 Khz generata internamente all’integrato. Il segnale di clock presenta un duty-cycle esattamente del 50%. Durante la prima semionda gli interruttori S2 e S4 sono aperti mentre S1 e S3 sono chiusi; il condensatore C1 può dunque essere caricato dalla tensione di ingresso.

tensione_duale_progetto

Durante la seconda semionda S1 e S3 sono aperti mentre S2 e S4 sono chiusi. Durante questa fase la tensione di C1 si somma con quella di alimentazione e va a caricare C3: ai capi di questo condensatore troviamo perciò una tensione doppia rispetto a quella iniziale. Il funzionamento del convertitore negativo è altrettanto semplice. Questo stadio utilizza come tensione di ingresso quella presente all’uscita del primo convertitore (10 volt).

Durante la seconda semionda S6 e S8 sono aperti mentre S5 e S7 sono chiusi il che provoca la carica di C2 con una tensione positiva rispetto a massa. Durante la prima semionda, invece, S5 e S7 sono aperti e S6 e S8 sono chiusi determinando il trasferimento della carica di C2 in C4 e la conseguente generazione della tensione negativa. Gli interruttori elettronici implementati nel chip sono dei mosfet a canale P per quanto riguarda S1, S2, S4 e S5 ed a canale N nel caso di S3, S6, S7 e S8. Il circuito per funzionare, dunque, necessita unicamente di quattro condensatori elettrolitici montati all’esterno come indicato negli schemi; i quattro condensatori presentano una capacità di appena 4,7 microfarad.

L’integrato è in grado di operare con tensioni di alimentazione comprese tra 2 e 6 volt; ovviamente con tensioni inferiori ai 5 volt, la tensione duale di uscita si riduce in proporzione. L’impedenza di uscita è di 150 Ohm a cui corrisponde una corrente di oltre 10 mA per ramo a 10 volt. Il rendimento di conversione è di circa l’85%. Dal punto di vista fisico, il MAX680 è disponibile nella versione dual-in-line a 8 pin. Per realizzare il semplice circuito proposto in questo articolo è possibile utilizzare una basetta millefori anziché lo stampato riportato nelle illustrazioni. Il montaggio non presenta alcun problema, basta non inserire al contrario l’integrato o uno dei quattro condensatori. Questo circuito consente anche di verificare la corrente erogata in funzione del valore dei condensatori utilizzati nonché la tensione generata in uscita in funzione della tensione di alimentazione. In linea di massima la tensione duale di uscita presenta un potenziale doppio rispetto alla tensione di alimentazione.

L'integrato Maxim Max680

Questo integrato monolitico CMOS è in grado di generare, partendo da una singola tensione di 5 volt, una tensione duale di ben ± 10 volt senza l’impiego di strane induttanze o componenti difficilmente reperibili: gli unici componenti richiesti sono quattro condensatori di modesto valore. Con la tensione duale potremo alimentare tutte quelle apparecchiature, analogiche o digitali, che ancora oggi, nonostante l’evoluzione tecnologica, richiedono una doppia tensione di alimentazione quali gli amplificatori operazionali, i convertitori TTL/RS232 ed altri ancora.

max680_disposizione_terminali

Come si vede nello schema a blocchi, all’interno dell’integrato è presente un primo convertitore capacitivo che eleva da 5 a 10 volt la tensione; un secondo convertitore capacitivo consente, partendo da tale tensione, di ottenere i 10 volt negativi. Entrambi questi stadi funzionano con una frequenza di clock di 8 KHz. L’integrato è in grado di lavorare con tensioni di alimentazione comprese tra 2 e 6 volt; ovviamente con tensioni inferiori ai 5 volt, la tensione duale di uscita risulterà proporzionalmente più bassa.

max680_positive-negative_pump

L’impedenza di uscita di questo convertitore è di 150 Ohm. Ciò significa che il chip è in grado di erogare sulle uscite duali una corrente di circa 10 mA per ramo, corrente più che sufficiente nella maggior parte delle applicazioni. Il rendimento di conversione in potenza è dell’ordine dell’85%.

Il kit è disponibile da Futura Elettronica

 

 

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