電容器：負電壓發(fā)生器

該電路的瞬態(tài)仿真會產(chǎn)生具有熟悉模式的波形（圖2）;如果您花了一些時間在電子實驗室中試驗電路，您可能已經(jīng)看到了類似的東西。

顯然，我們已經(jīng)產(chǎn)生了負電壓。我不會稱之為負電壓電源，因為該電路不能產(chǎn)生穩(wěn)定的負電壓來為其他組件供電;然而，該仿真表明，負電壓并非僅由復(fù)雜電路產(chǎn)生的奇異現(xiàn)象。

考慮到這一點，這里到底發(fā)生了什么？一起來看看吧。

當源電壓從0V轉(zhuǎn)換到5V時，電容的左側(cè)也會轉(zhuǎn)換到5V;電容器的正源極端子和左側(cè)端子實際上是相同的節(jié)點，因此它們必須具有完全相同的電壓。圖中標記為V（load）的電容器右側(cè)端子的電壓跟蹤源電壓的上升沿，因為電容器對快速變化的電壓幾乎是“透明的”。

當源電壓穩(wěn)定在5V時，電容器充電。電容器現(xiàn)在的功能類似于開路，這意味著它可以阻止本來由源電壓提供的電流，并開始通過電阻放電。當源電壓轉(zhuǎn)換回0V時，電容器部分放電，這就是事情變得有趣的地方。

源電壓從5V跳升至0V，但電容兩端的電壓不能瞬時變化——電容需要時間來釋放其存儲的電荷。由于電容器的左側(cè)端子與電源的正極端子具有相同的電壓，因此電容器的右側(cè)端子必須快速降低5V，以使電容器兩端的電壓保持不變。如果電容器的右側(cè)端子為1.5V，并且必須降低5V，則只有一個地方可以去：進入負電壓區(qū)域。

正如我在前面的文章中所解釋的，正電壓和負電壓都為電流提供能量，但對于負電壓，電流從零伏參考節(jié)點流向負電壓節(jié)點。如果我在繪圖中添加電流跡線，我們可以在仿真中看到這種行為（圖3）。

在圖3中，請注意當負載電壓為負時電流為負。負電流并不意味著通過導(dǎo)體的電荷運動“小于零”。它只是意味著電流的方向與參考方向相反。在此仿真中，流過電阻器的電流定義為正電流，由于負V（負載）導(dǎo)致電流從接地節(jié)點流出，然后向上流過電阻器，LTspice將電流識別為負電流。

電容器和開關(guān)：負電壓電源

借助一些壓控開關(guān)和額外的電容器，我們可以將電容器轉(zhuǎn)換為負電壓發(fā)生器，產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓并為其他組件供電?？紤]圖4所示的電路;這是開關(guān)電容逆變器的LTspice版本。

圖5顯示了一個更簡化的邏輯示意圖示例?；舅枷胧俏覀儗㈦娙萜鳎–1）充電至輸入電壓（V在），斷開充電電容器與輸入電源的連接，然后將充電電容器連接到第二個電容器（C2），使C1的高壓端子與C2的接地端子配對。這種開關(guān)技術(shù)迫使C2的另一個端子的電壓降低V。在相對于地面的伏特。因此，輸出電壓變?yōu)樨撾妷簠^(qū)域。

簡化原理圖中顯示的數(shù)字逆變器可確保S1和S3導(dǎo)通，而S2和S4關(guān)斷，反之亦然。在我的LTspice電路中，兩個壓控開關(guān)由同一個方波控制。我只是通過定義兩個不同的軟件模型來強加正確的開/關(guān)關(guān)系：

1. SW1在“導(dǎo)通”狀態(tài)下具有低電阻，在“關(guān)斷”狀態(tài)下具有高電阻
2. SW2在“開啟”狀態(tài)下具有高電阻，在“關(guān)閉”狀態(tài)下具有低電阻

下面是LTspice原理圖中標記為反相的輸出電壓圖。

如果放大，我們可以在圖7中看到，電路需要一點時間才能將其泵送到負VIN

使用LTspice了解負電壓