負電壓的案例
干貨｜-5V、-3V...這種負電壓是怎么產生的？
負電壓的產生電路圖原理
在電子電路中我們常常需要使用負的電壓，比如說我們在使用運放的時候常常需要給他建立一個負的電壓。下面就簡單的以正5V電壓到負電壓5V為例說一下他的電路。
通常需要使用負電壓時一般會選擇使用專用的負壓產生芯片，但這些芯片都比較貴比如ICL7600，LT1054等等。
下面請看在單片機電子電路中常用的兩種負壓產生電路。
現在的單片機有很多都帶有了PWM輸出，我們在使用單片機時，PWM很多時候是沒有用到的，用他輔助產生負壓是不錯的選擇。
上面的電路是一個最簡單的負壓產生電路了。使用的原件是最少的，我們只需要給他提供1kHZ左右的方波就可以了。
這里需要注意這個電路的代負載能力是很弱的，同時在加上負載后電壓的降落也比較大。
由于上面的原因產生了下面的這個電路：
負電壓產生電路分析
電壓的定義：電壓（voltage），也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功，電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。
說白了就是：某個點的電壓就是相對于一個參考點的電勢之間的差值。V某=E某-E參。一般我們把供電電源負極當作參考點。電源電壓就是Vcc=E電源正-E電源負。
想產生負電壓，就讓他相對于電源負極的電勢更低即可。
展開 碳化硅功率晶體的設計發展及驅動電壓限制
實際上除了少數應用的功率晶體在電路工作時，只有一次的開或關動作，能以直流電壓驅動外，大部份交換式電源供應器內用于主開關的功率晶體都會采用高頻交流電壓驅動。從實際測試的結果來看，當在不同的門極閾值電壓之下，會有不同的門極截止電壓設計要求：提供較低門極閾值電壓的碳化硅功率晶體的供應商，會建議截止時采用負電壓驅動，以避免橋式相連的功率晶體在上下交互導通及截止時，減少受到寄生電容效應及門極回路電感在門極端產生感應電壓而產生上下管間的誤導通及燒毀；反之對于具有較高門極閾值電壓的碳化硅功率晶體而言，并不需要采用負電壓驅動，使用負電壓驅動不僅會增加電路的復雜度，也會加大門極閾值電壓往上的漂移量，如圖8所示，使用較高的正電壓或負電壓時，隨著功率晶體使用時間的增加，門極閾值電壓往上漂移的增量會更明顯，進而造成功率晶體的通態電阻值隨著使用時間的累積而慢慢增加。各品牌碳化硅功率晶體的門極閾值電壓的漂移量都有不同的數值，用戶在選用碳化硅功率晶體時必須先避免過高的正負電壓對門極閾值電壓帶來的負面影響。
(a)
(b)
圖8 (a)正極性驅動電壓準位 (b)負極性驅動電壓準位與門極閾值電壓漂移大小關系
為了避免碳化硅功率晶體的門極閾值電壓在長時間的使用之下，產生過高的門極閾值電壓漂移，原則上，必須遵照資料手冊的建議值來使用及確認功率晶體的門極電壓值。
展開 AC/DC、DC/DC轉換器基礎指南
輸出電壓達到規定值后，開關元件即關閉，不再消耗輸入功率。
通過高速重復這一動作，將輸出電壓調節到規定值。
優點
缺點
效率高
發熱小
可實現升壓/降壓/負電壓的轉換
外置部件多
設計困難
噪音大
線性穩壓器的工作原理
一般的引腳構成
線性穩壓器基本上由VIN （輸入）、VO （輸出）、GND （接地）三個引腳構成。
在輸出可變的線性穩壓器上添加了用于反饋輸出電壓的FB（反饋引腳）。
簡單來說，電壓固定型是內置了電壓可變型的外接電阻的穩壓器。
內部電路
線性穩壓器的內部電路概要如下圖所示。
其工作原理與反相放大電路相同，誤差放大器的非反相引腳（FB）電壓與基準電壓 (VREF) 相同，因此輸出電壓值（VO）由兩個電阻（R1和R2）的阻值比決定。
Vo=[ (R1+R2) / R2 ] x VREF
下圖的輸出晶體管為MOSFET，不過也有使用雙極晶體管的產品。
線性穩壓器的分類
按功能分類
線性穩壓器按功能進行分類時，首先可分為正電壓用和負電壓用兩種。
根據使用電路不同，也有不需要正電源，而需要負電源的產品。
若只有正側電源，則不能處理接地電位以下的電壓，不能將晶體管的輸出引腳的電壓分配至負電平。將控制晶體管裝入負輸出線，從而產生負電壓。
【按功能分類】
其次，還可分為電壓固定型和電壓可變型兩種。固定型由輸入、輸出、GND三個引腳構成，內置有輸出電壓設定用電阻。
可變型為GND基準型時，添加反饋引腳變成四個引腳。
展開 分解開關電源中MOS管開關的全過程！
只需單電源即可提供導通時的正電壓及關斷時的負電壓。
占空比固定時，通過合理的參數設計，此驅動電路也具有較快的開關速度。
缺點：
由于變壓器副邊需要一個較大的防振蕩電阻，該電路消耗比較大。
當占空比變化時關斷速度變化加大。 脈寬較窄時，由于儲存的能量減少導致MOSFET關斷速度變慢。
有隔離變壓器互補驅動電路
優點：
電路簡單可靠，具有電氣隔離作用。當脈寬變化時，驅動的關斷能力不會隨著變化。
該電路只需一個電源，隔直電容C的作用在關斷時提供一個負壓，從而加速了功率管的關斷，有較高的抗干擾能力。
缺點：
輸出電壓幅值會隨著占空比變化而變化。當D較小時，負電壓較小，抗干擾能力變差，同時正向電壓高，應注意不要超過柵源允許電壓；當D大于0.5時，正向電壓降低，負電壓升高，應注意使其負電壓不要超過柵源允許電壓 。
此時副邊繞組負電壓值較大，穩壓二極管Z2的穩壓值為所需的負向電壓值，超過部分電壓降在電容C2上。
展開 
新能源汽車講解丨AC/DC、DC/DC轉換器基礎
通過控制元件降壓，因此輸入與輸出的電壓差（降壓程度）越大損耗就越大，效率也越低。
因此適用于小功率的電源。
開關穩壓器
接通開關元件（MOSFET），從輸入端向輸出端供電，直至輸出電壓達到所需電壓。
輸出電壓達到規定值后，開關元件即關閉，不再消耗輸入功率。
通過高速重復這一動作，將輸出電壓調節到規定值。
線性穩壓器的工作原理
一般的引腳構成
線性穩壓器基本上由VIN （輸入）、VO （輸出）、GND （接地）三個引腳構成。
在輸出可變的線性穩壓器上添加了用于反饋輸出電壓的FB（反饋引腳）。
簡單來說，電壓固定型是內置了電壓可變型的外接電阻的穩壓器。
內部電路
線性穩壓器的內部電路概要如下圖所示。
其工作原理與反相放大電路相同，誤差放大器的非反相引腳（FB）電壓與基準電壓 (VREF) 相同，因此輸出電壓值（VO）由兩個電阻（R1和R2）的阻值比決定。
Vo=[ (R1+R2) / R2 ] x VREF
下圖的輸出晶體管為MOSFET，不過也有使用雙極晶體管的產品。
線性穩壓器的分類
按功能分類
線性穩壓器按功能進行分類時，首先可分為正電壓用和負電壓用兩種。
根據使用電路不同，也有不需要正電源，而需要負電源的產品。
若只有正側電源，則不能處理接地電位以下的電壓，不能將晶體管的輸出引腳的電壓分配至負電平。將控制晶體管裝入負輸出線，從而產生負電壓。
【按功能分類】
其次，還可分為電壓固定型和電壓可變型兩種。固定型由輸入、輸出、GND三個引腳構成，內置有輸出電壓設定用電阻。
展開 河南大學Nano Energy: 基于摩擦納米發電機氣體放電的自驅動CO2氣敏傳感器
不同d下，TENG-GD在CO2負電壓氣體放電下的輸出電流曲線
(a) d=0 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(b) d=0.01 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(c) d=0.03 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(d) d=0.06 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(e) d=0.06 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線的放大圖；
(f) d=0.08 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(g) d=0.09 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(h) d=0.11 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
(i) d=0.12 mm時，TENG-GD的輸出電流曲線；
圖3. 在負電壓氣體放電下，TENG-GD在N2和CO2氣體中的放電特性及在N2、空氣、O2和CO2中的最大放電距離
(a) N2中放電電流隨d的變化曲線；
(b) CO2中放電電流隨d的變化曲線；
(c) 不同d時，CO2和N2的放電電流峰值曲線；
(d) 不同d時，CO2和N2的放電頻率曲線；
(e) 在三種放電模式：AC，正負電壓氣體放電下，在不同氣氛中的dmax。
圖4.
展開 三端穩壓集成芯片（78L05/78M05/79L05）
參數
符號
額定值
單位
功耗
P
0.75
W
輸入電壓
ViN
18
V
封裝電阻抗
θJA
150（TO-92）
℃/W
烙鐵焊接溫度
TSTG
260
℃
工作溫度
Tc
0 to +125
℃
存儲溫度
TSTG
-65 to +150
℃
靜電防護
VESD
2.7
KV
參數
符號
最小值
典型值
最大值
單位
輸出電壓
Vout
4.8
5
5.2
v
靜態電流
IQ
--
4.3
6
mA
空載最小輸入電壓
Vin(min)
--
6.1
6.4
v
最大輸出電流
IPK
--
150
--
mA
1）78L05和78M05的區別？
三端穩壓集成電路，L和M表示最大輸出電流不同：
78L系列的最大輸出電流為100mA ， 78M系列最大輸出電流為1A
2）78L05和79L05有何區別？
78L05和79L05都是三端集成穩壓器，78系列是正電壓輸出，79系列是負電壓輸出，L表示最大輸出電流是100毫安，05表示輸出電壓是5伏。
3）在何種情況下會對7805元件造成損壞？
展開 自舉電路可以增加輸入阻抗，你知道嗎？
我們可以粗略的把負載作為一個黑盒子來對待，所謂的輸入阻抗，就是計算輸入到這個黑盒子的電壓與電流的比值，比如下圖，輸入阻抗R=Vin/Iin。
2 從最簡單的射極跟隨器說起
下圖是一個射極跟隨器，就是輸出Vo=Vin（暫時不考慮三極管B極和E極之間的壓降）。
那么它的輸入阻抗是多少呢？
假設基極B有一個變換量△Vb，則在發射極E也有一個相應的變換量△Ve，而且二者接近相等，即
△Vb=△Ve
發射極電流的變化量是，
△Ie = △Vb/Ro,
三極管放大倍數為β，則基極B電流變化量
備注：Ie = Ib + Ic = Ib + βIb=（1+β）Ib
輸入阻抗為：
三極管放大倍數β很大，一般取100，所以Rin很大，這是它的優點，我們都希望輸入阻抗大一些。
其實，我們可以簡化分析過程，對于跟隨器，Vin=Vb=Ve，則流過基極B的電流變化為
電流很小，因此其阻抗是很大的，這個分析思路后面還會借鑒。
然而這個射極跟隨器它有一個巨大的缺點，該電路沒有偏執，輸出會有失真。
我們看下他的輸入和輸出波形，紅色是輸入，藍色是輸出，藍色峰值電壓略低于紅色輸入，這主要是三極管BE之間的壓降引起的，我們不考慮這個壓差。最大問題是藍色沒有負電壓，只有半波，失真了，沒有起到跟隨器的作用，因此，我們引入了分壓式放大電路，來解決這個失真問題。
3 分壓式共射放大電路
加微信：chunhou0820
獲取自舉電路仿真文件
分壓式共射放大電路全稱是分壓式負反饋共射放大電路，引入分壓式放大電路，提供一個直流偏執后失真就好很多了，R4，R3構成偏執電路，使得輸出波形在直流基礎之上擺動，避免了負電壓失真。
展開 【知識分享】信號振鈴是什么？如何產生的？
根據反射系數的公式，當信號感受到阻抗變小，就會發生負反射，反射的負電壓會使信號產生下沖。
信號在驅動端和遠端負載之間多次反射，其結果就是信號振鈴。大多數芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒有源端端接的情況下，必然產生信號振鈴。
信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設驅動端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆（可以通過改變PCB走線寬度，PCB走線和內層參考平面間介質厚度來調整），為了分析方便，假設遠端開路，即遠端阻抗無窮大。驅動端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一個，看看到底發生了什么？為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負載。（如下圖為反射示意圖）
第1次反射：信號從芯片內部發出，經過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實際加到PCB走線上的信號為A點電壓3.3*50/(10 50)=2.75V。傳輸到遠端B點，由于B點開路，阻抗無窮大，反射系數為1，即信號全部反射，反射信號也是2.75V。此時B點測量電壓是2.75 2.75=5.5V。
第2次反射：2.75V反射電壓回到A點，阻抗由50歐姆變為10歐姆，發生負反射，A點反射電壓為-1.83V，該電壓到達B點，再次發生反射，反射電壓-1.83V。此時B點測量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。
第3次反射：從B點反射回的-1.83V電壓到達A點，再次發生負反射，反射電壓為1.22V。該電壓到達B點再次發生正反射，反射電壓1.22V。此時B點測量電壓為1.84 1.22 1.22=4.28V。
第4次反射：。。。。。。。。。
第5次反射：。。。。。。。。。
展開 信號振鈴是什么？如何產生的？
根據反射系數的公式，當信號感受到阻抗變小，就會發生負反射，反射的負電壓會使信號產生下沖。
信號在驅動端和遠端負載之間多次反射，其結果就是信號振鈴。大多數芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒有源端端接的情況下，必然產生信號振鈴。
信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設驅動端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆（可以通過改變PCB走線寬度，PCB走線和內層參考平面間介質厚度來調整），為了分析方便，假設遠端開路，即遠端阻抗無窮大。驅動端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一個，看看到底發生了什么？為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負載。（如下圖為反射示意圖）
第1次反射：信號從芯片內部發出，經過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實際加到PCB走線上的信號為A點電壓3.3*50/(10 50)=2.75V。傳輸到遠端B點，由于B點開路，阻抗無窮大，反射系數為1，即信號全部反射，反射信號也是2.75V。此時B點測量電壓是2.75 2.75=5.5V。
第2次反射：2.75V反射電壓回到A點，阻抗由50歐姆變為10歐姆，發生負反射，A點反射電壓為-1.83V，該電壓到達B點，再次發生反射，反射電壓-1.83V。此時B點測量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。
第3次反射：從B點反射回的-1.83V電壓到達A點，再次發生負反射，反射電壓為1.22V。該電壓到達B點再次發生正反射，反射電壓1.22V。此時B點測量電壓為1.84 1.22 1.22=4.28V。
第4次反射：。。。。。。。。。
第5次反射：。。。。。。。。。
展開 WD78L05和WD79L05有何區別？
78L05和79L05都是三端集成穩壓器，78系列是正電壓輸出，79系列是負電壓輸出，L表示最大輸出電流是100毫安，05表示輸出電壓是5伏。
維得WD79L05的資料管腳圖
3端穩壓0.1A負電壓調節器
描述
WD79LXX系列是單片固定穩壓集成電路，適用于需要高達100mA電源電流的應用。
特性
輸出電流高達100mA
“固定輸出電壓-5v、-6V、-8V、-9V、-10V-12V，-15V和-18v可用
熱過載停機保護
“短路限流
三句口訣!教你正確判別78\79三端穩壓器管腳
口
訣
78輸出正，79輸出負。
1端接高位，2端為輸出。
看字腳朝下，1左3中杵。
——EEPW壇友@xqh518
開關電源中常見到的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78xx系列和負電壓輸出的79xx系列。故名思義，三端IC是指這種穩壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、 接地端和輸出端。它的樣子像是普通的三極管，TO-220的標準封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。
用78/79系列三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。
78/79系列三端穩壓IC有很多電子廠家生產，80年代就有了，但至今還是在開關電源中應用非常多。
有時在數字78或79后面還有一個M或L，如78M12或79L24，用來區別輸出電流和封裝形式等，其中78L系列的最大輸出電流為100mA，78M系列最大輸出電流為1A，78系列最大輸出電流為1.5A。它的封裝也有多種，詳見圖。塑料封裝的穩壓電路具有安裝容易、價格低廉等優點，因此用得比較多。79系列除了輸出電壓為負。引出腳排列不同以外，命名方法、外形等均與78系列的相同。
展開 SKY13330-397LF國產替代ATR5330 SPDT開關芯片
其內置負電壓發生器與解碼器設計，當外部未施加直流電壓時，可省去在射頻端口外接直流阻斷電容器的必要。
整個開關控制由單一電壓輸入（CTRL）驅動，根據控制引腳的邏輯電壓電平，RF1引腳將通過低插入損耗路徑連接至兩個射頻輸出端口（RF2或RF3）中的任一端口，而RF1與另一輸出端口之間的路徑則處于高隔離狀態。內置解碼器可為開關提供精確的邏輯信號。
通過將使能引腳連接至邏輯低電平可激活關機模式，該模式可將設備的整體電流消耗降至典型值5.5 μA。
芯片主要特征
頻率范圍：0.1GHz - 6GHz
寬電源電壓：2.3V - 5V
IP1dB=+38.5dBm
低插損：0.3dB@2GHz，0.6dB@6GHz
超低直流功耗：35uA
封裝小（QFN12 2*2)，成本低，無需外圍器件
基本應用原理圖：
展開 【ISSCC 2020】臺積電STT-MRAM技術細節
圖6.Rap和Rp的電阻分布間距在計入寄生電阻時變小
為了感測MTJ的電阻，必須在讀取期間將其兩端的電壓通過晶體管N1和N2鉗位到一個低值，以避免讀取干擾，并對其進行微調以消除感測放大器和參考電流偏移。參考電阻是1T4R配置R?（R p + R ap）/ 2 + R1T，如圖7所示。
圖7.具有微調能力的感測放大器顯示了晶體管N1和N2上的讀取鉗位電壓，以防止讀取干擾。參考R?（R p + Rap）/ 2 + R1T
如圖8，讀取時序圖和shmoo圖所示，這種配置在125°C時能夠實現小于10ns的讀取速度。
圖8. 125°C時的讀取時序圖和讀取shmoo圖。
MRAM寫入操作
低阻態Rp和高阻態Rap的MRAM寫入操作需要如圖9所示的雙向寫入操作。要將Rap狀態寫到Rp需要將BL偏置到VPP，WL到VREG_W0，SL到0以寫入0狀態。要寫入1狀態，將Rap變成Rp需要反方向的電流，其中BL為0，SL為VPP，WL為VREG_W1。
圖9.平行低電阻狀態Rp和高電阻反平行狀態Rap的雙向寫入
為了在260°C的IR回流焊中達到90秒的保留數據時長，需要具有高能壘Eb的MTJ 。這就需要將MTJ開關電流增加到可靠寫入所需的數百mA。寫入電壓經過溫度補償，電荷泵為選定的單元產生一個正電壓，為未選定的字線產生一個負電壓，以抑制高溫下的位線漏電。寫電壓系統如圖10所示。
圖10顯示了電荷泵對WL和BL/SL的過驅動以及溫度補償的寫偏置
在較寬的溫度范圍內工作時，需要對寫入電壓進行溫度補償。圖11顯示了從-40度到125度的寫入電壓shmoo圖，其中F/P表示在-40度時失敗，而在125度時通過。
圖11.顯示寫入期間溫度補償的要求。
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