Negative Spannung mit dem NE556           

von Michael Gaus                             
      
Elektronik-Labor  Literatur  Projekte  Lernpakete  Kalender  Schaltungswettbewerb


Hier wird mittels einer vom NE556 gesteuerten Ladungspumpe aus der 9V-Versorgungsspannung eine negative Spannung erzeugt. Die Schaltung eignet sich für Anwendungsfälle, bei denen nur eine positive Versorgungsspannung vorhanden ist, jedoch zusätzlich eine negative Hilfsspannung benötigt wird, die nur eine geringe Strombelastbarkeit in der Größenordnung von 1-2 mA erfordert Als Beispiele können z.B. genannt werden:
- LCDs, die eine leicht negative Kontrastspannung benötigen
- negative Hilfsspannung für OP-Schaltungen

Verwendet wurden die Bauteile des Adventskalenders plus ein Zusatzbauteil: Ein Elko mit 470 µF.

Für eine Ladungspumpe werden normalerweise zwei Dioden benötigt, die allerdings bei den Bauteilen des Adventskalenders nicht enthalten sind. Deshalb wurde hier ausprobiert, ob stattdessen auch zwei rote Leuchtdioden eingesetzt werden können. Als Einschränkung ergibt sich dann, dass an den LEDs gegenüber herkömmlichen Dioden mehr Spannung abfällt und somit die negative Ausgangsspannung betragsmäßig geringer ist, als bei Verwendung herkömmlicher Dioden.


Beschreibung des Schaltplans



Bei dieser Schaltung wird nur der erste der beiden im NE556 integrierten NE555 verwendet, beim zweiten ist der Reset fest auf Masse gelegt. Mit R1 und C1 wird ein symmetrisches Rechtecksignal mit einer Frequenz von ca. 720 Hz am Ausgang 5 des NE556 erzeugt. Bei High-Pegel am Ausgang wird der Kondensator C2 über die Leuchtdiode LED1 aufgeladen auf den Wert der Ausgangsspannung an Pin 5 abzgl. der LED-Spannung über LED1. Bei Wechsel auf Low-Pegel wird der Plus-Anschluss von C2 auf Massepotential geschaltet, sodass der Minus-Anschluss gegenüber Masse eine negative Spannung aufweist. LED1 sperrt dann, während der Kondensator C3 über die Leuchtdiode LED2 aufgeladen wird auf den Wert der negativen Spannung an C2 abzgl. der LED-Spannung über LED2.

Bei offenem Ausgang sieht man nach Anlegen der Batteriespannung ein kurzes Aufblitzen der beiden Leuchtdioden, bis der Kondensator C3 aufgeladen wurde. Als Ausgangsspannung U_neg wurde unbelastet eine Spannung von ca. -4,3 V gemessen.Um die negative Ausgangsspannung zu belasten, wurde eine Serienschaltung von einem 1 kOhm Widerstand und einer grünen LED angeschlossen, so wie es auch auf dem Aufbaufoto zu sehen ist. Aufgrund der negativen Spannung muss die Anode der LED dann an die Schaltungsmasse angeschlossen werden. Nun leuchten die beiden roten Leuchtdioden entsprechend der Umladevorgänge an den Kondensatoren. Aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges scheinen beide LEDs mit verminderter Helligkeit dauerhaft zu leuchten. Die negative Ausgangsspannung sinkt dann durch die Belastung mit der grünen LED etwas ab, es wurden ca. -3,5 V gemessen bei einem LED-Strom durch die grüne LED von ca. 1,6 mA.