Estas tensiones se pueden generar fácilmente con un par de diodos y de capacitores, y una resistencia, alimentándolas desde pulsos obtenidos por ejemplo de un microcontrolador.
El circuito es el siguiente.
Como funciona?
Si hacemos un dibujo simplificado, durante el nivel alto del pulso de entrada (la tensión es aprox. 5V en un sistema con microcontrolador) la resistencia R1 queda a tensión de aprox. 5V, D2 queda polarizado en inversa por lo tanto no conduce, el circuito simplificado es el siguiente
El capacitor C2 se carga a través de R1 y D1 a una tensión de 5V menos la caída en D1, que para un diodo de silicio es aprox. 0,7V. O sea se carga aprox. a 4,3Vcc siendo positiva su placa marcada +.
Cuando el pulso de entrada va a cero, la placa marcada + de C2 queda a masa, a través de R1. En el lado - de C2 aparece entonces una tensión negativa respecto a masa (la tensión a la que se había cargado C2 en el techo del pulso), el D1 queda polarizado en inversa y el circuito simplificado es el siguiente.
Entonces el D2 conduce y parte de la energía almacenada en C2 de transfiere a C1, generando una tensión negativa, que idealmente (al cabo de varios ciclos que permitan completar la carga de C1) es de un valor igual al techo del pulso de entrada, menos la caída en los dos diodos del circuito, es decir menos aprox. 1,4V. para un pulso de 5V resulta una tensión de -3,6Vcc.
Un circuito de amplificador inversor, alimentado mediante una fuente con un circuito como el que analizamos es el siguiente.
Por una necesidad de diseño de un circuito real, los pulsos para generar V- son de 50Hz ¿se animan a deducirlo del circuito de la figura anterior? (el dibujo corresponde a una simulación en el Linear SwitcherCAD IV).
El operacional usado en la realidad es un OP77.
Lo que se evalúa habitualmente es si efectivamente la tensión negativa es suficiente para la aplicación, sencillamente con un multímetro, midiendo en el circuito real.
Un poco mas complejo es verificar si la corriente que tomamos de la salida del micro no es excesiva.
Para comprobarlo conectamos las puntas de un osciloscopio, CH1 en la entrada de pulso (unión de V1 y R4) y CH2 en la unión de R4 y C2. Elegimos 1V por división en ambos canales, configuramos para obtener una onda en pantalla, estable.
Luego elegimos modo matemático CH1-CH2 o bien en un osciloscopio analógico add con Ch2 invertido o CH1 sub CH2, según el osciloscopio.
En pantalla obtenemos entonces la caída de tensión sobre R4.
Medimos los picos de esa tensión, y dividiendo por 100 ohms obtenemos la corriente pico que el micro suministra.
El siguiente es el oscilograma obtenido para el circuito.
Calculando el pico de corriente como Ip+=720mV/100 ohms= 7,20mA ; Ip-=1240mV/100 ohms= 12,40mA
El microcontrolador usado es un 68HC908JK1 que admite +/-25mA de salida máximo.
El circuito de la fuente auxiliar se puede ensayar a mano, conectando el C2 (de las primeras figuras) a +5Vcc, midiendo las tensiones. Luego a masa, volvemos a medir y repetimos varios ciclos manualmente hasta que se estabilice la tensión en C1.
También se puede hacer el circuito y evaluarlo en el simulador. Verifiquen los parámetros para diferentes corriente de carga (conecten una resistencia en paralelo con C1) y para diferentes frecuencias de pulsos.
El circuito presentado es sólo UNA aplicación, los valores de los componentes deberán adecuarse a la necesidad. Por ejemplo para frecuencias mas altas de pulsos, el tamaño de los capacitores C1 y C2 puede reducirse mucho. (Verifíquenlo, para mantener una determinada corriente de fuente V-, con un cierto ripple, varíen la frecuencia en el simulador Y en un circuito real, y vean que valor de capacitores permite obtener el mismo ripple, a que frecuencias).
