使用示波器学习电荷泵的基本原理

电荷泵基于一个物理学的基本原理：在闭合电路中来回流动的电荷不会消失。

下面我们讲一下电荷泵升压的基本原理：

假如你用一个 9V 的电池给电容充电，那么电容两端的电压就是 9V。然后你拿另一个电容也同样充电到 9V。 然后你把这两个电容串联起来，你就得到了一个 18V 的电压。

上面就是电荷泵工作的基本原理：取两个电容器，分别给它们充电，然后将它们串联起来。

在实际工作的印制电路板（PCB）中我们没法用手去移动电容，即使真的能移动电容，雇一个人在每块电路板旁边移动电容也是不现实的。我们可以设计一种电路来模拟这种移动电容使之串联起来的过程。电路原理图如下：

电荷泵倍压原理图

图中 S1和 S2 是 7*7 六脚按键开关的不同引脚，按下后2-1，5-4 导通，抬起时2-3，5-6导通。这样就可以实现：按下后给 C2 充电，抬起时给 C1 充电。

7*7 六脚按键开关：

7x7 按键开关

按键开关 7x7插件无锁 蓝白黑

下图是笔者组装好后的电路：

电荷泵倍压电路

左边是输入，右边是输出，在此我们使用10V 的直流电压作为输入。示波器接地夹子接到右边输出的“输出地”上，示波器探头接到右边的“输出正”上。

第一次上电，未按下开关，此时C1充电，示波器显示，平均值 9.2V, 接近电源电压：

上电后输出电压接近输入电压

按下开关后，C2 充电，电压升高至19.6V, 约为两倍输入电压:

按下开关后输出电压为输入电压的两倍

但是这个电路有一个问题，就是接入负载后，输出电压会缓慢下降，我们接入 10k 的电阻来模拟接入负载的情况，下面是接入负载后的波形图：

接入负载后输出电压缓慢下降

那是因为电容存储的电量有限，被负载慢慢消耗掉了。 为了维持输出电压，我们可以快速地按动按键开关来反复地给电容充电来维持这个电压，这个动作实在是太累人了。当然，我们可以训练一只猴子让它在那儿一直按开关。但这也不是解决办法，每个电路板配一只猴子也未免太贵了了。我们有更好的解决办法，我们下回再讲。