負(fù)電壓的概念有時不如正電壓的概念直觀，也許這是因?yàn)樵S多低壓電子系統(tǒng)不使用負(fù)電壓電源緣故，或者是因?yàn)椤柏?fù)”電壓意味著電源具有“小于零”的能力來驅(qū)動電流通過電路。雖然許多有用的甚至高性能的器件可以在沒有負(fù)電壓的情況下設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，但了解負(fù)電壓是理解電壓的關(guān)鍵，大多數(shù)使用電子產(chǎn)品的人最終會遇到需要負(fù)電壓電源的電路。例如下圖：

同時使用正負(fù)電壓電源的B類音頻放大器原理圖

1、什么是負(fù)電壓?

從概念上講，負(fù)電壓是一個物理學(xué)名詞，電壓的大小是相對于選擇的參考而言的，當(dāng)實(shí)際電壓低于比較電壓時，電壓值為負(fù)。然而負(fù)電壓與正電壓沒有根本區(qū)別，兩者都表示相對于參考電位的勢能。如果電路節(jié)點(diǎn)相對于參考節(jié)點(diǎn)處于正電壓，并且當(dāng)我們用導(dǎo)線連接這兩個節(jié)點(diǎn)時，常規(guī)電流將從正節(jié)點(diǎn)流向參考節(jié)點(diǎn)。如果將負(fù)電壓的電路節(jié)點(diǎn)連接到參考節(jié)點(diǎn)，則常規(guī)電流將從參考節(jié)點(diǎn)流向負(fù)節(jié)點(diǎn)。但我們必須要注意，在低壓電子設(shè)計(jì)中，參考節(jié)點(diǎn)通常稱為“接地”，但把它比喻為“電路公共點(diǎn)”，這樣會更形象一點(diǎn)。

2、負(fù)電壓是如何產(chǎn)生的?

基本電路通常從未穩(wěn)壓電源開始，例如來自電池或墻上變壓器的電源，使用線性穩(wěn)壓器將其降至5 V或3.3 V。我們不能使用這種方法產(chǎn)生負(fù)電壓，不是因?yàn)樨?fù)電壓與正電壓有根本的不同，而是因?yàn)榫€性穩(wěn)壓器通過耗散能量來發(fā)揮作用。為了將正電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)電壓，我們可以使用也存儲能量的穩(wěn)壓器電路。

電容器和電感器是可以存儲能量的基本電子元件，都可用于產(chǎn)生負(fù)電壓。基于電容器的負(fù)電壓發(fā)生器屬于電源電路的“電荷泵”類別，基于電感的負(fù)電壓發(fā)生器屬于“開關(guān)模式”類別。基于電感的解決方案(也稱為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源)更為常見。

示例圖顯示了為兩個雙極結(jié)型晶體管(BJT)供電的正負(fù)電壓，可用于緩沖運(yùn)算放大器的輸出電流。

3、總結(jié)

雖然許多電子設(shè)備可以在沒有負(fù)電源電壓的情況下實(shí)現(xiàn)其所需的功能，但一些應(yīng)用顯著受益于“雙極性”電源的存在，即同時具有正負(fù)電壓軌的電源。例如，負(fù)電壓允許正弦信號擴(kuò)展到零以上和零以下，就像理論上的正弦波一樣，而具有雙極性電源的高功率放大器不需要(可能昂貴的)隔直電容。

審核編輯：湯梓紅