Генерация плюс и минус напряжения для операционного усилителя

У меня есть, что, вероятно, простой вопрос. Я прогуглил это, но ответ не имеет смысла для меня.

Я изучаю операционные усилители и создаю всевозможные схемы с помощью моих хороших дешевых 10-процентных операционных усилителей. Я всегда питаю их от своего лабораторного источника, используя +/- 5 В или 15 В, и это прекрасно работает на макете без припоя. Создание простых вещей, таких как простые мультивибраторы и так далее, которые будут стоить всего несколько центов.

Теперь я начинаю задумываться о том, как питать такие устройства от одного источника постоянного тока, такого как настенная бородавка на 5 В, от которой я много лежу.

Вот что я нашел.

ОПЦИЯ 1:

Используйте «рельсовый разветвитель», такой как TLE2426. Но самый дешевый, который я могу найти на digikey в форме сквозного отверстия, составляет $ 1,83 (кол-во = 1). В самом деле? Более чем в десять раз больше, чем в моем списке материалов (например, 1 операционный усилитель плюс несколько резисторов и конденсаторов для создания мультивибратора).

ВАРИАНТ 2:

Используйте другой операционный усилитель, как показано в разделе «Виртуальная земля» на этой странице: http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html

ВАРИАНТ 3:

Я где-то читал в Интернете, что вы можете купить операционные усилители с одним источником питания. Я искал digikey, но не смог найти. В нем есть столбец под названием «Vsupply single / dual», но все те, на которые я щелкнул, когда я перешел к таблице данных, числа, указанные в этом столбце, были двойными напряжениями +/-.

Вывод

Обратите внимание, что для небольших одноразовых цепей мне не нужно платить 2 доллара за решение, но, конечно, вариант 2 - не единственное другое решение? Если это так, то теперь я буду покупать только операционные усилители с двумя стилями (два на пакет), так как, кажется, вам всегда нужен один для создания виртуальной площадки для другого. Конечно, это не единственное решение?

Кроме того, вариант 2 не может подавать большой ток, я думаю - значит ли это, что он не будет работать в некоторых случаях? В каких случаях я столкнусь с проблемами с Вариантом 2?

Самые дешевые решения, при условии, что у вас есть только один источник, - это перепроектировать схему, чтобы она работала от одного источника или генерировала отрицательный источник. Все известные мне монолитные операционные усилители будут работать на одном источнике - очень немногие на самом деле имеют заземляющий вывод, поэтому они не знают разницы между +/- 5 В и одним источником на 10 В. Они знают (и не любят) сигналы, идущие ниже отрицательного (или положительного) предложения, или даже приближающиеся к нему во многих случаях. Я предлагаю вам взглянуть на таблицу для LM324который представляет собой так называемый операционный усилитель с одним источником питания, так называемый, потому что выход качается близко к отрицательному источнику питания (с нагрузкой на отрицательный источник питания), а диапазон синфазного входного сигнала включает в себя отрицательный источник питания. В полной таблице данных приведено много примеров схем, работающих от одного источника. «Чип» разветвителя шины не используется ни в одном из них, но иногда требуется дополнительный резистор или два.

Например, как вы упомянули мультивибратор:

LM324 по цене от одной копейки до двух за операционный усилитель, возможно, не так хорош, как ваши дорогие 10-центовые операционные усилители, но он вездесущ. Многие схемы ограничены (честно говоря, не впечатляющими) характеристиками этого конкретного операционного усилителя, но вы можете заменить что-то лучше, если хотите.

Это просто не очень элегантно в некоторых случаях, особенно когда все связано постоянным током. В таких случаях вы можете создать отрицательный источник питания с помощью дешевого импульсного регулятора или микросхемы подкачки заряда, например 7660. Если у вас есть часы, можно сделать подкачку заряда с цифровым выходом, двумя колпачками MLCC и двойным диодом. ,

«Инженер может сделать за доллар то, что любой дурак может сделать за двоих».

- Артур Меллен Веллингтон

Самый простой метод, который я иногда использовал, - это простой резисторный делитель. Два равных сопротивления (4k7 или около того) последовательно. Делитель подключается через источник питания, скажем, +5 В пост. Центр делителя резистора становится виртуальным заземлением, точка, подключенная к + 5 В постоянного тока, становится + 2,5 В постоянного тока, а другой конец - 2,5 В постоянного тока. В зависимости от приложения, это иногда работает, но может стать неуравновешенным. Поэкспериментируйте с этим и посмотрите, работает ли он в вашем приложении. Добавление буфера операционного усилителя в виртуальный GND может помочь решить потенциальный дисбаланс.

Вариант 4:

Используйте ИС преобразователя напряжения, чтобы генерировать более высокое и более низкое напряжение от вашего 5В.

Например, я использую эту небольшую схему для питания операционных усилителей и компараторов от 5 В без каких-либо проблем:

Это создает напряжение приблизительно 9,5 В на клемме VA + и -4,7 В на клемме VA- только от источника 5 В. Если вы используете это для питания операционных усилителей и используете землю в качестве эталонного заземления, вы получите асимметричный источник. К счастью, большинство операционных усилителей прекрасно с этим справляются.

Микросхема может быть заменена на более дешевую ICL7660 или аналогичную. Диодами могут быть любые выпрямительные диоды Шоттки или даже кремниевые. Просто убедитесь, что он потребляет 100 мА непрерывно и около 800 мА пикового тока.

Есть несколько других вариантов. Это все о стоимости и потребностях в энергии.

1. Удвоитель напряжения - инвертирующий: это схема удвоения напряжения, но вместо удвоения напряжения он меняет полярность. Это вариант, который Нильс Пипенбринк показывает в своем ответе. Есть несколько микросхем, которые сделают это с минимальными затратами. Преимущества: как правило, дешево. Прост в использовании. Непрерывное заземление (заземление от источника питания - это то же заземление, что и схема). Недостатки: Низкая сила тока (он не может быть источником большого тока). Высокочастотный шум (операционные усилители имеют более низкие PSRR для более высоких частот).
2. Виртуальное заземление - линейный стиль регулятора: два линейных регулятора, которые смещены таким образом, что создают между собой стабильное, виртуальное напряжение в средней линии. Обсуждение и вид схемы можно найти здесь . Преимущества: повышенная пропускная способность по току (около 1,5 А или более в зависимости от реальной топологии цепи). Низкочастотный режим (он не производит высокочастотный шум). Недостатки: Непостоянное заземление (заземление виртуальной шины не соответствует потенциалу источника напряжения). Большое количество деталей. Не эффективно (больше тока, больше тепла).
3. Научитесь проектировать с помощью одного источника питания: на самом деле это не «забавное» или «крутое» решение, но есть несколько методов борьбы с усилением постоянного тока в операционных усилителях. Пример неуместного искусства .
4. Коммутируемые блоки питания - инверторный / трансформаторный: есть несколько топологий коммутируемой мощности, которые можно использовать. Они варьируются от конвертеров cuk до SEPIC / Cuk до обратных маршрутов и полных и полумостовых топологий (и все, что находится между [местами, кроме линейных технологий, имеют решения, я просто наиболее знаком с ними]) . Преимущества:Сильноточная обработка (вы можете на самом деле спроектировать их так, как вам нужно). Нецелые кратные и каждое напряжение между ними (они могут быть рассчитаны на создание любого выходного напряжения, которое вы хотите [эта способность не складывается с созданием тока, помните, что энергия должна сохраняться]). Непрерывное заземление (заземление входного напряжения может быть таким же, как и заземление входного напряжения [или оно может быть изолировано трансформатором]). Эффективное. Недостатки: Сложность дизайна (которая также идет рука об руку). Большое количество деталей. Трудно проверить, если только вы не построите его. Размер (это самая большая часть решений). Высокочастотный контент (хотя с этими топологиями фильтровать гораздо проще, иногда это может быть проблематично).

Я рассмотрел все, что мог придумать и о чем думал, когда делал свои биполярные блоки питания из отдельных рельсов. Сделайте осознанный выбор, проведите исследование и ПРОЧИТАЙТЕ ДАННЫЕ (ДА, ВЕСЬ ВСЕ. У меня было больше проблем не читать, чем я потерял время, читая их) .