Generación de tensiones positivas y negativas para el amplificador operacional

Question

Tengo lo que probablemente sea una simple pregunta. He buscado en Google, pero la respuesta no tiene sentido para mí.

Estoy aprendiendo sobre los op-amps y creando todo tipo de circuitos con mis bonitos y baratos op amps de 10 céntimos. Siempre los alimento de mi fuente de laboratorio usando +/- 5V o 15V y funciona muy bien en la protoboard sin soldadura. Creando cosas sencillas como multivibradores simples y demás que sólo cuestan unos pocos centavos.

Ahora empiezo a preguntarme cómo alimentar estos dispositivos con una sola fuente de alimentación de CC, como un vertedor de pared de 5 V, del que tengo muchos por ahí.

Esto es lo que he encontrado.

OPCIÓN 1:

Utiliza un "divisor de rieles" como el TLE2426. Pero el más barato que encuentro en digikey en forma de agujero pasante es de 1,83 dólares (cantidad=1). ¿De verdad? Más de diez veces el resto de mi lista de materiales (1 op-amp más unas cuantas resistencias y condensadores para hacer un multivibrador, por ejemplo).

OPCIÓN 2:

Utilice otro op-amp como se muestra en la sección "Tierra virtual" de esta página: http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html

OPCIÓN 3:

He leído en algún sitio en internet que se pueden comprar op-amps de una sola fuente. He buscado en Digikey pero no he encontrado ninguno. Tiene una columna llamada "Vsupply single/dual" pero en todos los que pinché, cuando fui a la hoja de datos, los números citados en esa columna eran los voltajes duales +/-.

Conclusión

Tenga en cuenta que para pequeños circuitos puntuales no me importa pagar 2 dólares por una solución, pero seguramente la opción 2 no es la única solución. Si es así, a partir de ahora sólo compraré op-amps de estilo dual (dos por paquete), ya que parece que siempre se necesita uno para crear la tierra virtual para el otro. ¿Seguro que no es la única solución?

Además, la opción 2 no puede suministrar mucha corriente, creo, ¿significa eso que no funcionará en algunos casos? ¿En qué casos tendré problemas con la opción 2?

Answer 1

Las soluciones más baratas, suponiendo que sólo tienes una alimentación, son rediseñar el circuito para que funcione con una sola alimentación o generar la alimentación negativa. Todos los amplificadores operacionales monolíticos que conozco funcionan con una sola alimentación - muy pocos tienen una clavija de tierra, por lo que no conocen la diferencia entre +/-5V y una sola alimentación de 10V. Sí conocen (y no les gusta) las señales que van por debajo de la alimentación negativa (o positiva), o incluso se acercan a ella en muchos casos. Te sugiero que mires la hoja de datos del LM324 que es un op-amp de una sola fuente, llamado así porque la salida oscila cerca de la fuente negativa (con una carga a la fuente negativa) y el rango de modo común de entrada incluye la fuente negativa. Hay muchos ejemplos de circuitos que funcionan con una sola alimentación en la hoja de datos completa. En ninguno de ellos se utiliza un "chip" divisor de carril, pero ocasionalmente se necesitan una o dos resistencias adicionales.

Por ejemplo, como mencionas un multivibrador:

El LM324, a un centavo o dos por op-amp, puede no ser tan elegante como los caros op-amps de 10 centavos, pero es omnipresente. Muchos de los circuitos están limitados por el rendimiento (francamente, no espectacular) de ese op-amp en particular, pero puedes sustituirlo por algo mejor si quieres.

Eso no es muy elegante en algunos casos, especialmente cuando las cosas están acopladas a la CC. En estos casos, puedes producir una alimentación negativa con un regulador de conmutación barato o un chip de bomba de carga como el 7660. Si tienes un reloj disponible, puedes hacer una bomba de carga con una salida digital, dos tapas MLCC y un diodo doble.

"Un ingeniero puede hacer por un dólar lo que cualquier tonto puede hacer por dos".

- Arthur Mellen Wellington

Answer 2

El método más sencillo, y que he utilizado en alguna ocasión, es un simple divisor de resistencias. Dos resistencias iguales (4k7 más o menos) en serie. El divisor se conecta a través de la fuente de alimentación, digamos +5 VDC. El centro del divisor de resistencia se convierte en tierra virtual, el punto conectado a +5VDC se convierte en +2,5VDC y el otro extremo en -2,5VDC. Dependiendo de la aplicación, esto es a veces viable, sin embargo puede ser propenso a desequilibrarse. Experimente con ello y vea si funciona en su aplicación. La adición de un buffer op-amp en el GND virtual puede ayudar a resolver el desequilibrio potencial.

Answer 3

Opción 4:

Utiliza un IC convertidor de voltaje para generar un voltaje más alto y otro más bajo a partir de tus 5V.

Por ejemplo yo uso este pequeño circuito para alimentar OpAmps y comparadores desde 5V sin ningún problema:

Esto genera un voltaje de aproximadamente 9,5V en el terminal VA+ y -4,7V en el terminal VA- a partir de sólo una alimentación de 5V. Si usas esto para alimentar los opamps y usas tierra como tierra de referencia, obtendrás una alimentación asimétrica. Afortunadamente, la mayoría de los amplificadores ópticos son perfectamente compatibles con esto.

El CI puede ser sustituido por el más barato ICL7660 o similar. Los diodos pueden ser cualquier diodo Schottky rectificador o incluso de silicio. Sólo asegúrese de que toma 100mA contiguos y alrededor de 800mA de corriente de pico.

Answer 4

Hay algunas otras opciones. Todo depende del coste y de las necesidades de energía.

1. Doblador de tensión - Inversor: Es un circuito duplicador de tensión, pero en lugar de duplicar la tensión, invierte la polaridad. Esta es la opción que Nils Pipenbrink muestra en su respuesta. Hay varios circuitos integrados que lo harán con un coste mínimo. Ventajas: En general, es barato. Fácil de usar. Tierra continua (la tierra de la alimentación es la misma que utiliza el circuito). Desventajas: Baja capacidad de corriente (no puede suministrar mucha corriente). Ruido de alta frecuencia (los amplificadores operacionales tienen una menor PSRR para frecuencias más altas).
2. Tierra virtual - Estilo de regulador lineal: Dos reguladores lineales que están polarizados de tal manera que producen entre ellos un voltaje estable, virtual, de carril medio. La discusión y la vista del circuito se pueden encontrar aquí . Ventajas: Mayor capacidad de manejo de corriente (alrededor de 1,5A o más, dependiendo de la topología real del circuito). Funcionamiento de baja frecuencia (no hace ningún ruido de alta frecuencia). Desventajas: Tierra no continua (la tierra del carril virtual no está al mismo potencial que la de la fuente de tensión). Gran número de piezas. No es eficiente (más corriente, más calor).
3. Aprenda a diseñar con un solo suministro: No es realmente una solución "divertida" o "genial", pero hay varios métodos para combatir la ganancia de CC en los op amps. Ejemplo del arte poco glamuroso .
4. Fuentes de alimentación conmutadas - Inversor/Transformador: Hay unas cuantas topologías de alimentación conmutada que se pueden utilizar. Éstas van desde cuk convertidores a SEPIC/Cuk a los flybacks y a las topologías de puente completo y medio puente (y todo lo que hay en medio [otros lugares además de la tecnología lineal tienen soluciones, sólo que estoy más familiarizado con éstas]) . Ventajas: Manejo de altas corrientes (en realidad se pueden diseñar para cualquier corriente que se necesite). Múltiplos no enteros y todos los voltajes intermedios (se pueden diseñar para hacer cualquier voltaje de salida que quieras [esta capacidad no se acumula con la creación de corriente, recuerda que la energía debe conservarse]). Tierra continua (la tierra de la tensión de entrada puede ser la misma que la tensión de tierra de la potencia de entrada [o puede ser aislada por un transformador]). Eficiente. Desventajas: Complejidad de diseño (que también va de la mano con). Alto número de piezas. Difícil de probar a menos que lo construyas. Tamaño (son, con diferencia, las soluciones que más superficie acaparan). Alto contenido de frecuencia (aunque es mucho más fácil filtrar con estas topologías, a veces puede ser problemático).

He cubierto todo lo que se me ocurrió y que se me ocurrió al hacer mis fuentes de alimentación bipolares de rieles simples. Tome decisiones informadas, investigue, Y LEER LAS HOJAS DE DATOS (SÍ, TODO. HE TENIDO MÁS PROBLEMAS POR NO LEERLAS QUE POR EL TIEMPO PERDIDO LEYÉNDOLAS) .