Gerando voltagens mais e menos para o amplificador operacional

Eu tenho o que provavelmente é uma pergunta simples. Eu pesquisei no Google, mas a resposta não faz sentido para mim.

Estou aprendendo sobre amplificadores operacionais e criando todos os tipos de circuitos com meus belos amplificadores operacionais de 10 centavos. Eu sempre energizo estas fontes do meu laboratório usando +/- 5V ou 15V e funciona muito bem na tábua de pão sem solda. Criar coisas simples, como multivibradores simples e assim por diante, que custariam apenas alguns centavos.

Agora começo a me perguntar como alimentar esses dispositivos a partir de uma única fonte de alimentação CC, como uma verruga de parede de 5V da qual tenho muitas por aí.

Aqui está o que eu encontrei.

OPÇÃO 1:

Use um "separador de trilhos" como o TLE2426. Mas o mais barato que posso encontrar no digikey na forma de furo passante é de US $ 1,83 (qty = 1). Mesmo? Mais de dez vezes o restante da minha lista de materiais (1 amplificador operacional mais alguns resistores e capacitores para criar um multivibrador, por exemplo).

OPÇÃO 2:

Use outro amplificador operacional como mostrado na seção "Virtual Ground" desta página: http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html

OPÇÃO 3:

Li em algum lugar on-line que você pode comprar amplificadores operacionais de fornecimento único. Eu procurei no digikey, mas não consegui encontrar um. Ele tem uma coluna chamada "Vsupply single / dual", mas todas as que eu clicou, quando fui para a folha de dados, os números citados nessa coluna eram as voltagens duplas +/-.

Conclusão

Observe que, para pequenos circuitos pontuais, não me importo em pagar US $ 2 por uma solução, mas certamente a Opção 2 não é a única outra solução? Nesse caso, de agora em diante, comprarei apenas amplificadores operacionais de estilo duplo (dois por pacote), pois parece que você sempre precisa de um para criar o terreno virtual para o outro. Certamente essa não é a única solução?

Além disso, a opção 2 não pode fornecer muita corrente, eu acho - isso significa que não funcionará em alguns casos? Em quais casos vou ter problemas com a opção 2?

As soluções mais baratas, supondo que você tenha apenas uma fonte, são redesenhar o circuito para que ele funcione a partir de uma única fonte ou gere a fonte negativa. Todos os amplificadores operacionais monolíticos que eu conheço realmente funcionam em uma única fonte - muito poucos têm um pino de aterramento, portanto, eles não sabem a diferença entre +/- 5V e uma única fonte de 10V. Eles conhecem (e não gostam) dos sinais abaixo da oferta negativa (ou positiva), ou até se aproximando dela em muitos casos. Eu sugiro que você olhe a folha de dados para o LM324que é o chamado amplificador operacional de fonte única, chamado porque a saída oscila próxima à fonte negativa (com uma carga na fonte negativa) e a faixa do modo comum de entrada inclui a fonte negativa. Existem muitos exemplos de circuitos operando com suprimentos únicos na folha de dados completa. Um divisor de trilho 'chip' é usado em nenhum deles, mas ocasionalmente é necessário um resistor extra ou dois.

Por exemplo, como você menciona um multivibrador:

O LM324 com um centavo ou dois por amp op pode não ser tão sofisticado quanto seus amplos amplos op de 10 centavos, mas é onipresente. Muitos dos circuitos são limitados pelo desempenho (francamente, não espetacular) desse amplificador operacional em particular, mas você pode substituir algo melhor, se quiser.

Isso simplesmente não é muito elegante em alguns casos, especialmente quando as coisas são acopladas à DC. Nesses casos, você pode produzir um suprimento negativo com um regulador de comutação barato ou um chip de bomba de carga como o 7660. Se você tiver um relógio disponível, uma bomba de carga poderá ser fabricada com uma saída digital, duas tampas MLCC e um diodo duplo .

"Um engenheiro pode fazer por um dólar o que qualquer tolo pode fazer por dois."

- Arthur Mellen Wellington

O método mais simples e que utilizei ocasionalmente é um divisor de resistor simples. Duas resistências iguais (4k7 ou mais) em série. O divisor se conecta à fonte de alimentação, digamos +5 VCC. O centro do divisor do resistor se torna um aterramento virtual, o ponto conectado a + 5VDC se torna + 2,5VDC e a outra extremidade -2,5VDC. Dependendo da aplicação, isso às vezes é viável, mas pode estar propenso a se desequilibrar. Experimente e veja se funciona no seu aplicativo. Adicionar um buffer de amplificador operacional no GND virtual pode ajudar a solucionar o desequilíbrio potencial.

Opção 4:

Use um conversor IC de voltagem para gerar uma voltagem mais alta e mais baixa do seu 5V.

Por exemplo, eu uso este pequeno circuito para alimentar OpAmps e comparadores de 5V sem problemas:

Isso gera uma tensão de aproximadamente 9,5V no terminal VA + e -4,7V no terminal VA- a partir de apenas uma fonte de 5V. Se você usar isso para alimentar opamps e usar o terra como terra de referência, obterá um suprimento assimétrico. Felizmente, a maioria dos opamps está perfeitamente bem com isso.

O IC pode ser substituído pelo ICL7660 mais barato ou similar. Os diodos podem ser qualquer diodo Schottky retificador ou mesmo silício. Apenas certifique-se de que leva 100mA contíguo e cerca de 800mA de corrente de pico.

Existem algumas outras opções. É tudo sobre custos e necessidades de energia.

1. Dobrador de voltagem - inversão: é um circuito dobrador de voltagem, mas em vez de dobrar a voltagem, ele inverte a polaridade. Esta é a opção que Nils Pipenbrink mostra em sua resposta. Existem vários CIs que farão isso com um custo mínimo. Vantagens: Geralmente barato. Simples de usar. Terra contínua (a terra da fonte é a mesma terra que o circuito usa). Desvantagens: Baixa capacidade de corrente (não pode obter muita corrente). Ruído de alta frequência (amplificadores operacionais têm PSRRs mais baixos para frequências mais altas).
2. Terra virtual - estilo de regulador linear: Dois reguladores lineares com polarização de modo a produzir entre eles uma tensão estável, virtual e intermediária do trilho. A discussão e a visão do circuito podem ser encontradas aqui . Vantagens: Maior capacidade de manuseio de corrente (cerca de 1,5 A ou mais, dependendo da topologia do circuito). Operação de baixa frequência (não produz ruído de alta frequência). Desvantagens: Terra não contínua (a terra do trilho virtual não tem o mesmo potencial que a fonte de tensão). Contagem alta de peças. Não é eficiente (mais atual, mais calor).
3. Aprenda a projetar com um único suprimento: não é realmente uma solução "divertida" ou "legal", mas existem vários métodos de combate ao ganho de corrente contínua em amplificadores operacionais. Exemplo da arte sem glamour .
4. Fontes de alimentação comutadas - inversão / transformador: Existem algumas topologias de energia comutadas que podem ser usadas. Eles variam de conversores cuk a SEPIC / Cuk a flybacks e topologias de meia e meia ponte (e tudo o mais [entre outros lugares que não a tecnologia linear tem soluções, eu estou familiarizado com isso]) . Vantagens:Manuseio de alta corrente (você pode realmente projetá-los com a corrente que precisar). Múltiplos não inteiros e todas as voltagens intermediárias (elas podem ser projetadas para gerar a voltagem de saída desejada [essa capacidade não se compara à criação de corrente, lembre-se de que a energia deve ser conservada]). Terra contínua (a terra da tensão de entrada pode ser igual à tensão de terra da energia de entrada [ou pode ser isolada pelo transformador]). Eficiente. Desvantagens: Complexidade do design (que também anda de mãos dadas). Contagem alta de peças. Difícil de testar, a menos que você apenas o construa. Tamanho (essas são, de longe, as áreas mais monótonas das soluções). Conteúdo de alta frequência (embora seja muito mais fácil filtrar com essas topologias, às vezes pode ser problemático).

Eu cobri tudo o que eu conseguia pensar e pensei em fazer minhas fontes de alimentação bipolares a partir de trilhos simples. Faça escolhas informadas, pesquise e LEIA AS FOLHAS DE DADOS (SIM, TODAS AS COISAS. TENHO MAIS PROBLEMAS DE NÃO LÊ-LAS DO QUE ESTÁ PERDENDO LENDO) .