Zasilanie 6 wzmacniaczy operacyjnych napięciem ujemnym z +12 V

Cześć,

Mam pytanie o propozycję, jak zasilić 6 wzmacniaczy operacyjnych z jednego napięcia +12 V. Chcę, aby wszystkie wzmacniacze operacyjne były zasilane "symetrycznie". Ale do dyspozycji mam tylko +12 V. Dodatkowo muszę zasilić układ ADAU1701 napięciem dodatnim +3.3V (to już LDO użyję).
Czy jest jakiś "prosty sposób, aby uzyskać ujemne napięcie o wydajności rzędu 300 mA?
Myślałem o inwerterach napięcia, ale większość ma małą wydajność.

Tani gotowy zasilacz z 230 V na 12 V, tylko może mieć śmietnik na wyjściu. Lub budować samemu inwerter np. na MC34063AN lub LM2574N-ADJG dostępnych np. tu: https://www.piekarz.pl - oba układy mają stopień wyjściowy ponad 0,3 A.

Przetwornicę obniżającą można użyć jako odwracającą, podłączając "masę" przetwornicy jako minus wyjścia, a wyjście przetwornicy do masy.

maciek.mr napisał:

Mam pytanie o propozycję, jak zasilić 6 wzmacniaczy operacyjnych z jednego napięcia +12 V. Chcę, aby wszystkie wzmacniacze operacyjne były zasilane "symetrycznie".
Czy jest jakiś "prosty sposób, aby uzyskać ujemne napięcie o wydajności rzędu 300 mA ?

Zależy co mają robić opampy.
Bardzo możliwe, że nie muszą być symetrycznie zasilane +/-12V.
Zasilanie symetryczne o wydajności 300mA jest potrzebne jak na wyjściach mają być napięcia stałe +/- 12V 300mA.

Opampy służa jako bufory wejsciowe sygnału audio. Amplituda rzedu 4,5V.
Pytanie, czy buck regulator nie wprowadzi jakiś dodatkowych zniekształceń?
W końcu działają na czestotliwości rzedu 1MHz i wiecej. Wprawdzie opampy mają działać
na wzmocnieniu < 1 (wejście odwracające), to pytanie czy nie spowoduje to ich wzbudzenie się?

maciek.mr napisał:

Opampy służa jako bufory wejsciowe sygnału audio. Amplituda rzedu 4,5V.

To naprawę musi być zasilanie symetryczne?

Odwrócony buck regulator, rozumiem, że coś takiego:

Rzeczywiście to działa w symulacji.

Czy musi byc symetryczne?
Ok może całośc układu rzuci większe światło na moje potrzeby.
Mam pojedyncze zasilanie 12-20V - jedynie z kondensatorem 1000uF na wyjściu
I teraz musze zasilić:
6 opampów - jako bfory wejściowe - aby sygnał wyjścowy był dobrze odwzorowany
1x pcm3070 - jako kontroler sygnału wejściowego
1xpcm5102 - jako sygnał wyjściowy juz do wzmacniacza
do tego zasilanie 3.3V cyfrowe do układu sterującego np, esp32 lub atmega
Chciałem odseparować zasilanie opampów od zasilania cyfrowego.
Całośc ma być przedwzmacniaczem

I tutaj powstało pytanie jak zrealizować zasilanie mając jedno źródło 12V?
I drugie pytanie, czy LDO maja być przy zasilaczu czy raczej przy układach?(odległośc zasilanie płytka przedwzmacniacza - 15cm)

Przy zasilaniu asymetrycznym 12V masz tak jakbyś zasilił symetrycznie +/- 6V. Potrzebujesz max amplitudę 4,5V to ile masz jeszcze zapasu do nasycenia? (w zależności od konkretnego układu operacyjnego może być ciut inaczej).
Unikasz w ten sposób przetwornicy która w sygnał audio może wprowadzić coś swojego.. ale musisz postarać się o sztuczną masę - czyli podać na wejście WO 1/2 napięcia zasilania.

Ale jak wprowadzę sztuczną masę, to może zadziałąć przy opampach, ale wtedy już zasilanie pcm3070 obciazy gałąź dodatnią (LDO na 3.3V)
I tu mam problem. Dlatego próbuję to jakoś obejść. Jakaś propozycja @398216 Usunięty ?
Ale końcówka mocy jest wzmacniaczach klasy D, to pytanie, czy taki buck może coś popsuć w sygnale?

To zasilanie PCM'a ma być symetryczne?

PCM ma tylko jedno zasilanie 3.3V. I ma wbudowany wewnątrz boost'a.

maciek.mr napisał:

Ale jak wprowadzę sztuczną masę, to może zadziałąć przy opampach, ale wtedy już zasilanie pcm3070 obciazy gałąź dodatnią (LDO na 3.3V)
I tu mam problem.

Nie wiem czym dobrze rozumiem twój problem, ale za zwyczaj sprzęga się takie stopnie przez kondensatory szeregowe. Poza tym chyba nie wsadzisz sygnału +/- 4,5V na układy zasilane z pojedynczego 3,3V ? Musisz gdzieś po drodze stłumić tą amplitudę.

Tak, ta amplituda wejsciowa jest tłumiona własnie przez bufory do apmplitudy max 2V.
Mój problem ze sztuczną masą to jak podciągnąć zasilanie 3.3V do innych układów, gdy mam sztuczną masę?
Chyba, że przekombinowałem i chodzi o to:

Ale pozostaje mi jeszcze TMUX4051 (przełacznik wejść), który potrzebuje zasilania symetrycznego +12 -12.
Jemu raczej sztuczna masa nie pomoże.

M.

maciek.mr napisał:

Ale pozostaje mi jeszcze TMUX4051 (przełacznik wejść), który potrzebuje zasilania symetrycznego +12 -12.Jemu raczej sztuczna masa nie pomoże.

Gzie to znalazłeś ?

maciek.mr napisał:

Mój problem ze sztuczną masą to jak podciągnąć zasilanie 3.3V do innych układów, gdy mam sztuczną masę?

Jak ma współpracować układ 3.3V z sygnałem audio (napięcie przemienne)

W układzie z postu #13 wprowadzisz na wyjście zakłócenia z zasilania

Sztuczna masa jak sama nazwa wskazuje jest wytworzona sztucznie, ale nie jest wbrew nazwie masą a potencjałem elektrycznym na poziomie 1/2 napięcia zasilania. Utrudnienie w wypadku dalszych stopni to pojemność sprzęgająca - dla odseparowania tego offsetu od sygnału zmiennego (sygnału audio) dla następnego stopnia układu.

Podsumowując zalety i wady:
1. Sztuczna masa:
- wszelkie zniekształcenia z zasilacza przeniesione będą na sygnał wejściowy (przy DAC/ADC może być kluczowe)
- brak możliwości wzmacniania sygnału stałego (to akurat w audio nie jest kluczowe)
- nie potrzebne jest zasilanie symetryczne

2. Odwrócony buck converter do uzyskania napięcia ujemnego
- szumy z konwertera mogą wpływać na sygnał wyjściowy
- nie musimy sprzęgać kolejnych stopni za pomocą kondensatorów (przesunięcie fazy?)
- mamy pełne zasilanie symetryczne dostępne
- potrzebujemy użyć więcej elementów el. - 3 scalaki (buck i 2 ldo)

Co do pierwszego możliwe zniekształcenia mnie "odrzucają",

Coś pominąłem

Ad. TMUX - może być zasilane napieciem dodatnim tylko

Sztuczna masa to tylko ustalenie punktu pracy wzmacniacza.

maciek.mr napisał:

Sztuczna masa:
- wszelkie zniekształcenia z zasilacza przeniesione będą na sygnał wejściowy

Nie będą przeniesione.

maciek.mr napisał:

- nie musimy sprzęgać kolejnych stopni za pomocą kondensatorów

Będzie za to składowa stała na wyjściu.

maciek.mr napisał:

- wszelkie zniekształcenia z zasilacza przeniesione będą na sygnał wejściowy (przy DAC/ADC może być kluczowe)

W poprawnie wykonanych projektach, to nie jest problem, napięcie z dzielnika się filtruje, sztuczna masa jest odsprzęgana do masy.

maciek.mr napisał:

- nie musimy sprzęgać kolejnych stopni za pomocą kondensatorów (przesunięcie fazy?)

Poprawnie dobrane kondensatory nie wprowadzają istotnego przesunięcia fazy w paśmie użytecznym. Poza tym w audio przesunięcie fazy nie ma znaczenia.

Zakładając, że zasilanie nie jest stabilne, tylko pływa o 0,5V z częstotliwością 10kHz, to powinienen zastosować takie zasilanie:

?
I teraz pytanie, czy to zastosować przy każdym opampie, czy zrobic jeden dzielnik napięcia i
podciągnąć do każdego opampa?

To kolejne pytanie jak podłączyc kolejny stopień opampa do tego powyższego?
Przez kondensator, czy bez na wejście nieodwracające? Zakładając, że pierwszy stopień
obniża sygnał a drugi go wzmacnia?(to pytanie już do innego układu)

maciek.mr napisał:

Zakładając, że zasilanie nie jest stabilne, tylko pływa o 0,5V z częstotliwością 10kHz

Nie ma takich zasilań.

maciek.mr napisał:

Zakładając, że zasilanie nie jest stabilne, tylko pływa o 0,5V z częstotliwością 10kHz

Duże te tętnienia, nie zaszkodziło by dodać filtr.

maciek.mr napisał:

?
I teraz pytanie, czy to zastosować przy każdym opampie, czy zrobic jeden dzielnik napięcia i
podciągnąć do każdego opampa?

Można jeden. Ze wzmacniaczem odwracającymi jest łatwo, bo do sztucznej masy nie płyną prądy. Z nieodwracającymi sztuczna masa wymaga bufora.
Rezystory R1 i R3 można zwiększyć nawet 100x, filtracja będzie lepsza bez zwiększania C3.

maciek.mr napisał:

Zakładając, że zasilanie nie jest stabilne, tylko pływa o 0,5V z częstotliwością 10kHz

Wzbudza się zasilacz.

Autor po prostu już się nastawił na rozwiązanie i będzie torpedować wszystkie inne pomysły poprzez wymyślanie kolejnych wad - wymyślanie; bo w rzeczywistości nie mających miejsca.
Z drugiej strony nie zauważa wad (lub je traktuje pobłażliwie) rozwiązania jakie sam wymyślił.
Pierwszy przykład na wady których nie ma to zasilanie - przecież chyba każdy elektronik wie, że są stabilizatory napięcia? Jakie więc tętnienia czy "pływanie" zasilania? Np, chyba, ze się nie stosuje zalecanej aplikacji i doprowadza do wzbudzenia stabilizatora... (chociaż tak naprawdę to rzadkie zjawisko i występujące raczej w wypadku zasilania układów cyfrowych).
A na potwierdzenie nie zauważania wad (zasilanie symetryczne z przetwornicy) - jaki brak kondensatora na wyjściu? W Audio? Brak kondensatora to przedostawanie się na kolejne stopnie offsetu napięcia stałego, a skoro już pojawi się napięcie stałe to będzie ono wzmacniane w kolejnych stopniach - nie jest to korzystne ani dla symetrii sygnału ani dla amplitudy, bo ogranicza dynamikę.
Nie wiem czym jest taka postawa wywołana, domyślam się jedynie, ze brakiem znajomości podstaw działania takiej sztucznej masy. Z drugiej strony to dość dziwne, bo przecież wyjaśnienia (przynajmniej te które powinny wyjaśnić podstawowe zasady) już przedstawiono.
Nie mnie jednak się tym martwić. Nie mój cyrk, nie mój problem.

@maciek.mr Możesz sobie z tego dzielnika zasilić jeden z opampów w trybie bufor i jego wyjście traktować jak sztuczną masę, cokolwiek wydajniejszą niż 3kom. Oczywiście kondensatorki obowiązują.

@398216 Usunięty nie wymyślam problemów, po prostu zasilanie tego układu może przyjść z dowolnego źródła i wcale nie jest powiedziane, że to źródło będzie stabilne. To może być 12 V z samochodowej zapalniczki, 12 V z zasilacza od laptopa (nie wiem, czy w pełni sprawny), itd. Dlatego dopytuję się o najlepsze rozwiązanie dla przypadków najbardziej skrajnych. Wiem, że mogę zastosować LDO, ale tutaj znowu w rachubę wchodzą ew. straty mocy na LDO. A mam za małe doświadczenie praktyczne, aby orzec, które rozwiązanie jest OK. Na portalu TI czytałem, że obecnie stosują przetwornice obniżające do zastosowań audio, więc pomyślałem "czemu nie?".

Idąc w kierunku sztucznej masy, to rozwiązanie wyglądałoby tak:



Kolejne stopnie sprzęgam za pomocą C i R.

maciek.mr napisał:

To może być 12 V z samochodowej zapalniczki, 12 V z zasilacza od laptopa (nie wiem, czy w pełni sprawny), itd. Dlatego dopytuję się o najlepsze rozwiązanie dla przypadków najbardziej skrajnych.

Czyli układ powinien się zaczynać zabezpieczeniami przeciwprzepięciowymi i filtrami, w samochodzie impulsowe przepięcia mogą dochodzić do 200 V, a niesprawny zasilacz od laptopa może mieć niesprawny układ stabilizacji (to właśnie się dzieje, kiedy zasilacz się wzbudza) i dawać przykładowo 30 V zamiast 12 V.

maciek.mr napisał:

Dlatego dopytuję się o najlepsze rozwiązanie dla przypadków najbardziej skrajnych. Wiem, że mogę zastosować LDO, ale tutaj znowu w rachubę wchodzą ew. straty mocy na LDO.

Straty mocy to iloczyn spadku napięcia i prądu, a jaki jest pobór prądu mają Twoje wzmacniacze operacyjne?

maciek.mr napisał:

Na portalu TI czytałem, że obecnie stosują przetwornice obniżające do zastosowań audio, więc pomyślałem "czemu nie?".

Oczywiście, że wszyscy stosują, ale bliskość obwodów generujących zakłócenia i wzmacniaczy nakłada wyższe wymagania na jakość projektu płytki drukowanej, no i same przetwornice muszą mieć dobrze zaprojektowane płytki, żeby poprawnie pracowały. Tu nie wystarczy, że tylko połączenia się zgadzają.

maciek.mr napisał:

Idąc w kierunku sztucznej masy, to rozwiązanie wyglądałoby tak:

Dlaczego tylko jeden stopień ma sztuczną masę? Podłączanie kondensatora na wyjściu wzmacniacza to nie jest takie proste, większość wzmacniaczy tego nie lubi.

maciek.mr napisał:

zasilanie tego układu może przyjść z dowolnego źródła i wcale nie jest powiedziane, że to źródło będzie stabilne.

A kto zasila układ przedwzmacniacza z niestabilizowanego napięcia?

maciek.mr napisał:

czytałem, że obecnie stosuja przetwornice step-down do zastosowań audio,

DO ZASTOSOWAŃ AUDIO... Te trzy słowa są istotą sensu całego zdania. Innymi słowy - nie każda przetwornica może się w takim zastosowaniu sprawdzić; wręcz można powiedzieć, że tylko nieliczne (specjalnie projektowane i wykonane do audio) mają szansę się sprawdzić bez problemów.

Ok, czyli rozumiem układ powinien wygladać tak:

Między wyjściem bufora U3 i kondensatorami C3 i C7 powinien znaleźć sie rezystor, dobrany w zależności od tego co piszą w dokumentacji wzmacniacza, o obciążeniach pojemnościowych.

@398216 Usunięty Nie musi być stabilizowane, bo wewnętrzne układy polaryzacji wzmacniacza operacyjnego są tak projektowane żeby wzmacniacz był odporny na zmiany napięcia zasilania. Ale dużych tętnień w zasilaniu przedwzmacniacza lepiej unikać, moze być niestabilizowane a filtrowane. Jednak niestabilizowane, a niestabilne, to coś zupełnie innego, niestabilne oznacza uszkodzony zasilacz, który generuje przebiegi zmienne, raz może dać 12V innym razem 30V, albo na przemian. Miałem do czynienia z chińskimi zasilaczami, w których po kilku miesiącach pracy napięcie tak wzrastało, więc nie są to hipotetyczne rozważania.

Współcześnie przetwornice stosuje się do zasilania wszystkich urządzeń, audio nie jest tu wyjątkiem, ani najtrudniejszym zadaniem, problem w tym że jak się pojawią problemy, to amator możne nie mieć aż tyle zapału i sprzętu aby je zwalczyć, często nie ma nawet oscyloskopu, a to absolutne minimum żeby cokolwiek z zakłóceniami zrobić. Jednak w dzisiejszych czasach to że on tam nie wsadzi przetwornicy, nie znaczy że nie będzie dziesięciu przetwornic w pobliżu, więc unikanie może wcale nie być skutecznym środkiem zapobiegawczym. Trzeba zachować rozsądek.

jarek_lnx napisał:

Ale dużych tętnień w zasilaniu przedwzmacniacza lepiej unikać, moze być niestabilizowane a filtrowane.

Źle się wyraziłem - właśnie o tętnienia mi chodziło. Chociaż nawet i wolno-zmienne zmiany wartości napięcia wskazane nie są.
A już zupełnym nieporozumieniem jest zasilanie PW z tego samego obwodu co wzmacniacz mocy bez stabilizacji.`
A co do przetwornic w audio. Podtrzymuję to co napisałem. Dlaczego? Bo współczesny amator w 99% przypadków sięga po przetwornice najtańsze a te sieją tak, że zakłócenia włażą na wszystko - w szczególności na układy o dużej czułości. Wyelimi9nowanie ich zajmuje (nawet doświadczonemu elektronikowi) więcej czasu niż zbudowanie całego urządzenia od nowa przy zastosowaniu konwencjonalnych zasilaczy. Należy też pamiętać że tego typu zakłócenia przenoszą się na czułe układy zarówno poprzez zasilanie jak i przez powietrze. Te dziesiątki przetwornic w okolicy znajduje się jednak w większej odległości niż ta wbudowana w układ i zakłócenia mogą wnikać jedynie drogą radiową; tak, że ten argument też nie tłumaczy polecania takich rozwiązań jako bezpieczne.