Jak uzyskać zasilanie symetryczne ±5 V, 500 mA z pojedynczego DC, bez szumów przetwornicy?

Może mi ktoś podpowie jak najsensowniej zrobić zasilanie symetryczne DC z dodatniego DC.
Ogólnie zamysł jest taki, że albo z akumulatora albo z zasilacza laboratoryjnego mam napięcie 2,5x wyższe od symetrycznych. I chciałbym uzyskać 500 mA symetrycznego np. +/-5 V lub więcej.
Przejrzałem rozwiązania, ale nie czuję jak to zrobić. Z tego co widzę rezystory dzielnika odpadają z powodu mocy. Może robi się wirtualną masę w jakiś inny prosty sposób lub w miarę tanim scalakiem.
Będę wdzięczny np. za schemat.

Będę potem to gładził z szumów stabilizatorami LDO, więc to dodatkowe utrudnienie aby nie była to jakaś szalejąca szumami przetwornica.

Dwa liniowe regulatory równoległe, ale to są duże straty mocy.

Jak rozumiem pomysł jaki sugerujesz, to "sztuczna masa" skoro mówisz o dzielniku rezystorowym.
Można to ulepszyć dając wtórnik, który ma mniejszą rezystancję wyjściową:

Jest sporo wzmacniaczy operacyjnych, które potrafią obsługiwać całkiem spore prądy, https://www.ti.com/product-category/amplifiers/op-amps/power/overview.html

Ale to ciągle chyba sięganie lewą ręką do prawej kieszeni, może jednak po prostu konwerter na napięcie ujemne?
https://mikrokontroler.pl/2016/06/19/sztuka-generacji-ujemnych-napiec/

Może nie operacyjny, a akustyczny przeznaczony do głośnika? Tylko może nieco inaczej podłączone wejście - ale to trzeba zrobić przegląd dostępnych.

Semiconductors Bank ma tanio (poniżej 1 zł/szt. przy kupnie 5) TDA2006: wejście różnicowe, prąd polaryzacji wejść 0,2 uA (max. 3 uA), zewnętrzne sprzężenie zwrotne (czyli potrzebne będą 3 oporniki - VGND do "-" poprzez R/2, może R=30 kΩ), dopuszczalna moc strat 20 W - chyba powinien się nadawać, ale nie wiem, czy zasilanie 10 V mu wystarczy. TDA2003 jest droższy i może nie pasować - ma wewnętrzne sprzężenie zwrotne i na wyjściu daje zwykle nieco mniej, niż połowa napięcia zasilania, może mieć spore odchylenie i nie bardzo wiadomo, jak to korygować i na ile to będzie pływać, za to działa od 8 V. TDA2030 - cena podobna, jak TDA2003, wejście różnicowe, zewnętrzne sprzężenie zwrotne, nie wiadomo, jak z działaniem przy zasilaniu poniżej 12 V. LM1875 - wejście różnicowe, powinien działać od 9 V - lepszy, ale znacznie droższy od tych TDA (około 12 zł na Piekarz.pl).

Najprościej i najskuteczniej będzie zrobić to na tak zwanym aktywnym dzielniku napięcia. Taki dzielnik, jak nazwa wskazuje, dzieli napięcie wejściowe na dwa symetryczne napięcia. Tranzystory wyjściowe trzeba dobrać takie, żeby obsłużyły potrzebne prądy (500 mA). Wzmacniacz operacyjny powinien być z takich, co dobrze pracują przy pojedynczym i niskim napięciu (np. LM258, 358). Zasilacz wejściowy powinien mieć więc napięcie dwa razy wyższe (10 V) i prąd co najmniej taki, jak potrzebujemy (500 mA). Brak impulsowych zakłóceń zapewni tylko jakiś analogowy zasilacz. Przykładowy schemat dzielnika załączam w pliku.

To jest dokładnie taka sama zasada działania, co układ z postu #3, tylko wzbogacony o stopień wyjściowy push pull (tranzystory T1, T2) i ustalenia punktu ich pracy (R22, R23, D5, D6) aby móc uzyskać odpowieni prąd wyjściowy.
Moim zdaniem jednak prościej wziąć wzmacniacz operacyjny mocy, który od razu zapewnia obsługę odpowiednich prądów.
Pomysł z użyciem układu audio typu LM1875 też ciekawy, bo to w sumie właśnie taki wzmacniacz operacyjny.

Tu 500mA raczej nie wyjdzie, ale faktycznie zastąpienie bipolarów mosfetami powinno pomóc - dość popularne w necie.
Tu masz przykład zasymulowany przeze mnie w LTspice'ie.

Obciążeniem źródła pasywne impulsowe "wredne" ze zboczami 1µs/1ns.
Na mniejsze prądy są gotowe dedykowane układy scalone np. TLE2426.

Wzmacniacz push-pull z MOSFET-ami działającymi w układzie wtórników bez polaryzacji bramki? To daje dobrych kilka V zakresu napięć na wyjściu wzmacniacza operacyjnego, w którym oba MOSFET-y są wyłączone - to oznacza generowanie zakłóceń, gdy prądy z '+' i do '-' są prawie równe.

Wzmacniacze operacyjne mocy jakieś istnieją, ale nie w ofercie większości sklepów - może niełatwo będzie jakiś kupić. Dlatego sugeruję użycie wzmacniacza mocy audio.

gklub napisał:

Tu masz przykład zasymulowany przeze mnie w LTspice'ie.

Co to za artefakty?

Jak już masz symulację w LTspice wypadałoby puścić analizę małosygnałową w dziedzinie częstotliwości i jak zwykle by się okazało, że jednak sterowanie mosfetami bezpośrednio z opampa to zły pomysł.

strikexp napisał:

Może mi ktoś podpowie jak najsensowniej zrobić zasilanie symetryczne DC z dodatniego DC.
Ogólnie zamysł jest taki, że albo z akumulatora albo z zasilacza laboratoryjnego mam napięcie 2,5x wyższe od symetrycznych. I chciałbym uzyskać 500 mA symetrycznego np. +/-5 V lub więcej.

strikexp - napisz do czego to potrzebujesz.

strikexp napisał:

Może robi się wirtualną masę w jakiś inny prosty sposób lub w miarę tanim scalakiem.

Wirtualna masa nie potrzebuje Rw na 500mA.

Buduję własny bardzo dokładny woltomierz, więc potrzebuję bardzo małych tętnień i zasilania symetrycznego do wzmacniaczy (bazuję na tak działającym projekcie).
Na razie to taka wstępna wersja, gdzie zamierzam np zasilanie zrobić samemu aby się czegoś nauczyć o tętnieniach które są w niektórych tematach ogromnym problemem.

Z układami sztucznej masy można trzeba uważać na obciążenia pojemnościowe. Wzmacniacze obciążone kondensatorem lubią się wzbudzać, a w obwodzie zasilania zazwyczaj oczekujemy kondensatora.

@gklub jakie ustawiłeś parametry wzmacniacza i ESR kondensatorów?

Jak na obrazku, opamp klasy 1,50zł, elektrolity Nichicon z katalogu LTspice'a.

Już później pomyślałem, że woltomierz nie potrzebuje dużego zasilania.
Jeśli niskoszumne zasilanie to podwójny zestaw NiCd da i stabilność i najniższe szumy.
Rezystancja wewnętrzna też rzędu mΩ.
https://tf.nist.gov/general/pdf/1133.pdf w załączniku.
Nie sprawdzałem, który to rok publikacji - możliwe, że są bardziej aktualne.
>>21791081
Zgoda, tak uproszczony układ słabo spełnia warunki "niskoszumne" - sporo zależy od obciążenia zasilacza.
Wybierałem tranzystory z małym ładunkiem bramki.
Przetestowałem też z polaryzacją wstępną.

Jest jeszcze za ok. 50zł opamp 0,5A OPA547.

strikexp napisał:

Buduję własny bardzo dokładny woltomierz, więc potrzebuję bardzo małych tętnień i zasilania symetrycznego do wzmacniaczy (bazuję na tak działającym projekcie).

Do tego nie jest potrzebna wirtualna masa o Rw pod 500mA.

gklub napisał:

Już później pomyślałem, że woltomierz nie potrzebuje dużego zasilania.

No i tu się mylisz, myślisz że multimetry laboratoryjne są zasilane z sieci dla jaj. I filtrują potem te wszystkie zakłócenia sieci też dla jaj?
Ogólnie to na tym precyzyjnym zasilaniu musi być tylko część analogowa. Ale ta jak patrzyłem też trochę pobiera. A zasilanie musi być na tyle sztywne aby nie zaburzały go procesy pomiarowe.

Sam widziałem jak faluje wzorzec napięcia na ADR1001. Gdy na odizolowanej linii zasilającej przed układem zasilania pojawiały się zakłócenia.

gklub napisał:

Jeśli niskoszumne zasilanie to podwójny zestaw NiCd da i stabilność i najniższe szumy.

Zasadniczo taki mam plan. Ale i tak stabilizator i napięcie symetryczne muszę zastosować.

strikexp napisał:

Buduję własny bardzo dokładny woltomierz, więc potrzebuję bardzo małych tętnień i zasilania symetrycznego do wzmacniaczy (bazuję na tak działającym projekcie).

Spojrzałem, jak rozwiązane jest zasilanie symetryczne w porządnym w sumie sprzęcie Agilent/HP 34401A. Okazuje się, że do wytworzenia +/-18V jest bardzo klasyczny układ: transformator z odczepem w środku, mostek prostowniczy i potem pary stabilizatorów (dla napięcia dodatniego i ujemnego). Szczegóły w instrukcji serwisowej w załączniku. Jesteś pewien, że to nie będzie wystarczające rozwiązanie?

strikexp napisał:

Zasadniczo taki mam plan. Ale i tak stabilizator i napięcie symetryczne muszę zastosować.

Ale jeśli masz podwójny zestaw ogniw, to nie musisz się martwić o wytworzenie napięcia symetrycznego, bo możesz je dostać dzięki dwóm zestawom ogniw połączonych szeregowo. Do tego stabilizator dodatni, ujemny i już masz wszystko.

strikexp napisał:

Buduję własny bardzo dokładny woltomierz, więc potrzebuję bardzo małych tętnień i zasilania symetrycznego do wzmacniaczy (bazuję na tak działającym projekcie).

Pokaż ten projekt.

strikexp napisał:

Na razie to taka wstępna wersja, gdzie zamierzam np zasilanie zrobić samemu aby się czegoś nauczyć o tętnieniach które są w niektórych tematach ogromnym problemem.

Tętnienia nie są aż takim problemem, od tego wzmacniacz ma PSRR, co innego zakłócenia RF z przetwornic. Zakłócenia w.cz. mogą się demodulować w pierwszych stopniach wzmacniacza, a wzmacniacze z automatycznym zerowaniem źle działają w obecności dużych zakłóceń.

@Nepto Niby masz rację, o tym nie pomyślałem ponieważ początkowo planowałem zasilać z posiadanego gniazda na baterię 9V (tanio kupiłem na aliexpress kiedyś)

@jarek_lnx Wyślę na PW.

No to już masz - przy zasilaniu sieciowym odpowiedni transformator. Przy zasilaniu bateryjnym (bateria to "zestaw ogniw" albo czegoś innego) dwie baterie ogniw alkalicznych i zabawa w pilnowanie ich napięć. 0,5 A z takiej baterii 6F22/6LR61 to duży wyczyn. Łatwiej zrobić baterię z ogniw LR6 o pojemności 2Ah. Zapewnią ze 3 h ciągłej pracy.

Wygląda że na tym schemacie największym obciążeniem jest ADR1000 który pobiera max 60mA reszta to kilka wzmacniaczy pobierających po kilka mA (tylko te zasilone niesymetrycznie obciążają sztuczną masę). Skoro chcesz ±5V to znaczy że u ciebie nie będzie ADR1000.
Czy jesteś pewien że twój bilans mocy trzyma się kupy? Czy nie przeszacowałeś 100x?

Ja nie stosuję ADR1000 na razie, on jest też układem z grzałką, nie wiem czy to zauważyłeś i wziąłeś pod uwagę. Schemat który Ci wysłałem jest tylko schematem układu analogowego. Nie bierze pod uwagę obsługi np optoizolacji. A także dodatkowych układów które ja tam zamierzam zamontować.
Jak pisałem zasilanie musi być sztywne. Nie chcę na razie wrzucać tam jakiegoś super układu zasilającego za 1000zł. Niskoszumowe stabilizatory napięcia ujemnego są astronomicznie drogie.

Sa na ali takie mini zasilacze bodajże od 3V do chyba 30, prąd chyba 3A, kosztują po 2,30 zł (na scalaku, regulowane).
Ustawiasz każdy na 5 V i łączysz szeregowo. W srodku masa a na wyjściach +5V i -5V.

Moim zdaniem nie wiesz co polecasz. Za tą cenę to na pewnie należy się spodziewać bardzo podłych tętnień. Dlatego buduję sam.

@strikexp Widzę opinię fachowca, nie widział, nic nie wie ale jest pewny że będzie źle.

Ze względu na zakłócenia i tak musisz dać klasyczne trafo więc chyba prościej dać osobne uzwojenia na układy analogowe a osobne na układy prądożerne niż wchodzić tam z akumulatorami NiCd.
Nie wiem czy w kosztach gotowego woltomierza 4 i 3/4 uda ci się uzyskać podobne parametry, a do tego dojdzie obudowa w miarę solidna i estetyczna z panelem którą będziesz musiał zamówić i znów koszty.

Mastertech napisał:

Ze względu na zakłócenia i tak musisz dać klasyczne trafo

Przez klasyczne trafo bez problemu przenikają zakłócenia z sieci.

Mastertech napisał:

niż wchodzić tam z akumulatorami NiCd

Co wy z tymi NiCd? Za parę dni jest 2026 rok.

W standardowych miernikach cyfrowych używa się układów scalonych: ICL7106 (3½ cyfry = -1999÷+1999), ICL7129 (4½ cyfry = -19999÷+19999), ICL7139 (4¾ cyfry = -39999÷+39999, autorange), ICL7149 (4¾ cyfry = -39999÷+39999, autorange, AC A). Są one zaprojektowane tak, by przy 0 na wejściu pokazywać 0 (szum może dawać ±1) i mieć dobrą liniowość (w tym celo stosują wielokrotne całkowanie sygnału wejściowego); niewielkie tętnienia zasilania nie wpływają na wynik pomiaru. Mają dość długi czas przetwarzania (robią po parę odczytów na sekundę).

4½ cyfry ma też ICL7135 z wyjściem BCD (te inne mają wyjścia na LCD). Dość szybkie przetwarzanie (860 odczytów na sekundę) ma 16-bitowy ADS1115 o podobniej dokładności, z interfejsem I²C.

Planujesz coś dokładniejszego? W jaki sposób chcesz uzyskać dużą dokładność?

Wygląda na to, że MCP3561 jest tani (kilkanaście zł), szybki, i ma dokładność 24-bitową (ale dla szybkości do kilkunastu kS/s); ma współczynnik tłumienia zakłóceń z zasilania analogowego (prąd zasilania do 2,2 mA) 76 dB, czyli tętnienia na poziomie kilkunastu mV mu niestraszne. Potrzebuje zewnętrznego wzorca napięcia.

CS5344-CZZ (nota katalogowa CS5343/4) jest w podobnej cenie i ma podobne parametry (większy prąd - do 17 mA), nie wymaga wzorca, ale jest do sygnałów audio; interfejs I²S. Nieco droższy PCM1804DBR jest szybszy, ma mniejsze szumy/zniekształcenia, ale prąd zasilania do 45 mA; pozwala stosować zewnętrzny wzorzec napięcia (ale ma też własny); w zasadzie do audio, ale może też przenosić sygnał DC.

I już sporo droższy (cena ~40zł) PCM1864 - 32-bitowy, 4 kanały, do audio, pobiera dobre kilkadziesiąt mA.

Trzeba by jeszcze popatrzeć do ich not katalogowych (te układy są oferowane przez TME, i tam są linki do not), ale wygląda na to, że wszystkie te układy mają niezłe tłumienie zakłóceń z zasilania.

Mastertech napisał:

Ze względu na zakłócenia i tak musisz dać klasyczne trafo więc chyba prościej dać osobne uzwojenia na układy analogowe a osobne na układy prądożerne niż wchodzić tam z akumulatorami NiCd.
Nie wiem czy w kosztach gotowego woltomierza 4 i 3/4 uda ci się uzyskać podobne parametry, a do tego dojdzie obudowa w miarę solidna i estetyczna z panelem którą będziesz musiał zamówić i znów koszty.

I to właśnie zamierzam sprawdzić. Zasadniczo da się taniej jak chcesz konkret sprzęt, widziałem takie cuda. Ale sam woltomierz, nie multimetr. I mi to pasuje.
Ale przede wszystkim chcę tu mieć walory edukacyjne.

Dodano po 3 [minuty]:

acctr napisał:

Co wy z tymi NiCd? Za parę dni jest 2026 rok.

Tu chodzi o to że ogniwa też szumią, jedne mniej a inne bardziej. Czy akurat te najmniej, nie pamiętam. Za to wiem że każdy producent ma swoją metodę produkcyjną i to nie jest tak że każde ogniwo jest takie samo.

Dodano po 17 [minuty]:

_jta_ napisał:

Planujesz coś dokładniejszego? W jaki sposób chcesz uzyskać dużą dokładność?

Przede wszystkim buduję sam woltomierz do 15V, nie multimetr.
To złożone pytanie, wszystko zależy od budżetu. Realne jest nawet 8 i 1/2 cyfry, ale paradoksalnie wtedy mechanika jest ważniejsza niż sama elektronika.
Na razie kupiłem za kilka stówek byle przyzwoity przetwornik A/D 24 bit (MCP3913A1), byle przyzwoite referencje (kilka) i wzmacniacze itp.
Taki przetwornik pozwoli na pomiar 1uV przy napięciu 1,6V, zależnie ile cyfr znaczących to będą szumy tak grube że nawet uśrednianie nie pomoże.
Jak efekty będą dobre to kupię porządny przetwornik 32bit za 200zł, bo nie ma chyba nic pomiędzy. Referencję 1ppm już mam. I zobaczę wtedy jak się te szumy zachowują dla 1uV i różnych napięć. Oczywiście wtedy wymienię też inne komponenty, poza wzmacniaczami. Bo te akurat nie kosztowały majątku więc kupiłem od razu docelowe.

strikexp napisał:

Tu chodzi o to że ogniwa też szumią, jedne mniej a inne bardziej. Czy akurat te najmniej, nie pamiętam.

Jaką granicę szumów chcesz uzyskać i dlaczego akurat tyle?