オペアンプのプラス電圧とマイナス電圧の生成

おそらく簡単な質問です。私はそれをグーグルで調べました、しかし答えは私には意味がありません。

私はオペアンプについて学び、素敵な10セントオペアンプであらゆる種類の回路を作成しています。私は常に+/- 5Vまたは15Vを使用してラボの電源からこれらに電力を供給しており、無はんだブレッドボードでうまく機能します。数セントしかかからない単純なマルチバイブレーターなどの単純なものを作成する。

今、私は、多くのものが横になっている5V壁のいぼなど、単一のDC電源からそのようなデバイスに電力を供給する方法を疑問に思い始めます。

これが私が見つけたものです。

オプション1：

TLE2426などの「レールスプリッター」を使用します。しかし、私がスルーホール形式でデジキーで見つけることができる最も安いものは$ 1.83（qty = 1）です。本当に？残りの部品表の10倍以上（たとえば、1つのオペアンプといくつかの抵抗器とコンデンサーでマルチバイブレーターを作る）。

オプション2：

このページの「仮想グラウンド」セクションに示すように、別のオペアンプを使用してください：http : //www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html

オプション3：

オンラインでどこかで単電源オペアンプを購入できることを読みました。digikeyを検索しましたが、見つかりませんでした。「Vsupply single / dual」という列がありますが、データシートにアクセスしたときにクリックしたものはすべて、その列に引用されている数値が+/-のデュアル電圧でした。

結論

小さな1回限りの回路の場合、ソリューションに2ドル支払う必要はありませんが、確かにオプション2が他の唯一のソリューションではないことに注意してください。もしそうなら、私はデュアルスタイル（パッケージごとに2つ）のオペアンプのみを購入します。もう一方の仮想グラウンドを作成するために常に1つが必要と思われるためです。確かにそれが唯一の解決策ではありませんか？

さらに、オプション2は多くの電流を供給することができないと思います-それはそれがいくつかのインスタンスで機能しないことを意味しますか？オプション2の問題が発生するのはどの場合ですか？

最も安価なソリューションは、電源が1つしかない場合、回路を再設計して単一の電源で動作するか、負の電源を生成することです。私が知っているすべてのモノリシックオペアンプは、実際には単一電源で動作します。実際に接地ピンを持っているものはほとんどないため、+ /-5Vと単一10V電源の違いはわかりません。彼らは、信号が負（または正）を下回るか、または多くの場合それに近づくことさえ知っています（そして気に入らない）。LM324のデータシートをご覧になることをお勧めしますこれは、いわゆる単電源オペアンプで、出力が負電源に近く（負電源への負荷がある場合）スイングし、入力コモンモード範囲に負電源が含まれているために発生します。完全なデータシートには、単一電源で動作する回路の多くの例があります。レールスプリッターの「チップ」はいずれにも使用されていませんが、追加の抵抗が1つまたは2つ必要になる場合があります。

たとえば、マルチバイブレーターについて言及すると、次のようになります。

オペアンプあたり1ペニーまたは2ペニーのLM324は、高価な10セントオペアンプほど豪華ではないかもしれませんが、どこにでもあるものです。回路の多くは、その特定のオペアンプの（当たり前のように、壮観ではない）パフォーマンスによって制限されますが、必要に応じてより良いものに置き換えることができます。

これは、特に物事がDC結合されている場合は、あまりエレガントではありません。そのような場合、安価なスイッチングレギュレーターまたは7660などのチャージポンプチップを使用して負電源を生成できます。クロックが利用可能な場合、チャージポンプはデジタル出力、2つのMLCCキャップ、およびデュアルダイオードで作成できます。 。

「エンジニアは、愚か者が2人でできることを1ドルで行うことができます。」

―アーサーメレンウェリントン

最も単純な方法で、私が時々使用した方法は、単純な抵抗分割器です。直列の2つの等しい抵抗（4k7程度）。分配器は電源、たとえば+5 VDCに接続します。抵抗分割器の中心は仮想接地になり、+ 5VDCに接続された点は+ 2.5VDCになり、もう一方の端は-2.5VDCになります。アプリケーションによっては、これが機能することもありますが、不均衡になる傾向があります。試してみて、アプリケーションで機能するかどうかを確認してください。仮想GNDにオペアンプバッファーを追加すると、不均衡の可能性を解決できます。

オプション4：

電圧コンバータICを使用して、5Vから高電圧と低電圧を生成します。

たとえば、私はこの小さな回路を使用して、オペアンプとコンパレータに5Vから問題なく電力を供給しています。

これにより、わずか5Vの電源から、VA +端子で約9.5V、VA-端子で-4.7Vの電圧が生成されます。これを使用してオペアンプに電力を供給し、グラウンドを基準グラウンドとして使用すると、非対称の電源が得られます。幸い、ほとんどのオペアンプはこれで完全に問題ありません。

ICは、より安価なICL7660または同様のものと交換できます。ダイオードは、任意の整流ショットキーダイオードまたはシリコンです。100mAの連続電流と約800mAのピーク電流がかかることを確認してください。

他にもいくつかのオプションがあります。それはすべてコストと電力のニーズに関するものです。

1. 電圧ダブラー-反転：電圧ダブラー回路ですが、電圧を2倍にする代わりに極性を反転します。これは、Nils Pipenbrinkが彼の答えで示しているオプションです。最小限のコストでこれを行うICがいくつかあります。利点：一般的に安価です。使い方は簡単。連続グラウンド（電源からのグラウンドは、回路が使用するグラウンドと同じです）。短所：電流容量が少ない（電流を多く供給できない）。高周波ノイズ（オペアンプの高周波ではPSRRが低くなります）。
2. 仮想接地-線形レギュレータスタイル：安定した仮想中間レール電圧を生成するようにバイアスされる2つの線形レギュレータ。回路の議論と見解はここにあります。利点：より高い電流処理能力（実際の回路トポロジーに応じて約1.5A以上）。低周波動作（高周波ノイズを発生しません）。短所：非連続的な接地（仮想レールの接地が電圧源と同じ電位ではない）。パーツ数が多い。効率的ではありません（電流が増え、熱が増えます）。
3. 単一電源で設計する方法を学ぶ：実際には「楽しい」または「クールな」ソリューションではありませんが、オペアンプのDCゲインを抑制する方法はいくつかあります。魅力のないアートの例。
4. スイッチ電源-反転/トランス：使用できるスイッチ電源トポロジがいくつかあります。これらの範囲は、cukコンバーターからSEPIC / Cuk、フライバック、フルブリッジおよびハーフブリッジトポロジー（およびその間のすべてに[線形技術以外の場所に解決策があり、私はこれらに最も精通しています]）です。利点：高電流処理（実際に必要な電流に設計できます）。非整数の倍数とその間のすべての電圧（これらは、必要な出力電圧を作るように設計できます[この機能は現在の生成とスタックせず、エネルギーを節約する必要があることを覚えておいてください]）。連続接地（入力電圧の接地は、入力電源の接地電圧と同じにすることができます[またはトランスによって絶縁することができます]）。効率的。短所：設計の複雑さ（これはたまたま関係します）。パーツ数が多い。ビルドするだけではテストが難しい。サイズ（これらは、ソリューションの中で最も多くの領域を占めています）。高周波コンテンツ（これらのトポロジーでフィルターする方がはるかに簡単ですが、問題が発生する場合があります）。

シングルレールからバイポーラ電源を製造する際に、考えられることや考えたことのすべてを取り上げました。情報に基づいた選択を行い、調査を行い、データシートを読みます（はい、全体です。これらを読んでいなかった場合、読んでいなかった場合よりも問題が発生しました）。