Frage:
Jeder Nachteil bei der Verwendung einer Ladungspumpe für eine negative Versorgung des Operationsverstärkers
Randy
2016-01-08 22:37:54 UTC
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Hintergrund: Ich baue häufig Audio-Operationsverstärkerschaltungen für verschiedene Zwecke und bevorzuge für kleine Projekte normalerweise eine einzige "Wandadapter" -Versorgung. Als Erdungsreferenz verwende ich entweder ein einfaches Widerstandspaar mit einem Kondensator oder besser einen Ersatz-Operationsverstärker, der als virtuelle Erdung konfiguriert ist, um meinen 1 / 2V-Punktpunkt zu erreichen. Aber dann gibt es das Problem der externen Bodenreferenzierung. Da es nur eine Versorgung gibt, benötigen alle Ein- und Ausgänge Sperrkondensatoren. Wenn ich die von einem "stärkeren" Operationsverstärker entwickelte virtuelle Masse verwende, kann ich diese als Referenz für alle E / A verwenden, wodurch viele Kondensatoren eliminiert werden. Der Nachteil dabei ist, dass ich vergessen kann, die Stromversorgung mit anderen angeschlossenen Geräten zu teilen, da die Erdung wirklich 1 / 2V beträgt. Aber vor kurzem habe ich mit der Idee gespielt, eine Ladungspumpe zu verwenden, um eine V-Versorgung mit einem separaten Operationsverstärkerpaket herzustellen. Normalerweise so ...

enter image description here

Dies würde es mir dann ermöglichen, eine Seite der einzelnen Versorgung (in diesem Fall negativ) als zu verwenden wieder mein Bezugspunkt. In größeren Schaltkreisen mit vielen Ein- und Ausgängen (möglicherweise einem Audiomischer) sollte die Verwendung einer eigenständigen Ladungspumpe für meine negative Versorgung die Notwendigkeit einer großen Anzahl von Kondensatoren an allen E / A-Punkten beseitigen und ich könnte die Stromversorgung immer noch mit anderen kleinen Schaltkreisen teilen (vorausgesetzt, sie verwenden ein negatives Erdungsschema).

Meine Frage ist also, gibt es einen großen Nachteil, den ich hier vermisse? Es scheint, dass diese Methode viele Vorteile haben könnte, solange die Schaltkreise keine signifikanten Lasten antreiben müssen (die an der V-Versorgung ziehen würden). Ich weiß, dass es ein Problem gibt, da bei der diodenbasierten Ladungspumpe -V nicht genau + V ist. Es gibt jedoch ICs wie den CMOS-basierten TI LMC7660, der die Ladungspumpenfunktion für mich mit einem genaueren -V-Ausgang und viel weniger Teilen übernimmt. Meinungen?

Ein "virtueller Boden" ist KEIN Mittelschienengenerator.
Außerdem habe ich festgestellt, dass Sie meine Antwort auf diese Frage nicht offiziell akzeptiert haben: http://electronics.stackexchange.com/questions/202570/what-op-amp-spec-should-i-be-checking-to-assure-this-Verhalten - dann bemerkte ich, dass Sie immer nur eine Antwort auf alle Ihre selbst gestellten Fragen akzeptiert hatten.Es gibt auch diese Antwort / Frage: http://electronics.stackexchange.com/questions/135255/single-point-vs-ground-plane-in-audio-op-amp-pcb-layouts.Es ist ein kleiner Preis, der gezahlt werden muss.
Es gibt einige einigermaßen gute Antworten auf andere Fragen, die Sie aufgeworfen haben und die auch nicht akzeptiert wurden.Wie ich schon sagte, es ist der kleine "Preis", der für eine gute und kostenlose Beratung gezahlt wird.
Ich verstehe keine.In beiden Fällen habe ich Ihre Antwort mit "+1" beantwortet, und das mache ich immer für mehrere Antworten, wenn ich sie nützlich finde.Ich habe gerade beide von Ihnen erwähnten Beiträge überprüft, und als ich versuchte, die Antwort erneut abzustimmen, meldete das System, dass ich dies bereits getan hatte.Ich schätze Ratschläge immer und versuche anderen zu helfen, wenn ich denke, dass ich etwas zu bieten habe.Wenn ich etwas nicht tue, bin ich mir nicht sicher, was "formal akzeptieren" bedeutet.Vertrauen Sie mir, ich habe nicht vor, auf die Zehen zu treten oder Kredit zu verweigern, wo er fällig ist.
Es ist das Symbol unter den Auf-Ab-Pfeilen auf der entsprechenden Antwort, auf die ich mich beziehe.Großartig, ich bin froh, dass Sie eine gute Einstellung dazu haben.Übrigens müssen Sie es durch Glück geschafft haben, Ihre allererste Frage zu "akzeptieren" !!
Ich sollte auch darauf hinweisen, dass es Antworten auf Fragen gab, die ich aufgeworfen habe und die sich nach einigen Tests und Nachforschungen meinerseits als nutzlos erwiesen haben.In einigen Fällen habe ich sie dann überarbeitet, um eine besser verwendbare Antwort auf meine eigene Frage zu bieten.Nochmals, wenn ich hier weniger als maximal hilfreich bin, erklären Sie bitte (vielleicht sollte es offline gehen?)
Ja, das kann passieren - überprüfen Sie immer den Ruf der Person, die die Antwort gibt, um eine Vorstellung von ihrer Gültigkeit zu bekommen !!
@Andyaka - nur um meine Terminologie zu verdeutlichen, falls ich ein OP verwende, um einen starken 1 / 2V-Gnd-Punkt zu erzeugen, UND ... wenn ich denselben 1 / 2V-GND-Punkt als GND-Referenz für alle Analoga verwendeE / A, wird dieser Fall nicht korrekt als virtueller Boden bezeichnet?
Eine virtuelle Masse ist, wenn ein Operationsverstärker eine negative Rückkopplung hat und der invertierende Eingang als virtuelle Masse bezeichnet wird: https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_ground.Ich habe den Begriff mehrmals als Mittelschienengenerator gesehen und finde ihn ärgerlich LOL !!!
Ich werde versuchen, Andy nicht zu nervig zu machen ;-), aber ich habe den Ausdruck für das verwendet, was ich lange beschrieben habe.Und ... wenn Sie sich einige der Schaltungen auf dieser Seite ansehen (die aus dem WIKI-Artikel verlinkt wurden, den Sie unter "Virtuelle Erdungsschaltungen" erwähnt haben), finden Sie einige ziemlich genaue Beispiele dafür ... http: //tangentsoft.net/elec/vgrounds.html Tatsächlich ist der mit "VFB Op Amp Based Virtual Ground Driver" bezeichnete genau das, was ich oft mache, obwohl ich normalerweise einen niedrigeren Widerstandswert verwende.
Fünf antworten:
Olin Lathrop
2016-01-08 23:54:47 UTC
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Ja, die Verwendung einer Ladungspumpe zum Erstellen der negativen Versorgung für Operationsverstärker kann nützlich sein.

Oft können Sie dafür sorgen, dass Ihre internen Signale positiv sind, und die meisten Dinge von einem einzigen aus ausführen liefern. Manchmal braucht man nur wenig Kopffreiheit unter der Erde. Vielleicht reicht der Operationsverstärker, den Sie aus anderen Gründen verwenden möchten, nicht bis zur negativen Versorgung, vielleicht ist ein Eingangssignal klein, aber bodenzentriert oder etwas anderes.

Ich habe eine Ladungspumpe verwendet in solchen Fällen mehrmals. Heutzutage enthält fast jede Schaltung einen Mikrocontroller, und diese Dinge haben oft Taktausgänge. Anstelle eines separaten Oszillators für die Ladungspumpe verwende ich normalerweise den Taktausgang des Mikros, um ein PNP / NPN-Emitterfolgerpaar anzutreiben, das die Ladungspumpe antreibt. Auf diese Weise erhalten Sie nur ein paar Volt oder so, aber das reicht immer noch aus, um das Headroom-Problem der meisten Operationsverstärker zu umgehen.

Ich habe dies bei den Kosten für die beiden Transistoren, Dioden und Kappen getan um die Ladungspumpe mit einem viel billigeren Operationsverstärker wie dem LM324 zu ermöglichen. Trotz der Behauptung einiger Datenblätter werden sie schuppig, wenn ihre Eingänge innerhalb eines Diodentropfens der negativen Versorgung liegen.

Schauen Sie sich als Beispiel das Schema meines USBProg2 an PIC-Programmierer. In der unteren rechten Ecke von Seite 3 sehen Sie eine Ladungspumpe. Der GP0-Prozessor-Pin wurde nicht anderweitig verwendet, daher habe ich ihn der Clock-Out-Funktion zugewiesen. Dies führte zu etwa -2,2 V, was ausreichte, um 0 V gut im richtigen Betriebsbereich der Operationsverstärker zu halten.

Na danke Olin.Wirklich, Sie haben den Hauptpunkt erreicht, der mir helfen sollte herauszufinden, ob es einige unsichtbare "Fallstricke" gab, über die ich dabei nicht nachgedacht hatte.Und obwohl mein heutiger Bedarf nichts damit zu tun hat, hatte ich in letzter Zeit tatsächlich andere Stellen für eine eher DC-Situation, in der ein paar negative Volt billigere Operationsverstärker dort eingesetzt hätten, wo sie schlecht funktionierten (wie Sie sagten, in der Nähe der negativen Schiene)).Ich werde dies mit diesem LM7660 oder ähnlichem versuchen, da es die minimalen Teile zulassen sollte, wenn keine andere Uhr verfügbar ist, und mich ziemlich nahe an -V bringen sollte
@OlinLathrop - Google Safe Browsing scheint Ihre Website rot zu markieren.
@Scott: Ja, das weiß ich.Es ist falsch positiv.Sie führen eine sehr einfache Musterübereinstimmung durch, und etwas in unseren Bibliotheken auf niedriger Ebene stimmt mit einem der Muster überein, nach denen sie suchen.Ich hoffe, sie tun dies jemandem an, der groß genug ist, um sich zu wehren, sie wegen Verleumdung oder Verleumdung oder so etwas zu verklagen.
Andy aka
2016-01-08 23:37:19 UTC
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Das Erstellen einer negativen Versorgung aus einer positiven ist in Ordnung, aber für Audio möchten Sie möglicherweise einen negativen Linearregler verwenden. Dadurch werden alle Schaltartefakte entfernt, die möglicherweise auf dem Audio zu hören sind. Für einen Operationsverstärker wird dies als Zurückweisung des Netzteils bezeichnet: -

enter image description here

Dies ist für das ziemlich gute OP4177 und das, was es Ihnen sagt, ist das (etwa bei 10 kHz) Der Effekt des Rauschens von der negativen Schiene ist mit etwa 107 dB recht gering. Dies bedeutet, dass bei einer 10-kHz-Welligkeit der negativen Versorgung ein störendes Rauschen an Ihren Eingängen auftritt, das etwa 251.000-mal kleiner ist. Wenn Ihre Schaltung eine geringe Verstärkung aufweist, ist dies wahrscheinlich kein erkennbares Problem.

Einige Schaltkreise können jedoch eine Welligkeit bei (z. B.) 1 MHz erzeugen, obwohl diese Frequenz nicht zu hören ist (im Gesicht) davon) könnte es ein Signal geben, das an den Eingängen nur 560-mal niedriger ist. Da es bei 1 MHz liegt, können Sie feststellen, dass einige Operationsverstärker (aufgrund ihrer Eingangsschaltungen) dies in das Basisband demodulieren und Sie am Ende ein paar Hintergrundgeräusche und -pfeifen haben.

Das ist also was Sie sollten vorsichtig sein und es gibt nichts Schöneres als einen echten Test.

Geschätzt.Ich war ein wenig besorgt über die Versorgungsunterdrückung dieses Schaltrauschens bei 10K.Dieser LM7660 ist in vielen Fällen gut, in denen es sich zunächst um eine + 9V- oder bessere Versorgung handelt, obwohl es schön wäre, wenn sie einen kleinen Switcher-Chip wie diesen mit einem eingebauten Oszillator um 20 kHz herstellen würden, um das zu regelnPunkt.:-)
Es ist ein bisschen rutschig.Einerseits bedeutet eine Frequenz, die ziemlich niedrig ist, dass sie hörbar ist, aber das Opamp CMRR kann wahrscheinlich damit umgehen.Wenn andererseits f steigt, sinkt auch die CMRR, und die Fähigkeit des Opamps, in Gegenwart dessen, was Sie normalerweise als unhörbar erwarten, aber wahrscheinlich aufgrund von Eingangsfehlern im Opamp erkennbar sind, würdevoll zu sein.Meine beste Schätzung ist 25 kHz für den besten Betriebsbereich.Es gibt jedoch nichts, was einen wirklich guten Operationsverstärker mit vielleicht 10 Ohm Widerständen in den Stromkabeln übertreffen könnte.
+1, stimme hier voll und ganz zu.Opamps verwenden normalerweise den "analogen" Teil der Leiterplatte, und die Einführung eines Schaltnetzteils kann zu Rauschproblemen führen.
Spehro Pefhany
2016-01-08 23:12:06 UTC
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Abhängig vom Typ des Operationsverstärkers kann der Ausgang im Vergleich zu einer Schaltung, die für hartes Schalten ausgelegt ist, möglicherweise nicht so viel Strom liefern. Es gibt auch einen Abfall der Dioden und der Impedanz aufgrund der Kondensatoren. Sie können -1V oder -2V aus einer +5 Versorgung erhalten.

Die von Ihnen angezeigte Schaltung schwingt irgendwo im hörbaren Bereich. Wenn Ihr Projekt also Audio enthält, das ein merkliches Jammern im Ausgang verursachen kann, aufgrund einer fehlerhaften Unterdrückung der Stromversorgung oder aufgrund einer Interaktion zwischen dem angezeigten Operationsverstärker und eine andere im selben Paket.

Bipolare Versorgung ist kein Allheilmittel für Verstärker. Wenn Sie alles mit Gleichstrom koppeln, werden die Eingangsversätze verstärkt, sodass Sie wahrscheinlich immer noch einige Koppelkondensatoren benötigen.

Die einfachste Lösung ist ein isolierter DC-DC-Wandler (ein Teil), aber wahrscheinlich auch die teuerste.

Vielen Dank.Über 1 Teil Konverter, irgendwelche Gedanken zu diesem LMC7660, den ich erwähnt habe?Es ist weniger als ein Dollar und es verliert nur etwa ein Volt, wenn es mit einer +% V-Versorgung verwendet wird und 20 mA ausgibt.Das sollte für die meisten meiner Apps ausreichen. Übrigens habe ich noch kein Schema gefunden, mit dem ich ohnehin eine Operationsverstärker-Ladepumpe verwenden könnte, um -V an sich selbst zu liefern. Es wäre also immer ein eigenständiges Paket.Aber ja ... ich denke, ich muss vorsichtig sein, um jede PS-Kopplung dieses Oszillators zu isolieren.
Der LM7660 ist ein wirklich alter Chip - für höhere Versorgungsspannungen ist er in Ordnung.Für +5 gibt es bessere Teile wie den [LM2664] (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2664.pdf), der nur 12 \ $ \ Omega \ $ typische Ausgangsimpedanz hat und funktioniertbei vernünftigen und unhörbaren 160kHz.Ziemlich billig - ungefähr 25 Cent in der Menge.Wenn Sie nur einen kleinen Strom benötigen und mit einem gewissen Spannungsabfall leben können, können Sie häufig einen alten verfügbaren Takt (mit einem ausreichend starken Ausgang), eine Doppeldiode (möglicherweise einen Doppel-Schottky) und ein paar winzige Keramikkappen verwenden.
Wenn Sie nicht ohne Strom leben können (die meisten Audiodaten verbrauchen ~ 1 mA pro Operationsverstärker bei stehender Leistung), können Sie einfach einen DC-DC-Wandler verwenden.Der LT8582 kann einen SEPIC- und einen CUK-Konverter (Inverting Sepic) in einem Paket bereitstellen.Damit könnten Sie etwa 90x mehr Strom erhalten als mit einer Ladungspumpe.
Autistic
2016-01-09 04:13:15 UTC
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Wenn Sie eine Ladungspumpe haben, um die Neg-Schiene herzustellen, gibt es einige Mängel. Erstens ist die Ladungspumpe nur für niedrige Ströme wirklich geeignet, was beispielsweise einen Lautsprecherausgang ausschließt. Zweitens ist die Neg-Schiene immer niedriger als die Pos-Schiene, von der sie abgeleitet ist. Dies kann je nach Anwendung ein Problem sein. Das dritte Problem ist die Sequenzierung der Stromschiene. Beim Einschalten kommt die Neg-Schiene immer nach der Pos-Schiene und beim Ausschalten an Die Neg-Schiene fällt nach der Pos-Schiene. Dieses Powerup-Ding kann Probleme mit einigen Chips verursachen.

cracked_machine
2019-07-02 17:27:54 UTC
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Ich benutze oft den TC766x, um eine negative Schiene für Opamps zu erstellen. Es funktioniert sehr gut, aber es gibt einige Probleme:

1) Verordnung

Je mehr Strom Sie aus der Ladungspumpe ziehen, desto stärker wird die Ausgangsspannung nach unten gezogen. Abb. 2-7 aus dem Datenblatt TC7660S zeigt dies deutlich. Eine einfache Lösung besteht darin, der Ladungspumpe einen Regler zu folgen. Verwenden Sie entweder eine höhere Eingangsversorgungsspannung mit einem linearen Regler oder einen LDO-Regler.

2) Lärm.

Die meisten Ladungspumpen haben einen Boost-Pin, um die Schaltfrequenz deutlich über den hörbaren Bereich zu erhöhen, was für Audioanwendungen sehr wichtig ist. Einige passen jedoch nicht auf. Zum Beispiel könnte Sie der höhere Ausgangsstrom des 7662A anlocken, aber dann feststellen, dass er nicht über 12 kHz ansteigt. D:

Das Schaltgeräusch kann auch Probleme mit anderen empfindlichen Teilen verursachen. Nach meiner eigenen Erfahrung hat es die Verfolgung von 4046 PLL wirklich durcheinander gebracht. Dies kann jedoch häufig mit einem sorgfältigen Layout gelöst werden. Als letztes Mittel könnte eine (normalerweise schlecht beratene) geteilte Grundebene erforderlich sein.

3) Kosten / Platz

Dies ist meiner Meinung nach das größte Problem. Die Verwendung von Spannungsvorspannung / Wechselstromkopplung ist immer billiger als ein Ladungspumpenwechselrichter. Wenn Ihr Manager versucht, den letzten Cent eines Produkts zu rasieren, wird er Sie wahrscheinlich mit einem Wechselrichter-IC sehr schlecht sehen.

Die Ladepumpe + der Regler (und alle Leiterplattenkühlkörper) benötigen ebenfalls mehr Platz. Glücklicherweise gibt es monolithische ICs, die beides enthalten, wenn Sie einige der wirklich kleinen Teile verwenden können. Beispielsweise ist der 5V / 200mA LM27762 eine Ladungspumpe mit positivem und negativem Ausgang und integriertem LDO. Das heißt, es verfügt über einen integrierten +/- LDO-Regler in einem einzigen 12-WSON-Paket mit 2 mm x 3 mm!



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