+/- 9 В постоянного тока

Я работаю над простым проектом звукового микшера. Операционные усилители, которые я использую (LM741), принимают входы + 9В и -9В. В настоящее время я получаю это, соединяя две 9-вольтовые батареи, подключая + один к другому и заземляя пару. Кажется, это работает, но теперь я хотел бы перейти на источник питания. Я могу найти несколько источников питания 9 В, но все они имеют только одну полярность. Есть ли простой способ получить + 9В от центрально-отрицательного источника питания? Я думаю, что мне, вероятно, нужна схема инвертора или что-то, но я не совсем понимаю, что я делаю.

Предполагая, что хотя бы один из источников питания изолирован (что будет справедливо, если они являются хорошими источниками питания, но, возможно, нет, если они дешевы), вы можете сделать стек из двух источников, поэтому у вас будут выходы на 0 В, 9 В и 18 В. Затем подключите вашу схему операционного усилителя следующим образом:

• Блок питания 18 В -> 9 В, контакт операционного усилителя
• Блок питания 9 В -> 0 В контакт операционного усилителя
• Блок питания 0 В -> -9 В, контакт операционного усилителя

Другой способ думать об этом - понять, что заземление (0 В) является относительным выбором; Вы можете изменить свой выбор, если вы последовательны в одной цепи.

Еще одно примечание - я должен объяснить, что я имею в виду под «изолированным». Дешевый источник питания будет иметь заземляющий контакт, подключенный к нейтральному проводу шнура питания. В большинстве случаев это нормально. Но если вы хотите сложить источники питания, вам нужен изолированный источник питания, то есть такой, в котором выходной контакт не подключен к кабелю питания.

Если вы попытаетесь сложить неизолированные источники питания, вы будете подключать положительный выход к нейтральному проводу, что аналогично замыканию источника питания, поэтому его внутренний предохранитель перегорит. (Если это действительно дешевый запас, это уничтожит его.)

Еще одно решение

Если вы не можете положить руки на изолированный источник питания, вы можете использовать преобразователь напряжения с переключаемым конденсатором . Это микросхема, которая заряжает конденсатор, а затем быстро смещает контакты, так что ранее положительный вывод соединялся с землей, а старое заземление становилось отрицательным выходом. Он выполняет эту процедуру зарядки / переключения на частоте 10-100 кГц, поэтому для людей это выглядит как отрицательный источник питания.

1. LM741 - ужасный операционный усилитель для аудио. NE5532 примерно на 15 дБ тише и все же дешев. Примечания по аудио операционным усилителям
2. Вы должны использовать рельсы как можно выше для лучшего динамического диапазона. Миксеры, на которых я работаю, всегда ± 15 В, потому что это максимальное напряжение, для которого рекомендуются большинство операционных усилителей.
3. Существуют источники питания с раздельными центральными выходами, хотя я не могу сейчас их найти. По сути, это то же самое, что сложить два изолированных источника. Кроме того, вы всегда можете создать свой собственный трансформатор с центральным отводом и научиться создавать линейные источники питания. Это не так уж и сложно: высококачественный аудиомикшер - этап 3 - блоки питания

Одна вещь, которую вы можете сделать, когда не собираетесь подавать или подавать большой ток в свой 0 В, и имеете только один источник питания, - это использовать «виртуальное заземление».

Например, предположим, что у вас есть только питание 24 В - два провода, питание и возврат. Вы можете получить -12 В / 0 В / + 12 В, выделив операционный усилитель для стабилизации промежуточной точки, а затем использовать его в качестве эталона 0 В. Другими словами, источник питания 24 В становится вашей линией + 12 В, возврат источника питания 24 В становится вашей линией -12 В, а выделенный операционный усилитель создает линию 0 В. Все, что вам нужно сделать, это установить делитель напряжения 50% на 24 В, чтобы получить промежуточную точку, а затем буферизовать его с помощью конфигурации повторителя напряжения.

По сути, ваши операционные усилители получают питание от + V / -V шин, проблема не в заземлении. Повторитель напряжения на полпути эффективно «регулирует» среднюю точку для вас. Ограничение состоит в том, что вы не можете подавать или подавать больший ток на виртуальную землю, чем операционный усилитель, с которым он работает, или вы теряете эталон.

Я обычно использую инвертирующий зарядный насос для питания моих линий отрицательного напряжения, обращаю внимание на ваши требования к шуму, иногда я использую LC-фильтр на выходе, чтобы уменьшить пульсации переключения. В категории «Digikey» то, что вам нужно, это «инверторный DC-DC инвертор с переключаемым конденсатором». Это превратит ваш вход + 9V в -9V (больше похоже на -8.8V или что-то близкое).

Если вы работаете со звуком, выберите микросхему с частотой переключения значительно выше звукового диапазона, 400 кГц - это обычное значение, но они колеблются от 10 до 2 МГц. Если ваша схема также имеет какую-то цифровую схему и она компактна, рассмотрите зарядный насос с переключающим входом синхронизации. Держите переключающие конденсаторы как можно ближе к ИС, чтобы минимизировать шум.

Если вы ищете digikey / mouser, там будет множество вариантов, просто введите желаемые параметры / пакет, они входят во все, от SOT-23-5 до DIP-8.

Вы можете использовать сильноточный буфер для создания виртуальной земли:

BUF634 используется здесь может поставить 150 мА (250 мА в версии TO-220), который будет больше , чем вы хотите сделать из вашей батареи 9V.

(изображение бесстыдно украдено здесь )

Хотя хорошо иметь +/- расходные материалы для наземных сигналов, во многих случаях, в том числе и у вас, это не обязательно. Это может сделать концептуально более простую конструкцию, но более сложный источник питания, вероятно, будет более проблематичным, чем проектирование усилителя для работы с однополярным источником питания, особенно в вашем случае.

Стоит отметить, что аудио работает только от сети переменного тока. Вы можете игнорировать, фактически следует игнорировать компонент постоянного тока любого входа. Выход также не должен иметь какой-либо средней составляющей постоянного тока. С этим наблюдением вы можете понять, что и вход, и выход могут быть конденсаторно связаны с некоторым другим напряжением, на котором работает усилитель внутри.

Вы не сказали, откуда взялась величина 9В. Неясно, было ли это из-за тщательного рассмотрения необходимого напряжения, или просто из-за доступности источника питания или напряжения батареи. Без дополнительной информации мы должны предположить, что вам нужен диапазон выходного напряжения. Поскольку настенные бородавки легко доступны в широком диапазоне напряжений, я бы разработал усилитель для работы от источника постоянного тока с одним концом в диапазоне 18-28 вольт.

Как уже отмечали другие, LM741 довольно плох для звука. Существуют некоторые операционные усилители специально для таких приложений, но для целей хобби вы можете посмотреть на очень доступный и дешевый TL07x (TL072 для двойного, TL074 для четырехъядерного). Они имеют гораздо более низкий уровень шума и более высокую скорость нарастания. Им нужен запас напряжения в несколько вольт на каждом конце, но при напряжении питания 24 В остается много. 741 тоже нужна была запасная высота.

Разработайте схему со всеми емкостными входами, соединенными с внутренними сигналами, смещенными на половину питания. Обязательно отфильтруйте этот половинный сигнал питания, чтобы неизбежный шум источника питания не попал на выход. На самом деле это не обязательно должна быть полная виртуальная земля, так как ему не нужно тонуть или получать большой ток. Это скорее "уклон", чем земля.

Если вы заинтересованы в сохранении этого направления, дайте мне знать, и мы можем получить более подробную информацию.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Рисунок 1. Обычный настенный блок питания на 9 В. Рисунок 2. Модифицировано для + 9/0 / -9 В.

Вы можете легко изменить стандартное 9 В настенное питание от бородавок, как показано на рисунке 2. Пульсирующее напряжение будет хуже, и максимальный ток на каждом источнике питания будет вдвое меньше первоначальной спецификации, поэтому я бы порекомендовал несколько больших колпачков или регуляторов напряжения для устранения шума.

Если вы хотите сохранить стандартный разъем на блоке питания, то преобразуйте его в блок питания переменного тока, сняв выпрямитель и конденсаторы, и поместите диоды и колпачки в корпус вашего проекта.

Вы можете использовать виртуальную цепь заземления, чтобы получить +/- VCC для вашего операционного усилителя с этой цепью