Jak poprawnie obliczyć zasilanie wzmacniacza operacyjnego?

[Sławek_30]

Witam
Pytanie opre o układ TL082.
W nocie aplikacyjnej wzmacniacza jest napisane że zasilanie układu wynosi plus minus 15V, a max plus minus 18V.
A co kiedy nie ma symetrycznego zasilania lub ich napięcia są różne? Czy należy wtedy zsumować te dwie wartości czyli 15+15=30V?
Pytam ponieważ w sieci jest dostepny popularny schemat zasilacza warsztatowego, gdzie zasilanie tego wzmacniacza to +33V oraz -3V.
Jeśli to się sumuje to faktycznie nie przekracza 36V, ale czy te 36V to nie jest aby max? Nie powinno być 30V? Pytam bo zasilacz mocno opisany i zastanawia mnie jak to jest.
Załaczam schemat.

[jarekz]

Z punktu widzenia współczesnego wzmacniacza operacyjnego istotne są:
- różnica potencjałów zacisków zasilania dodatniego Vcc+ i ujemnego Vcc-, np. (+33V) - (-3V) = 36V,
- dopuszczalne potencjały wejść, w karcie katalogowej podane w rubryce „common-mode input voltage range“, a dla TL082 wynoszące od (Vcc- + 4V) do (Vcc+ - 4V) - a więc w przypadku wspomnianego zasilacza od +1V do +29V względem „masy“.
„Masa“ to tylko jeden z węzłów całego układu o umownie przyjętym potencjale 0V (pamiętamy z lekcji fizyki, że potencjał elektryczny to rzecz względna). Wzmacniacz operacyjny z „masą“ nie ma nic wspólnego bezpośrednio, a jedynie pośrednio, poprzez sieć elementów dołączonych do swoich wejść i wyjścia.
Były kiedyś wzmacniacze operacyjne z wyprowadzonym zaciskiem do dołączenia masy (mam jeszcze kilka takich w szufladzie), ale były to bardzo wczesne, niedoskonałe konstrukcje.

[Sławek_30]

...dla TL082 wynoszące od (Vcc- + 4V) do (Vcc+ - 4V) - a więc w przypadku wspomnianego zasilacza od +1V do +29V względem „masy“.

Chyba nie dokońca cię rozumiem. 4+4=8V, a w przypadku tego zasilacza jest 29V?

Wzmacniacz operacyjny z „masą“ nie ma nic wspólnego bezpośrednio, a jedynie pośrednio, poprzez sieć elementów dołączonych do swoich wejść i wyjścia.

Czyli jak dobrze rozumiem masa jest tutaj umowna. Jak zatem odnieść się do jego parametrów względem masy, skoro masa jest umowna czy też pośrednia? Czy należy zatem jego parametry podane w nocie katalogowej traktować umownie?

Rozwin jeszcze proszę swoją myśl.

[jarekz]

Wzmacniacz operacyjny „nic nie wie“ o masie naszego układu jako całości. Wzmacniacz ma dwa zaciski zasilania (o nazwach np. Vcc- i Vcc+). Między te zaciski dołączamy zasilanie wzmacniacza operacyjnego. Dla TL082 może ono wynosić maksymalnie 36V (zalecana wartość to 10V do 30V). Wzmacniacz ma dwa wejścia: odwracające i nieodwracające. Dla prawidłowej pracy wzmacniacza TL082 potencjał każdego z wejść musi leżeć przynajmniej 4V powyżej potencjału Vcc- i przynajmniej 4V poniżej potencjału Vcc+. Jeśli Vcc- = -15V, a Vcc+ = +15V, to na wejścia TL082 można podawać napięcia od -11V do +11V.
Ponieważ w wielu przypadkach układy zawierające wzmacniacz operacyjny są zasilane z zasilania symetrycznego (np. +15V / -15V / 0V), gdzie 0V to potencjał odniesienia czyli „masa“, to w katalogach większości wzmacniaczy operacyjnych podaje się napięcia względem tejże „masy“. Mimo iż sam „goły“ wzmacniacz wcale nie jest do niej podłączony!
Równie dobrze można by było dla TL082 podać: Vcc- = 0V, Vcc+ = +10 do +30V (max. +36V), „common-mode input voltage“ = +4V do (Vcc+ - 4V). Wiele typów wzmacniaczy, np. LM358, powstało z myślą o zasilaniu pojedynczym; w ich kartach katalogowych dane podawane są przy założeniu, że ujemny zacisk zasilania = „masa“ = 0V.
W naszym układzie zasilacza mamy: „masę“, zasilanie dodatnie +33V oraz zasilanie ujemne -3V. Dla TL082 oznacza to, że:
- jest on zasilany napięciem o wartości 36V (wartość graniczna!),
- napięcia na jego wejściach powinny leżeć między +1V a +29V względem „masy“ zasilacza.
Wartość +1V uzyskałem, dodając 4V do potencjału Vcc- wynoszącego -3V.
Wartość +29V uzyskałem, odejmując 4V od potencjału Vcc+ wynoszącego +33V.
Rzucając okiem na schemat zasilacza można jednak stwierdzić, że na wejściach przynajmniej jednego z TL082 występuje potencjał „masy“ czyli 0V. A więc o 1V niżej niż wartość zalecana. Wzmacniacz co prawda najprawdopodobniej będzie działać, ale takie rozwiązanie jest nieeleganckie. Podobnie jak zasilanie wzmacniacza maksymalnym dopuszczalnym napięciem!

[Sławek_30]

O takie wytłumaczenie chodziło. Dziękuje

Rzucając okiem na schemat zasilacza można jednak stwierdzić, że na wejściach przynajmniej jednego z TL082 występuje potencjał „masy“ czyli 0V. A więc o 1V niżej niż wartość zalecana.

Masz rację. Zastanawiam się zatem czy lepszym rozwiązaniem nie byłoby obniżenie zasilania z 33V na 32V, a tym samym podać większe ujemne czyli -4V zamiast -3V. Wtedy wyjście powinno zawierać się w przedziale 0-28V, zamiast 1-29V, czy tak?

Zastanawiam się jeszcze na jednym, czy nie było by prościej tej części ujemnej oprzeć o przetwornice ICL7660?
Pytam bo buduję 4-kanałowy zasilacz i szukam dobrego rozwiązania.

[jarekz]

Nie mam schematu zasilacza przed oczami, ale rzeczywiście zalecana byłaby zmiana napięcia ujemnej szyny zasilania na -4V. Napięcie dodatniej szyny zmniejszyłbym do +30V. Dla TL082 tak byłoby lepiej. Aczkolwiek mogłyby ulec pogorszeniu jakieś parametry zasilacza, np. maksymalne napięcie wyjściowe. Nie analizowałem schematu, więc nie mogę tego potwierdzić, ale trzeba to wziąć pod uwagę.
Z ostatniej chwili: obejrzałem schemat; przy zasilaniu dodatnim +30V na wyjściu da się uzyskać jakieś +27V, ponieważ TL082 może dać na swym wyjściu max. około +28,5V, a dalej są jeszcze 2 tranzystory.
Gdybym ja miał ten zasilacz budować, znalazłbym inny wzmacniacz operacyjny: typu "rail-to-rail input/output", a więc:
- dopuszczający napięcia na wejściach z pełnego zakresu Vcc- ... Vcc+,
- mogący wytwarzać na wyjściu napięcia w pełnym zakresie Vcc- ... Vcc+,
- tolerujący napięcie zasilania do 40...44V.

Jeśli chodzi o wytworzenie napięcia ujemnego, to jest szereg przetwornic typu "pompa ładunkowa", jak choćby wspomniany ICL7660, ale są i niedrogie (kilkanaście zł) scalone przetwornice transformatorowe DC/DC. Wszystko zależy od tego jaki jest pobór prądu. Przypuszczam, że jest to tylko prąd zasilania dwóch TL082, a więc zaledwie kilka mA. Czyli wystarczy prosta przetwornica ładunkowa (kondensatorowa).