Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное: Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

Содержание

Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

Всем привет!
Надеюсь, никто не будет оспаривать частую необходимость двухполярного питания? А также частую невозможность получить его стандартными средствами, типа трансформатора с выводом от середины обмотки? Делитель из резисторов? Да, можно, только вот в этом случае никто не гарантирует вам симметричности напряжений в плечах, а соответственно и симметричности выходного сигнала, если речь идет об усилителе с двухполярным питанием. Так что смотрим на схему и вникаем.

Максимальное входное напряжение для этой схемы составляет 30 вольт. Таким образом, на выходе, мы получаем +/-15 вольт.
Ток нагрузки — .

Принцип действия преобразователя похож на работу компенсационного стабилизатора напряжения.

Микросхема DA1 сравнивает образцовое напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход с резистивного делителя R1-R3 с напряжением, поступающим на инвертирующий вход с выхода устройства. В соответствии с этим корректируется выходной сигнал, регулирующий отпирание/запирание выходных транзисторов. Максимальное напряжение ограничено только напряжением питания операционного усилителя. А выходной ток — установленными выходными транзисторами. Такая вот полезная штука.

Табличка с элементами, чуть не забыл.

Обозначение на схеме

Номинал

C1

100мкФх25В

C2

100мкФх25В

 

 

R1

510

R3

510

R2

1кОм

R5

200

R4

10кОм

 

 

T1

КТ815

T2

КТ816

 

 

DA1

К140УД7

Удачи, все вопросы — в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Двухполярное питание из однополярного для портатива на TPS65133

В эру портативной электроники все острее встает вопрос о питания переносных девайсов. Особую сложность представляет двухполярное напряжение питания, необходимое например в портативном усилителе для наушников. Сегодняшнее развитие электроники позволяет преодолеть данную проблему. Рассмотрим как сделать двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133.

Варианты двухполярного питания для портатива

Конечно для двухполярного питания в портативе можно воспользоваться двумя аккумуляторами. Но это приведет к дополнительным сложностям с их зарядкой, а также к расбалансу плеч по мере старения аккумуляторов.

Более продвинутый вариант сделать двухполярное питание из однополярного — использовать dc-dc инвертор напряжения MAX660, MAX865 или любой другой. Но и тут есть проблема. при разряде аккумулятора, вслед за положительным напряжением будет падать и отрицательное. Т.е. при заряженном аккумуляторе питание будет ±4.2, а при разряженном ±3 В или еще меньше.

И тут на помощь приходят SEPIC преобразователи. Не будем углубляться в теорию процесса преобразования — это тема отдельной статьи. А пока рассмотрим преобразователь однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133.

Двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133

Скачать Datasheet на TPS65133

Главным достоинство этого преобразователя является то, что выходное напряжение составляет ±5В независимо от входного напряжения, которое может быть от 2.9 до 5 вольт (допустимо подавать до 6 вольт). Т.е. микросхема создана для непосредственного использования с 3.6 вольтовыми аккумуляторами. Но никто не запрещает запитать ее от usb или блока питания.

Частота преобразования тут 1.7МГц. Для аудио устройств это отличный вариант. При этом, для работы не требуется использование трансформаторов, которые нужны в большинстве SEPIC конвертеров. Для преобразования требуется только индуктивность которая, благодаря столь высокой частоте, достаточно мала.

Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133 выглядит следующим образом:

Конденсаторы желательно устанавливать танталовые. Так же будет не лишним поставить дополнительно конденсаторы по 0.1 мкФ для фильтрации ВЧ-помех.

Что касается такого параметра как выходной ток, то тут все очень хорошо. Выходной ток может достигать 250 мА на плечо. Производитель заявляет, что при выходном токе от 50 до 200 мА КПД преобразователя превышает 90%, что является очень хорошим показателем для применения в портативной технике.

Ложка дегтя в бочку меда

При всех очевидных плюсах, самым большим минусом данной микросхемы является ее корпус. Микросхема выпускается только в корпусе предназначенном для поверхностного монтажа, размерами 3х3 мм. Размеры контактов составляют 0.6х0.2 мм, а расстояние между ними 0.25 мм.

Изготовить плату с такими контактами в домашних условиях — не самое простое занятие. Можно облегчить себе жизнь, если купить готовый модуль со впаянной микросхемой и обвязкой.

Вообще TPS65133 не единственная. В этом же ряду есть микросхемы TPS65130 TPS65131, TPS65132, TPS65135….. Однако либо их характеристики мене интересны, либо корпус еще хуже.

Буду очень признателен всем, кто подскажет микросхемы с аналогичными характеристиками. Жду Вас в комментах

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

Модуль Преобразования Однополярного Напряжения в Двухполярное | PRACTICAL ELECTRONICS

Данный преобразователь, или ещё по другому его можно назвать активным делителем напряжения, служит для получения двухполярного напряжения из обычного — однополярного. Напряжение на выходе такого делителя будет равно половине входного. Важным преимуществом этой схемы является автоматическое выравнивание выходных плеч, в независимости от тока их потребления. Конечно в разумных пределах, большое рассогласование по току потребления в выходных плечах, например, 100 мА и 3 А, эта схема обеспечить не сможет. А вот при разнице в 50 % схема работает на «ура».

Подобный модуль преобразования может быть использован в радиолюбительской практике в составе однополярного лабораторного блока питания, или же как встраиваемая конструкция отдельного источника питания.

Схема электрическая принципиальная преобразователя

Диапазон рабочих напряжений (входных), которые способна «разделить» схема составляет от 5 до 80 В, а максимальный выходной ток, который ограничен допустимым током транзисторов, составляет до 5 А.

Работа схемы основана на получении «искусственной земли» — C1C2R3R4 и подачи её на прямой вход операционного усилителя DA1.1. На инвертирующий вход DA1.1 поступает напряжение уже с выходной «виртуальной земли». Выход операционного усилителя управляет проводимостью выходных составных транзисторов VT1VT2. В зависимости от рассогласования токов в нагрузке, DA1.1 открывает тот или иной транзистор, тем самым выравнивая выходные потенциалы и обеспечивая «чистый нуль».

DA1.2. не несёт для работы схемы какого-либо функционала, а предназначен для индикации рассогласования токов в нагрузке с помощью светодиодов VD3VD4. По светодиодам можно отслеживать какой из транзисторов открыт, т.е. в каком из выходных плеч ток больше или меньше.

В какой-либо наладке, при правильном монтаже и исправных деталях схема не нуждается. Транзисторы VT1 и VT2 необходимо закрепить на теплоотводе. Возможный вариант печатной платы для схемы показан на рисунке ниже.

Вариант печатной платы

Для удобства навигации по разделу «Источники Питания» опубликована статья со ссылками на все конструкции и кратким описанием

Преобразователь однополярного питания в двухполярное

Недавно столкнулся со следующей проблемой, собрал два усилителя НЧ на TDA7294, следующим этапом была сборка импульсного блока двухполярного питания, но как-то не терпелось проверить работоспособность усилителей. Естественно трансформатора с двумя вторичными обмотками на нужное напряжение у меня не оказалось, да и вообще не было у меня трансформатора с двумя вторичными обмотками.

Покопавшись в своем барахле, нашел два не очень мощных трансформатора, каждый имел одну вторичную обмотку, но на разное напряжение. Далее я принял решение собрать плату, которая будет из одной вторичной обмотки делать двухполярное питание.

Устройство, преобразующее двухполярное питание из однополярного, имеет следующую схему:

Схема была найдена в интернете, но в ней нет ничего сложного и объяснять работу данного устройства я не буду.

Компоненты для сборки:

ОБОЗНАЧЕНИЕТИПНОМИНАЛКОЛИЧЕСТВОКОММЕНТАРИЙ
VDS1,VDS2Выпрямительный диодный мостЛюбой на нужное напряжение и ток2Распространенные KBU-610, KBU-810
C1,C5
Электролит4700 мкФ 50В2
C2,C6Конденсатор неполярный100 нФ2Пленка или керамика
C3,C4Электролит470 мкФ 100В2

Описываемый в этой статье преобразователь двухполярного питания из однополярного не работает с постоянным током на входе преобразователя. Работает только с переменным током. Суть устройства такова, что из одной вторичной обмотки можно сделать двухполярное питание.

Диодные мосты выбирайте любые, какие есть, главное, чтобы по напряжению и току подходили. У меня лежали с давней распайки мосты RBA-401, током 4 Ампера, напряжением 95 Вольт. Для питания одной TDA7294 (+-30В) этого достаточно. Распространенные мосты KBU-610, KBU-810 и другие.

Если вы захотите использовать данное устройство на напряжение больше 45 Вольт, то следует заменить конденсаторы C1,C5 на более высоковольтные. У меня не было электролитов ёмкостью 4700 мкФ, но были 2200 мкФ, их я и поставил 4 штуки.

Неполярные конденсаторы C2,C6 я поставил полипропиленовые, с разборки компьютерных блоков питания.

Трансформатор я использовал кольцевой, с одной вторичной обмоткой, напряжением 29 Вольт, мощностью 50 Вт. После выпрямления получил +-41 Вольт на конденсаторах.

При проверке я запитал TDA7294, выжал из не примерно 35 Вт, при этом просадка напряжения составила +-25 Вольт. Большая просадка напряжения произошла из-за слабого трансформатора. На плате преобразователя, все элементы кроме мостов были холодные, мосты теплые.

Сделаю вывод, что данный преобразователь двухполярного питания из однополярного, работает стабильно, и может использоваться для запитывания усилителей НЧ.

Минус данного устройства заключается в использовании на его входе только переменного тока.

Список компонентов в файле PDF СКАЧАТЬ

Печатная плата СКАЧАТЬ

Похожие статьи

9 Comments

если есть тороидальный трансформатор с которого идет 3 провода : красный-черный-красный . При подключении мультиметра к красному-черному выдает 14,5 в , при подключении к черному-красному выдает 14,5 в , при подключении к красному-красному выдает 30 в , если через ваш преобразователь пустить 2 моих красных провода , то сколько В будет на выходе и можно ли будет таким питанием запитать усилитель на тда7294 ?

На конденсаторе будет +-40 Вольт, многовато, но еще зависит от мощности вашего трансформатора так как обмотка одна на 29 Вольт, она пойдет и на отрицательное и на положительное плечо.

На какой ток вторичка расcчитана? Хорошо бы вторичку на вольт так 20-25.

зачем нужны С3 и С4? закоротить их и все?

Залей ещё печятную плату. Ато пишет файл повреждён!

Все работает, лечи комп!

Я извеняюсь! есть вопрос. собрал по схеме с таким же наминалом . но горят кондеры C3,C4 что может быть. подскажите пожалуста))

См. http://patlah.ru/etm/etm-09/radio%20konstryktor/radio_konstryktor/radio_k-41.htm
Чтобы не горели электролиты в цепях переменного тока, их защищают диодами слева, пропуская к плюсу конденсатора только положительную полуволну.

viktor1994 Конденсаторы могут гореть, только в случае К.З. диодного моста.

Собрал по этой схеме для запитки ТДА7293. Трансформатор от «Мелодия 103» на выходе у него +-30В С3 С4 у меня 330мкФ 200В и С1 С5 4000 мкФ(собрал со старых советских). После выпрямления +-40В на холостом ходу. Под нагрузкой -30В +40В. Я не специалист в этом деле, просто написал то что получилось по этой схеме. Плата работает с таким питанием.

Как выравнять дисбаланс по питанию?

Leave a Comment

Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Привет всем любителям радиоконструкторов. В этой статье я расскажу, как сделать преобразователь однополярного напряжения в двухполярное при помощи кит-набора, купленного на али, к слову такие же наборы можно приобрести в радиомагазине вашего города, но цена может значительно отличаться.

Данный преобразователь поможешь запитать те схемы, которые требуют двухполярного питания, часто такое питание необходимо усилителям звука.

Перед прочтением подробного описания сборки, предлагаю посмотреть видео о данном наборе.

Для того, чтобы собрать данный преобразователь, понадобится:
* Кит-набор, заказанный на али

* Паяльник, припой, флюс
* Приспособления для пайки, такие как «третья рука»
* Бокорезы
* Мультиметр

А теперь перейдем к самой сборке набора.

Привет всем любителям радиоконструкторов. В этой статье я расскажу, как сделать преобразователь однополярного напряжения в двухполярное при помощи кит-набора, купленного на али, к слову такие же наборы можно приобрести в радиомагазине вашего города, но цена может значительно отличаться.

Данный преобразователь поможешь запитать те схемы, которые требуют двухполярного питания, часто такое питание необходимо усилителям звука.

Перед прочтением подробного описания сборки, предлагаю посмотреть видео о данном наборе.

Для того, чтобы собрать данный преобразователь, понадобится:
* Кит-набор, заказанный на али

* Паяльник, припой, флюс
* Приспособления для пайки, такие как «третья рука»
* Бокорезы
* Мультиметр

А теперь перейдем к самой сборке набора.

однополярная — ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ

Особенности применения операционных усилителей при однополярном питании. Преобразователь однополярного питания в двуполярное. WITAS13121994. Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное. . УБП должен содержать однополярный мощный стабилизатор, напряжение которого… …включения ne5532 схема включения с однополярным питанием ne5532 чем… Электротехника: Однополярный одновибратор на операционном усилителе. Nm1031 преобразователь однополярного напряжения в двуполярное. . Схема двухполярное питание из однополярного. Данный однополярный источник питания, на выходе выдает стабилизированное… А как это по русски понять, однополярное и двуполярное питание? 1. Для питания УМЗЧ необходим однополярный блок питания, способный обеспечить… В. Подскажите схему включения микросхемы тда2030 на однополярном и на… Плата однополярного источника на КР142ЕН12. ОУ IC1-A питается от несимметричного (однополярного) источника питания. .. Робяты, LM358, конечно, может работать от однополярного источника +5 В… УНЧ с однополярным 12-вольтовым питанием. Усилители. Авторы сделали его с однополярным питанием, а мы — с двухполярным. . Схемы усилителей постоянного тока с однополярным питанием. веселые путешественники минус скачать. Однополярное в двуполярное на… Две самых распространенных ошибки: — Однополярное питание — Ориентирование на… Схема базируется на апноутах от Texas Instruments, посвященных однополярному… Вот наткнулся на такую схемку, вроде тоже однополярное, но с созданной… Для питания можно использовать любой однополярный адаптер 9-36 В. Выходное… Использование внутреннего однополярного в , позволило. . При -20v развивает… Имеется однополярный блок питания(импульсник) 12V 5A 60W. Предлагаю очень простую схему преобразователя однополярного питания в двух… Рис. 3.2. . Печатная плата и размещение элементов однополярного. источника… Схема преобразования однополярного сигнала в балансный (двуполярный)… Это простое устройство позволит преобразовывать однополярное постоянное… УНЧ на микросхеме TDA2030 — однополярное питание. унч на интегральной… Рис.4. Схема включения микросхемы TDA2006 с однополярным питанием. Было решено сделать вариант моно с однополярным питанием на одной микросхеме… Этот простой преобразователь однополярного напряжения в двухполярное… Здесь ситуация такая: питание у операционника 4558 однополярное, а… что то… схема транзисторного усилителя мощности с однополярным питанием Сделай сам. Однополярная методика. Эта схема осуществляет преобразование из однополярного напряжения в… электрические схемы сверлильного станка. Нужна схема УВ на ОУ с однополярным… Двухполярное питание из однополярного схемы. Преобразователь Однополярного В Двуполярное — опубликовано в Импульсные блоки… Рис.1.4. а — однополярная;б — двухполярная. 1.По модулируемому параметру… Можно ли подавать на вход ОУ с однополярным питанием. ортопедические матрасы… …широкодиапазонные операционные усилители с однополярным питанием и… AD8561 может работать как от двуполярного, так и от однополярного напряжения… Преобразователь однополярного. телефонный справочник экибастуза онлайн… С получением обычного однополярного напряжения (+-), где всего два провода… Схема преобразования однополярного сигнала в балансный (двуполярный. При переводе на однополярное питание динамик подключается к выходу микрухи не… Маломощный блок питания с преобразованием однополярного напряжения в… Только обрати внимание пожалуйста . что есть схемы и с однополярным питанием… Это типовое однополярное влючение TDA2050 с добавлением фильтра на входе для. .. Схема представляет преобразователь однополярного напряжения в двухполярное на… …начинающих: Подскажите схему двухполярного питания из однополярного на 25в. …(выхода ОУ, запитанного от «+ » и «- «) с входом «однополярного » АЦП в… Как сделать двухполярное питание из однополярного? . — Еще на сайте вы… Если ДА — то как можно такие фильтры на однополярный усилитель прицепить? Сигнал на него идёт от предыдущих блоков. . Питание здесь однополярное, в… Из,Однополярного,Двухполярный,Источник,Питания,нашел,схему,этом,сайте,собрал…

Недорогие 15 – и 20 – ваттные преобразователи DC/DC с широким диапазоном входного напряжения (4:1)

Предлагаемые компанией ХР Power новые серии DTJ15 и DTJ20 преобразователей напряжения DC/DC выполнены в корпусе для монтажа на шасси или DIN–рейку, имеют номинальные напряжения питающей сети постоянного тока 12/24 или 24/48 В и преобразуют его в фиксированное однополярное напряжение постоянного тока от 3,3 до 15 В, или двухполярное напряжение от ±5 до ±15 В, светодиодный индикатор обеспечивает чёткую индикацию состояния выходного напряжения (power good).

Обе серии доступны с двумя широкими диапазонами входного напряжения: от 9 до 36 В для сетей с номинальным напряжениями 12 или 24 В; от 18 до 75 В для работы от сети постоянного напряжения с номинальными напряжениями 24 или 48 В. Обеспечиваются стабилизированные выходные напряжения: четыре однополярных напряжения и три двухполярных напряжений 3,3; 5; 12; 15; ±5; ±12 (24 В) и ±15 В (30 В). Модели с двухполярным выходным напряжением также могут быть использованы для формирования однополярного напряжения 24 или 30 В. Выходное напряжение у одноканальных моделей регулируется в диапазоне ±10% от номинального значения подключением внешнего регулировочного резистора.

Модули оснащены следующими защитными функциями: защита от обратной полярности входного напряжения, от пониженного входного напряжения; короткого замыкания, превышения выходного напряжения и перегрузки по току. Подключение входных и выходных цепей обеспечивается клеммами с винтовым креплением. Функция дистанционного включения/отключения является стандартной, при включении дежурного режима на входе протекает ток около 2 мА. Модули преобразователей напряжения поддерживают режим холостого хода — нет ограничений по минимальной нагрузке, в режиме холостого хода ток потребления от 8 до 15 мА. Преобразование напряжения осуществляется с КПД до 89% для серии DTJ15, и до 90% для устройств серии DTJ20.

Отвод тепла осуществляется конвекцией, диапазон рабочей температуры от от – 40 до +100ºC; преобразователи серии DTJ15 обеспечивают полную мощность для температур до +77ºC (модели с выходом ±5 В — до +71ºC), применение дополнительного радиатора анодированного радиатора расширяет предельную температуру при которой обеспечивается полная мощность до +83ºC (+77ºC для модели с выходным напряжением ±5 В). Преобразователи серии DTJ20 способны обеспечить полную мощность для температур до +66ºC (+61ºC для модели с выходом ±5 В), применение дополнительного радиатора расширяет предельную температур для полной мощности до +72ºC (+67ºC для модели с выходом ±5 В).

Обе серии соответствуют требованиям следующих стандартов: по уровню генерируемых помех и стойкости к воздействию внешних помех EN55032 Class A без применения внешних компонентов; стандарты безопасности: CB IEC60950-1, IEC62368-1 (оборудование информационной технологии), UL60950-1. Электрическая прочность изоляции между первичной и вторичной цепью 3000 В (постоянный ток). Значение среднего времени между отказами (MTBF), вычисленное по стандарту MIL-HDBK-217F для применения в стационарном наземном оборудовании при температуре +25ºC, составляет более 380 000 ч.

Модули выполнены в корпусе из пластика с классом возгораемости UL94-V-0, который имеет четыре монтажных отверстия диаметром 3,3 мм для монтажа на шасси. Габаритные размеры корпуса модуля серий DTJ15 и DTJ20 76,2 × 31,4 × 19,4 мм. Модели для монтажа на DIN-рейку выше на 6 мм.

Применение DC/DC–преобразователей серий DTJ15 и DTJ20 обеспечивает экономию 20% по сравнению с существующими моделями серии DTE, способствуя расширению ряда DC/DC-преобразователей для монтажа на шасси и DIN-рейку, применимых для оборудования информационной технологии (ITE) и промышленного оборудования. Типичными применениями новых серий являются: системы связи, управления дверями/лифтами/эскалаторами; робототехника, системы видеонаблюдения и обнаружения, текущего контроля безопасности, телеметрия и многое другое.

Радио схемы електроника журналы замки

Вы здесь: Главная » Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное

Всем привет!
Надеюсь, никто не будет оспаривать частую необходимость двухполярного питания? А также частую невозможность получить его стандартными средствами, типа трансформатора с выводом от середины обмотки? Делитель из резисторов? Да, можно, только вот в этом случае никто не гарантирует вам симметричности напряжений в плечах, а соответственно и симметричности выходного сигнала, если речь идет об усилителе с двухполярным питанием. Так что смотрим на схему и вникаем.


Максимальное входное напряжение для этой схемы составляет 30 вольт. Таким образом, на выходе, мы получаем +/-15 вольт.
Ток нагрузки — .

Принцип действия преобразователя похож на работу компенсационного стабилизатора напряжения. Микросхема DA1 сравнивает образцовое напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход с резистивного делителя R1-R3 с напряжением, поступающим на инвертирующий вход с выхода устройства. В соответствии с этим корректируется выходной сигнал, регулирующий отпирание/запирание выходных транзисторов. Максимальное напряжение ограничено только напряжением питания операционного усилителя. А выходной ток — установленными выходными транзисторами. Такая вот полезная штука.

Табличка с элементами, чуть не забыл.

Обозначение на схеме

Номинал

C1

100мкФх25В

C2

100мкФх25В

 

 

R1

510

R3

510

R2

1кОм

R5

200

R4

10кОм

 

 

T1

КТ815

T2

КТ816

 

 

DA1

К140УД7

Автор: Нет данных

Связь с автором: Нет данных

Веб сайт автора: Нет данных

Прислал: Нет данных

Источник: http://radiokot. ru

Разработка униполярного преобразователя в биполярный для ЦАП с униполярным выходным напряжением — Освоение дизайна электроники

Преобразователи

из униполярного в биполярный полезны, когда нам нужен униполярный компонент для выполнения определенной работы в среде разработки смешанных сигналов. Например, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) могут иметь диапазон выходного напряжения от 0 до 2,5 В или от 0 до 5 В, в то время как конструкция требует диапазона от –5 В до +5 В. Чтобы соответствовать этому требованию, мы необходимо разработать преобразователь из униполярного в биполярный, который будет вставлен между выходом ЦАП и следующим биполярным каскадом.Это похоже на схему на рисунке 1. Как я ее спроектировал?

Рисунок 1

Конструкция униполярного преобразователя в биполярный начинается с записи требований:

Если Vin = 0 В, то Vout = –5 В.
Если Vin = +5 В, то Vout = +5 В.

Всегда полезно записывать технические характеристики в верхней части страницы. Вы увидите такое поведение во всех моих статьях. Таким образом, вы всегда будете иметь перед глазами проектные спецификации, пока вы будете записывать свои расчеты.Это также поможет вам лучше «увидеть», что требуется, чтобы вы не отклонились от курса с некоторыми другими вычислениями, в то время как все, что вам нужно, это достичь своей цели: определенный диапазон выходного напряжения для данного входного диапазона.

Эту схему можно решить двумя способами: решение, основанное на требованиях к конструкции, и математический метод. Начнем с рассмотрения требований к дизайну.

Во-первых, выходной диапазон удваивается по сравнению с входным диапазоном. Диапазон на входе составляет 5 В, а на выходе — 10 В.Напрашивается вывод, что коэффициент усиления преобразователя должен составлять 2.

.

Во-вторых, если мы умножим входной сигнал на коэффициент усиления 2, выход будет колебаться между 0 и +10 В. Однако наш выходной диапазон должен быть от –5 В до +5 В, поэтому нам нужно будет ввести смещение выхода. -5 В. Если наше опорное напряжение +5 в на выходе ЦАП от 0 до +5 в, то ясно, что нам нужно вычесть это напряжение с выхода преобразователя. Какая конфигурация операционного усилителя выполняет вычитание? Дифференциальный усилитель.

Любая линейная схема имеет передаточную функцию, определяемую усилением и смещением, как в следующем уравнении.

(1)

Поскольку мы знаем коэффициент усиления и смещение, мы можем записать передаточную функцию униполярного преобразователя в биполярный.

(2)

Дифференциальный усилитель показан на рисунке 2,

Рисунок 2

и его передаточная функция выглядит следующим образом.

(3)

Для подтверждения этой передаточной функции прочтите «Как получить передаточную функцию дифференциального усилителя».

Сравним уравнения (2) и (3). В уравнении (3) V1 становится Vin. Кроме того, у нас есть опорное напряжение +5 В нашей системе. Так как нам нужно вычесть 5 В из выходного сигнала схемы, мы получим V2 = +5 В. Если V2 равно 5 В, то R4 / R3 = 1. Мы можем выбрать R3 = R4 = 10 кОм.

Один из факторов V1 в уравнении (3) равен 1 + R4 / R3 = 2.Следовательно, R2 / (R1 + R2) должно быть единым, поэтому R1 = 0 и R2 может быть любым, включая отсутствие резистора. Окончательная схема униполярного преобразователя в биполярный — это схема на Рисунке 1.

>>> <<<

Математическое решение — это система двух уравнений с двумя неизвестными. Исходя из проектных спецификаций, которые мы написали ранее, передаточная функция дифференциального усилителя записана для обоих крайних значений выходного диапазона:

(4)

Решение простое.Из первого уравнения R4 / R3 = 1. Затем из второго уравнения R2 / (R1 + R2) = 1, тот же результат, что и раньше.

Бросьте вызов традиционному — сделайте Unipola

Аннотация: В этой заметке по применению исследуется, как преобразовать униполярный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для использования в биполярных приложениях. Расчеты приведены, чтобы показать преобразование для идеального однополярного ЦАП путем добавления эталона точности напряжения и точность ОУ. Реальные преобразования иллюстрированы дискуссия о том, как выбрать необходимые резисторы, опорное напряжение и ОУ, а также параметры, чтобы рассмотреть.

Аналогичная версия этой статьи была опубликована 3 марта 2014 г. в EE Herald .

Введение

В аналоговых ИС наблюдается тенденция к использованию цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) с однополярным питанием. ЦАП с положительным напряжением питания 5 В удобен, но он ограничивает доступные приложения теми, для которых не требуются высоковольтные, сильноточные или биполярные (±) выходы. В этом примечании к применению мы проиллюстрируем, как внешний операционный усилитель может преобразовать униполярный ЦАП для обеспечения биполярной работы.

Необычный маршрут

Выражение «вверх по лестнице» происходит от одноименного фильма, пьесы и книги. 1 Комедия по мотивам школы Нью-Йорка. Название напоминает о правиле, которое наказывало студентов за подъем по лестнице, предназначенной для спуска. Для юноши всегда велик соблазн взбежать по лестнице или эскалатору (, рис. 1, ), который спускается. Кто-то может сказать, что ребенок «нестандартно мыслит» или нарушает правила, и, возможно, так оно и есть.Ясно, что он бросает вызов ожидаемому или предписанному потоку, общепринятому мышлению. Он также показывает, как, проявив смелость, цель может быть достигнута нетрадиционным путем. Здесь есть урок для нас, инженеров.

Рис. 1. Мальчик, взбегающий по этому эскалатору, использует нетрадиционный способ достичь своей цели, вероятно, до секции игрушек. Мы, инженеры, можем принять к сведению и попытаться решить проблемы нестандартными методами.

Иногда, когда мы проектируем аналоговые схемы, «элементы» дизайна просто не хотят сочетаться друг с другом.Решение кажется необычно труднодостижимым. Примерная ситуация — когда нам нужен биполярный выход от униполярного ЦАП. Сегодня в отрасли наблюдается тенденция к созданию устройств меньшего размера, с меньшим энергопотреблением и более высокой производительностью, что отлично, когда решает проблему решения. Однако этот же низковольтный униполярный ЦАП не может работать напрямую в высокопроизводительных, высоковольтных, сильноточных или биполярных приложениях. Любые дополнительные схемы не должны ухудшать работу ЦАП. В таком случае пора подняться по эскалатору, чтобы попробовать что-то другое.Мы покажем вам, как сделать биполярный выход из униполярного ЦАП, добавив высоковольтный операционный усилитель.

Модификация «идеального» униполярного ЦАП

Простая биполярная выходная схема показана на Рис. 2 . Он содержит однополярного ЦАП, ссылку точности напряжения, точности и ОУ.

Рис. 2. Типовая рабочая схема биполярного выхода.

Выходные функции этой схемы можно получить, сделав два общих предположения об идеальном операционном усилителе:

  • Входной ток операционного усилителя равен 0.
  • Вход V + равен входу V- в стабильных условиях.

Следуя действующему закону Кирхгофа, уравнение для V-узла:

(Уравнение 1)

Решение уравнения 1 для V OUT и замена V- на V DAC :

(Уравнение 2)

Фактически, мы вывели уравнение дифференциального усилителя, в котором первый элемент является неинвертирующим входом, а второй элемент — инвертирующим компонентом, каждый со своими коэффициентами усиления.

Так как выходной сигнал ЦАП, V ЦАП, является функцией входного кода и прилагаемого опорного напряжения, уравнение 2 может быть переписано в виде:

(Уравнение 3)

Если R FB = R INV и их отношение становится равным 1, это уравнение можно дополнительно упростить до:

(Уравнение 4)

Таким образом, биполярный режим позволяет выходу колебаться от -V REF до + V REF с единичным усилением. Таблица 1 показывает идеальные биполярные выходные данные в сравнении с кодом, основанным на уравнении 4, для идеального 16-битного ЦАП с напряжением 2,5 В REF на рисунке 2.

Таблица 1. Биполярный выход в зависимости от кода (V REF = 2,5 В)

6
Десятичный код Двоичный код Шестнадцатеричный код В ВЫХ (В)
0 0000 0000 0000 0000 0 -2,50000000
1 0000 0000 0000 0001 1 -2.49992370
2 0000 0000 0000 0010 2 -2,49984741
3 0000 0000 0000 0011 3 -2,49977111
4 0000 0000 0000 0100 4 -2,49969482
5 0000 0000 0000 0101 5 -2,49961852
6 0000 0000 0000 0110 6 -2. 49954223
7 0000 0000 0000 0111 7 -2,49946593
8 0000 0000 0000 1000 8 -2,49938964
9 0000 0000 0000 1001 9 -2,49931334
10 0000 0000 0000 1010 А -2,49923705
11 0000 0000 0000 1011 B -2.49916075
12 0000 0000 0000 1100 С -2,49

6

13 0000 0000 0000 1101 D -2,49
14 0000 0000 0000 1110 E -2,49893187
15 0000 0000 0000 1111 F -2,49885557
....
....
....
32767 0111 1111 1111 1111 7FFF -0,00003815
32768 1000 0000 0000 0000 8000 0,00003815
32769 1000 0000 0000 0001 8001 0,00011444
....
....
....
65534 1111 1111 1111 1110 FFFE 2,49992370
65535 1111 1111 1111 1111 FFFF 2.50000000
Оптимизация «идеального» ЦАП для реального приложения

Как видим, было легко преобразовать в наш идеальный униполярный ЦАП.Однако мы живем в реальном мире, где нет ничего идеального. Каждый компонент на Рисунке 2 обеспечивает свой собственный уровень точности, который в совокупности способствует окончательной выходной точности ЦАП. Каждая система должна быть охарактеризована и откалибрована с точностью, необходимой для ее применения. В результате, несмотря на то, вы можете выбрать высокоточный 16-битный ЦАП, особое внимание следует также уделять выбор соответствующих резисторов опорного напряжения, усилителя и обратной связи. Какой компонент больше всего способствует неточности? Какие параметры наиболее важны для биполярных приложений? Это непростые или тривиальные вопросы.Неопытный инженер может быть удивлен, узнав, что даже простые резисторы могут иметь очень важное значение для этой модификации конструкции.

Выбрать правильные резисторы не так просто

Согласование сопротивления, допуск и температурный коэффициент являются наиболее важными параметрами в любом прецизионном приложении. Эти параметры влияют на ошибки схемы, смещение, ошибку усиления и стабильность усиления в диапазоне температур. Необходимо учитывать каждый параметр.

Доступен широкий диапазон типов резисторов, от тонкой пленки до металлической фольги с допуском от 1% до 0. 01%. Температурные коэффициенты варьируются от 300 ppm / ° C до 0,2 ppm / ° C с затратами, которые позволяют отслеживать точность. Однако самый важный параметр для настройки усиления может не быть явно указан в спецификации резистора: соответствие резистора другому резистору. Для производства более чем нескольких штук, где резисторы могут быть подобраны вручную, необходимо предположить, что два резистора находятся на противоположных концах допуска. Это единственное допущение, позволяющее безопасно работать в худшем случае. Точно согласованные пары резисторов могут быть дорогими в зависимости от производственного процесса.Большим преимуществом использования процесса изготовления полупроводников является то, что резисторы изготавливаются в процессе фотодупликации и производятся одновременно на одной и той же подложке. Это можно сделать двумя способами. В одном методе используется продукт с двумя резисторами в упаковке. 2 Другой метод использует несколько резисторов и ЦАП, которые установлены в одном корпусе. Мы объясним этот второй метод ниже.

Выбор подходящего усилителя

Выбор подходящего усилителя также может быть сложной задачей, особенно для 16-битного и более точного ЦАП.Пристальное внимание нужно уделить входным параметрам. Их много: входной ток смещения, входное напряжение смещения, дрейф входного напряжения смещения, диапазон входного напряжения, входная емкость и время установления, а также входной ток и плотность шума напряжения. Не менее важны и другие параметры: коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) и коэффициент подавления источника питания (PSRR), полное гармоническое искажение (THD) и ширина полосы усиления, скорость нарастания и время восстановления выходного переходного процесса. Подробное объяснение каждого из этих параметров выходит за рамки данной статьи и требует тщательного изучения технических характеристик усилителя. 3

Внешние факторы воздействия Опорное напряжение

Есть несколько ключевых спецификаций для выбора опорного напряжения, 4 и вам необходимо проконсультироваться лист данных для каждого: точность выходного напряжения, температурный коэффициент выходного напряжения, линии и нагрузки регулирования, и шум выходного напряжения и долговременную стабильность. После всего этого есть еще одно соображение. Внешние силы могут ухудшить некоторые эталонные напряжения параметров. 5 Например, регулирование нагрузки может стать проблемой, если структура ЦАП изменяет нагрузку на источник опорного напряжения.

Чтобы лучше понять этот процесс, мы рассмотрим три различных сценария.

  1. Предположим, что существует ЦАП с буферным опорным входом и поддерживает одинаковое сопротивление на опорный вход для всех уровней выходных и цифровых кодов. Однако без эталонного входного буфера точность приложения может снизиться, если нагрузка изменится во время работы.
  2. Теперь рассмотрим архитектуру цепного ЦАП, иначе известную как цифровой потенциометр, который в своей простейшей форме представляет собой группу последовательно соединенных резисторов с отводом и переключателем между каждым резистором, так что любой может быть выбран в качестве дворника.Если нагрузка на цепь стеклоочистителя горшка очень высокое сопротивление, оно не будет иметь практически никакого влияния на общее сопротивление, что опорное напряжение будет увидеть в верхней части горшка. Однако, если на стеклоочистителе действует нагрузка с меньшим сопротивлением, изменение сопротивления нагрузки, обнаруживаемое опорным напряжением, может быть значительным. В этом случае регулировка нагрузки, определенная в техническом паспорте, может существенно повлиять на точность приложения.
  3. Есть также лестница железнодорожная (R-2R). С структурой R-2R, опорное напряжение нагрузки может изменяться от 10x до 20x, и дополнительная нагрузка от резисторов, R INV и R FB , а усилитель диктуют, что сопротивление опорного напряжения должно быть столь же высоким, как возможный.
Создание нетрадиционного практичного — желаемый биполярный ЦАП

Униполярные 16-битные ЦАП без буферизации могут работать в биполярном режиме с добавлением внешнего прецизионного операционного усилителя. Двумя примерами такой конфигурации являются 16-битные ЦАП MAX542 и MAX5442, в которых используются интегрированные согласованные масштабирующие резисторы на 0,015% (макс.), R FB и R INV , для легкого биполярного колебания выходного сигнала (, рис. 3, ). Использование этих ЦАП исключает дублирование выходных буферов, экономит место на печатной плате и предоставляет нашим клиентам простое в использовании и экономичное решение.

Рис. 3. Эти 16-битные ЦАП используют внешний операционный усилитель для обеспечения биполярного выхода.

Для этого решения требуются операционные усилители последнего поколения, такие как MAX9632. Графики INL и DNL биполярного режима работы ЦАП на Рисунке 3 показаны на Рисунках 4 7 . Расчет INL был выполнен с использованием нескорректированных данных, измеренных мультиметром Agilent ® -HP ® 3458A, и с использованием метода конечных точек.

Рисунок 4.Биполярный выход INL для MAX542A.

Рис. 5. DNL биполярного выхода для MAX542A.

Рисунок 6. Биполярный выход INL для MAX5442A.

Рис. 7. DNL биполярного выхода для MAX5442A.

Заключение

Хотя это не так просто в реальном сценарии, преобразование униполярного ЦАП для использования в приложениях, требующих биполярного режима, выполнимо, если вы мыслите нестандартно или поднимаетесь по лестнице вниз.При добавлении резисторы, опорного напряжения точности, и точность ОУ с однополярным ЦАП, нам удалось сделать именно это.

Список литературы

  1. Up the Down Staircase (книга) http://en.wikipedia.org/wiki/Up_the_Down_Staircase, (фильм) http://en.wikipedia.org/wiki/Up_the_Down_Staircase_%28film%29.
  2. Для некоторых примеров подходящих резисторов см. Техническое описание MAX5490 (резистор-делитель с прецизионным согласованием 100 кОм), техническое описание MAX5491 (прецизионно согласованный резистор-делитель) и техническое описание MAX5492 (прецизионное согласование 10 кОм резистор-делитель).
  3. См. Также учебное пособие 4348 «Минимизируйте смещения напряжения в прецизионных усилителях» и примечание по применению 4295 «Полоса пропускания слабого сигнала в эпоху большой полосы частот». Портфель
  4. знакомства Максима ссылок напряжения, которая включает в себя более 140 опорного напряжения точности серии с широким диапазоном напряжения (1.2V to10V).
  5. Для получения дополнительной информации см учебник 719, «Понимание напряжения ССЫЛКА Топологии и характеристики» и приложение к сведению 2879, «Выбор оптимального напряжения Reference.”

(PDF) Бестрансформаторный биполярный / униполярный генератор импульсов высокого напряжения с низковольтными компонентами для систем водоподготовки

успешно сгенерирован с требуемыми спецификациями

за счет использования низковольтного входа постоянного тока и низкого напряжения

составные части.

Наконец, на рис. 12 показано изменение напряжений конденсаторов.

Ch2 и Ch3 показывают напряжение одного из верхних и нижних

конденсаторов плеча, соответственно.В то время как Ch4 и Ch5 показывают импульсное выходное напряжение

(vo) и ток (io) в случае биполярного режима

соответственно. Из рисунка 12 видно, что конденсаторы

хорошо сбалансированы.

ТАБЛИЦА VI:

ПАРАМЕТРЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Входное постоянное напряжение, В постоянного тока 50 В

Требуемое общее повышенное постоянное напряжение, В постоянного тока 800 В

Требуемая величина импульсного выхода, униполярный / биполярный 800 В / + 400 В Количество

ступеней в нижнем CDVM, м 3

Сопротивление нагрузки 1 кОм

Длительность импульса однополярный / биполярный, t

10/25 мкс

Время нечувствительности 3 мкс

Периодическое время импульса 1 мс

Емкости MMC 1 мкФ

Повышающий преобразователь и емкости CDVM 2.2 мкФ

Дроссель повышающего преобразователя 20 Mh

Частота коммутации повышающего преобразователя, fsw 10 кГц

VIII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье был представлен высоковольтный генератор униполярных / биполярных импульсов

для обработки воды с помощью подводного импульсного коронного разряда

. Предлагаемая схема

основана на повышающем преобразователе постоянного / постоянного тока в сочетании

с конденсаторно-диодными умножителями напряжения с центральным питанием на

, повышающих относительно низковольтный источник постоянного тока до надлежащего уровня постоянного напряжения

.Затем используется модульный многоуровневый преобразователь

, который прерывает повышенное напряжение на униполярные или биполярные выходные импульсы.

Основными преимуществами предлагаемого устройства являются: (i)

бестрансформаторная работа, (ii) генерация высоковольтных

импульсов с использованием источника постоянного тока относительно низкого напряжения и компонентов

с низковольтными номиналами, и ( iii) доступны униполярные и биполярные импульсы

. При сравнении предложенного подхода

и других существующих генераторов биполярных импульсов на основе Маркса было проведено

для оценки предложенной схемы, предполагающей, что входное напряжение постоянного тока

одинаковое, номинальное напряжение переключателей и конденсаторов,

и униполярное импульсное выходное напряжение.Предлагаемый генератор

требует меньшего количества IGBT, но большего количества конденсаторов

с меньшей емкостью. Также представленный генератор

имеет такие особенности MMC, как модульность, масштабируемость,

и отказоустойчивость. С другой стороны, в случае биполярного режима

предлагаемая схема способна генерировать более низкое импульсное выходное напряжение на

(50%) по сравнению с другими генераторами на основе Marx-

(при условии того же униполярного импульсного выхода

). напряжение во всех комплектациях).Подробный проект предлагаемого генератора

был представлен в этой статье. Наконец,

моделирование и экспериментальная проверка были использованы для подтверждения жизнеспособности предложенной схемы

.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Эта публикация стала возможной благодаря гранту NPRP NPRP (7-

203-2-097) Катарского национального исследовательского фонда (член

Катарского фонда). Заявления, сделанные в данном документе, являются исключительной ответственностью авторов

.

ССЫЛКИ

[1] Карл Х. Шенбах, Франк Э. Петеркин, Раймонд У. Олден и Стивен

Дж. Биб «Влияние импульсных электрических полей на биологические клетки:

Эксперименты и приложения», IEEE Transactions по науке о плазме,

том 25, вып. 2, стр. 284–292, 1997.

[2] Дж. Х. Ким, С. К. Ли, Б. К. Ли, С. В. Шендери, Дж. С. Ким и Г. Х.

Рим, «Генератор биполярных импульсов высокого напряжения с двухтактным инвертором. , ”

в конф.Ind. Electron. Soc., 2003, т. 1. С. 102–107.

[3] Т. Котник, Г. Пучихар, М. Реберсек, Д. Миклавчич, Л. М. Мир, «Роль формы импульса

в электропермеабилизации клеточной мембраны», Biochimica et.

Biophysica Acta (BBA) — Biomembranes, vol. . 1614, № 2, pp.193–200,

2003.

[4] Т. К отн ик, Л. М. Мир, Кар-эль-Флисар, Марко Пуца, Дамиджан Микл авчич, «Электропермеабилизация мембраны Cell

с помощью симметричных биполярных прямоугольных импульсов

: Часть I.Повышение эффективности проницаемости »,

Биоэлектрохимия, т. 54, No. 1, pp.83-90, 2001.

[5] J.S. Чанг, П.С. Лой, К. Урасима и А.Д. Брайден «Импульсная дуга

Разряд в воде: механизм проводимости тока и давления

Волновые образования», Конференция по электрической изоляции и диэлектрическим явлениям

, стр.105-108, 2000.

[6] Emerson Process Management, «Теория и применение проводимости»,

Application Data Sheet, январь 2010 г. (доступно онлайн:

http: // www.emerson.com/resource/blob/68442/7b95542772c37c1415ce2

ff0a3c4521a / application-data — Theory-and-Application-of-Conductivity-

data.pdf).

[7] Йонг Ян, «Плазменный разряд в воде и его применение для

промышленной обработки охлаждающей воды», докторская диссертация, Университет Дрекселя,

2011.

[8] Джон Манковски и Магне Кристиансен, «Обзор технологии генераторов коротких импульсов

», IEEE Transactions on Plasma Science, volume

28, no.1, pp.102-108, 2000.

[9] Х. Акияма, С. Сакаи, Т. Сакугава и Т. Намихира, «Экологические

Применения повторяющейся импульсной мощности», IEEE Transactions on

Dielectrics and Электрическая изоляция, том 14, № 4, стр. 825 — 833,

2007.

[10] Матей Реберсек и Дамиан Миклавчич «Преимущества и недостатки

различных концепций генерации импульсов электропорации», Автоматика,

том 52, нет.1, pp.12–19, 2011.

[11] Цзыкан Ян, Лан Сюн, Сяоцзе Е, Бо Лонг, Чжаохуэй Си и Вэй

He «Генератор импульсов высокого напряжения на основе схемы Маркса и ее

приложение для Стерилизация », 3-я Международная конференция по

Биомедицинская инженерия и информатика (BMEI), том 3, стр. 1310 —

1314, 2010.

[12] С. Забихи, Ф. Заре, Г. Ледвич, А. Гош и Х. Акияма, «Новая топология импульсного источника питания

, основанная на концепции преобразователей

с положительным повышающим напряжением», IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical

Insulation, volume 17, no.6, pp. 1901 — 1911, 2010.

[13] J.W. Бэк, М. Рю, Д.В. Ю и Х.Г. Ким, «Генератор импульсов высокого напряжения

, использующий массив повышающих преобразователей», 28-я ежегодная конференция IEEE

Общества промышленной электроники (IECON 02), том 1, стр. 395 —

399, 2002.

[14] Джу-Вон Пэк, Дон-Ук Ю, Кын-Хи Рим и Бён-Мун Сон,

«Генератор импульсов 2 кВ-40 А с использованием массива повышающих преобразователей», 14-я Международная конференция по импульсной энергии IEEE

, том 2, стр.1423–1426, 2003.

[15] Мохаммад Резанежад, Абдолреза Шейхолеслами и Джафар Адаби,

«Модульная топология умножителя напряжения с коммутируемым конденсатором для импульсного источника питания

», IEEE Trans. по диэлектрикам и электроизоляции,

том 21, вып. 2, pp.635-643, 2014.

[16] Мохаммад Резанежад, Абдолреза Шейхолеслами и Джафар Адаби,

«Высоковольтный импульсный генератор с модульными переключаемыми конденсаторами»,

IEEE Trans.по науке о плазме, том 42, вып. 5, pp. 1373-1379, 2014.

[17] М. Резанеджад, Дж. Адаби, А. Шейхолеслами и А. Нами, «Высоковольтные генераторы импульсов

на основе конденсаторно-диодного умножителя напряжения», 15-е

Международная конференция по силовой электронике и управлению движением

(EPE / PEMC), 2012.

[18] Л.М. Редондо, «Схема умножителя постоянного напряжения, работающая как генератор импульсов высокого напряжения

», IEEE Transactions on Plasma Наука, т.38,

нет. 10. С. 2725-2729, 2010.

[19] Ахмед Эльсеруги, Ахмед М. Масуд, AM Ибрагим, Шехаб Ахмед,

«Генератор импульсов высокого напряжения на основе преобразователей постоянного тока и конденсаторно-диодных умножителей напряжения

для систем водоподготовки»,

IEEE Trans. Dielectr. Электр. Insul. , Vol. 22, No. 6, pp.3290-3298, 2015.

[20] Ахмед Эльсеруги, Шехаб Ахмед и Ахмед Масуд, «Генератор импульсов высокого напряжения

на основе повышающего преобразователя постоянного тока с конденсатором —

% PDF-1.4 % 5 0 obj > эндобдж 4 0 obj > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [228.092 70.5974 301.2 79.2] / Subtype / Link / Type / Annot >> эндобдж 7 0 объект > эндобдж 6 0 obj > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [328.8 33.3196 393.838 41.9221] / Subtype / Link / Type / Annot >> эндобдж 9 0 объект > эндобдж 8 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [514.006 33.3196 576.735 41.9221] / Subtype / Link / Type / Annot >> эндобдж 11 0 объект > эндобдж 10 0 obj > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [347.031 628.704 383.317 641.835] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 13 0 объект > эндобдж 12 0 объект > / Граница [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [381.961 628.704 418.247 641.835] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 15 0 объект > эндобдж 14 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [347.831 511.521 384.117 523.653] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 17 0 объект > эндобдж 16 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [382.761 511.521 419.047 523.653] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 19 0 объект > эндобдж 18 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [330,75 340,575 370,061 352,754] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 21 0 объект > эндобдж 20 0 объект > / Граница [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [368.648 340,575 407,959 352,754] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 23 0 объект > эндобдж 22 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [414.3 340.575 448.769 352.754] / Subtype / Link / Type / Annot >> эндобдж 25 0 объект > эндобдж 24 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [447,356 340,575 481,826 352,754] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 27 0 объект > эндобдж 26 0 объект > / Border [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [439.294 671.323 505.635 696.014] / Subtype / Link / Type / Annot >> эндобдж 29 0 объект > эндобдж 28 0 объект > / Граница [0 0 0] / F 4 / H / I / Rect [509.964 670.653 573.003 694.684] / Подтип / Ссылка / Тип / Аннотация >> эндобдж 31 0 объект > эндобдж 30 0 объект > / Border [0 0 0] / H / N / Rect [49.165 701.263 216.971 757.072] / Subtype / Link / Type / Annot >> эндобдж 3 0 obj [4 0 R 6 0 R 8 0 R 10 0 R 12 0 R 14 0 R 16 0 R 18 0 R 20 0 R 22 0 R 24 0 R 26 0 R 28 0 R 30 0 R] эндобдж 32 0 объект > поток HTV Ķ 50Qv) 0

Биполярный аналоговый ввод / вывод для Arduino Due

Джованни Carrera rev. 20.10.15

Целью данной работы является преобразование униполярных AD и DA преобразователей Arduino. Из-за биполярности с соответствующими цепями.Требуются биполярные аналоговые входы и выходы в тех случаях, когда сигналы могут принимать также отрицательные значения; они имеют в качестве ссылки более стабильное нулевое напряжение или заземление, а не половина напряжение питания или что-то в этом роде. Используя предложенные схемы, система Arduino Due может быть легко используется при замене аналогового ПИД-регулятора с большими возможностями и гибкость. Системы сбора данных, низкочастотные осциллографы или спектральные анализаторы и генераторы сигналов являются примерами дополнительных приложений.
Мы начинаем видеть, как преобразовать униполярный аналоговый вход в биполярный. Просто делитель напряжения, такой как изображенный на рисунке 1, хорошо справляется с этой задачей. Используя закон Ома, легко получить следующие формулы: Предполагая, что выходной ток равен нулю, ток через R1 и R2 будет таким, как показано в формуле (1). В этих В условиях, выходное напряжение Vo соответствует формуле (2).

Предположим, вам нужно входное напряжение В 2 ± 3,3 В, что должно соответствовать 0 и 3.Выходное напряжение 3 В. Можно показать, что это утверждение удовлетворительно, если положить V1 равным 3,3 В. По формуле (2) на самом деле имеем что если V2 = -3,3 В, V 0 = 0, только если R1 = R2 и в случае, когда V2 = +3,3 В, V 0 = 3.3 В. Чтобы схема соответствовала нашим условиям, если мы установите V1 = + 3.3V = Vref, V2 = Vi (биполярный вход) и R1 = R2. Чтобы приблизиться к теоретической модели делителя мы должны использовать операционный усилитель с высоким входным сопротивлением и единичное усиление, как показано на рисунке 2.

Этот тип операционного усилителя также может работать с одинарным блоком питания до выходного напряжения близкого к нулю, хотя запускается для насыщения примерно на 1,5 В ниже напряжения питания, а именно + 3,5 В в нашем дело. Эта нелинейность становится достоинством, потому что мы хотим ограничить ввод АЦП. Напряжение на входных контактах относительно земли, как мы видим на процессоре техническое описание, должно быть в диапазоне: от -0,3 В до +4,0 В, в противном случае необратимое повреждение может случиться. Для дополнительной безопасности был добавлен резистор на 100 Ом. к выходу, как показано на рисунке 7. Выход ЦАП стал биполярным Для получения биполярного сигнала используется неинвертирующий операционный усилитель, подключенный особым образом, как показано на Рисунок 3, т.е. со смещением Vr на инвертирующем входе. Фактически, неинвертирующий усилитель имеет конец R1, подключенный к земле и, в случае R1 = R2, имеет коэффициент усиления G = 2. Теория гласит, что мы не можем генерировать отрицательные сигналов без отрицательного генератора, поэтому для этого операционного усилителя также требуется дополнительная отрицательная поставка. Применяя теоретическую модель на операционных усилителях получается следующее соотношение: Vo = Vi — I * R2 = Vi * (1 + K) — K * Vr Где K = R2 / R1 .Наши условия таковы: если Vi = 0, чем Vo = -Vr = -3,3 В, и если Vi = + 3,3 В, то Vo = Vr = +3,3 В. Они выполняются только при K = 1, то есть при равных резисторы, дающие коэффициент усиления G = 2.

Arduino Due не имеет аналогового выхода напряжение от 0 В до Vref, в этой теме есть широко обсуждалась в моем посте «Как для изменения диапазона аналогового вывода Arduino Due ». Схема на рисунке 5, с усиление, равное G = 3,3 / 2,2 = 1,5, достигает желаемого диапазона выходного сигнала от 0 до 3,3 В.

Полезно поставить на вход ФНЧ фильтр для предотвращения наложения шума, который может возникнуть, если входной сигнал не с ограничением по диапазону. На рисунке 6 представлена ​​схема активного ФНЧ. Фильтр Саллена-Ки, усиление второго порядка и единицы и формула для расчета его отсечки частота.

На рисунке 7 мы видим полную схему цепи, слева направо мы видим: фильтр нижних частот (R1, R2, C1, C2 и U2B), от биполярной к униполярной входной цепи (R3, Rp1, R4 и U1A), дифференциал усилитель (R8, R9, R10, R11, R6, Rp2, R7 и U1B), от униполярного до биполярного выходная цепь и отрицательный источник питания (C7, C6 и U3).Фильтр нижних частот со значениями, показанными в диаграмма имеет частоту среза приблизительно 220 Гц. Конденсатор С1 = 2 * C2 реализован с двумя параллельными конденсаторами, каждый с емкостью равной к C2. Триммер Rp1 необходимо отрегулировать, чтобы U1A выдает напряжение, равное Vref / 2 = 1,65 В при нулевом входе. Типичный значение Arduino Due Vref составляет 3,3 В, но должно быть измеряется с помощью точного цифрового вольтметра. Для калибровки триммера Rp2 необходимо для вывода на ЦАП минимального значения, то есть нуля, и воздействовать на Rp2 до тех пор, пока доведение до минимума выходного напряжения U1B.Эти оперативные, питаемые с одним источником питания не может дать истинный нулевой выход, но есть очень близко (несколько мВ). Используя питание от батареи, проще и больше экономичное решение для создания отрицательного напряжения -5 В заключается в использовании ICL7660, который представляет собой преобразователь накачки заряда DC / DC. Он имеет преимущество требуется только пара электролитических конденсаторов, но имеет недостаток что выходное напряжение не контролируется и уменьшается за счет увеличения Текущий. В нашем случае сдвоенный ОУ LM358 помимо достоинств уже описано, также имеют низкое энергопотребление. Практическая реализация На рисунке 8 вы можете увидеть реализованный прототип. на макете. Для фильтров требуются пассивные компоненты хорошего качества. точность, допуск ± 1% легко доступен для резисторов, но конденсаторы имеют допуск около 10-20%, поэтому их следует выбирать с помощью измеритель емкости.

Испытания Помимо теории, необходимые для разработка проекта, часто требуется сделать даже экспериментальный тесты.Статические измерения, проведенные на прототипе, с целью видя его поведение в пределах диапазона ввода / вывода, очень интересные результаты. Для тестовых целей я написал специальную программу (см. раздел программного обеспечения), который также используется для калибровки аналогового выхода. В напряжения питания, измеренные в моей системе: Vref = 3,310, V + 5 = 5,032 и V-5 = -4,975 вольт. Первые испытания были довольно катастрофичными в Что касается значений напряжения ниже одного вольта на выходе, я видел цифры, которые менялись сильно и случайно.Поискав в Интернете, я обнаружил, что проблема была вызвана IDE Arduino (версия 1.5.3), в которой были ошибки в функция analogRead () для Arduino Due. Я перекомпилировал свою программу с последней версия « nightly » и, к счастью, все вернулось к норме. Преодолеть упомянутые недостатки, результаты линейной регрессии были очень хорошими с корреляцией 0,9999981. С участием результаты калибровки, мы можем преобразовать число N, выводимое преобразователем: Vi = N * 0.001609 — 3,3097 (3) Это точно формула, которая будет использоваться в программе для получения входного напряжения выражается в вольтах. С его помощью можно легко получить фактический входной диапазон, который изменяется от -3,310 В (N = 0) до 3,278 В (N = 4095). Чтобы произвести эти расчеты, я использовал Excel, но ничего страшного в любой программе для работы с электронными таблицами или методом наименьших квадратов. При Vref = 3,31 В и напряжении питания 5,032 В В, я измерил минимальное выходное напряжение ЦАП 0,553 В и максимальное 2766 В, значения очень близки к 1/6 и 5/6 от Vref.Меры на моем Arduino из-за выхода цепи, образованные дифференциальным усилителем U1B, а униполярный — биполярным преобразователь U2a также дал очень хорошие результаты с корреляцией 0,9999998. По результатам калибровки мы можем получить число, чтобы быть отправляется на ЦАП для получения выходного напряжения Vo: N = INT (Vo * 623.0613 + 2053.7584) (4) Очевидно, что формулы (3) и (4) верны. для моей системы и получены с калибровочными измерениями. На уровне программного обеспечения мы должны лечить сигналы, отправляемые на ЦАП или считываемые АЦП в виде 12-битных целых чисел без знака, с минимумом ноль, соответствующим -Vo и максимумом 2 12 -1 = 4095, что соответствует + Vo.Идеальный ноль вольт будет равен 2048. В суть, надо работать с целыми числами: от -2048 (-Vo) до +2047 (+ Vo) и прибавлять 2048 перед отправкой на ЦАП или вычтите 2048 показаний АЦП. Если мы хотим чтобы быть более точным, необходимо использовать формулы (3) и (4), полученные линейная регрессия ряда показателей, которые в моем случае варьировались от 7 до ЦАП до 10-16 для АЦП. Для тестирования преобразователей Arduino Due AD и DA, Я написал простую программу, которая отправляет в DAC0 значения N согласно таблице: {0,512,1024,2048,3072,3584,4095}.Они генерируются последовательно, каждый раз, когда мы нажмите кнопку SSbutton, подключенную к контакту 32. При этом печатаются на ЖК-дисплей моей системы и номер, отправленный на ЦАП, и номер читать с АЦП по каналу A0. При отсутствии дисплея, при незначительном изменения в программе, эти данные можно распечатать на мониторе Arduino IDE через последовательную связь.
  1. «Проект активного фильтра нижних частот», Техас Отчет о применении КИП SLOA049B — сентябрь 2002 г.
  2. «Атмель» Семейство продуктов ARM Cortex-M3 (SAM3) », примечания к применению Atmel 42187A-SAM-10/2013

Теория импульсного силового трансформатора

— Gowanda Electronics

Схема повышающего трансформатора

Немногие разработчики знают о схеме повышающего трансформатора, показанной на рис. 3B , потому что эта схема не очень практична.Имея только полуволновое выпрямление, это либо приложение прямого (понижающего) преобразователя трансформатора, либо приложение обратного трансформатора, в зависимости от выбора полярности. Полнополупериодное выпрямление, как показано, позволяет дублировать действия повышающего индуктора, описанные в предыдущем абзаце; как накопление энергии, так и передача энергии (посредством трансформаторной связи, как у понижающего трансформатора) во время зарядной части цикла, если напряжение вторичного конденсатора достаточно низкое. Он действует как обратный трансформатор во время разрядной части цикла.Он редко используется с двухполупериодным выпрямлением, как показано. Он видел некоторое ограниченное использование в виде модификации в схеме, показанной на Рисунок 3C . Трансформатор имеет две вторичные обмотки. Один используется как прямой (понижающий) преобразователь. Другой используется как обратный ход. Он эффективно разделяет двухполупериодное выпрямление на два полуволновых приложения. Более распространенное применение повышающего индуктора показано на рис. 5 . Повышающий индуктор используется с двухтактным (понижающим) трансформатором. Этот тип цепи может использоваться в источниках питания большой мощности.В этом приложении оба переключателя не открываются одновременно. Оба переключателя замкнуты для зарядки индуктора, в противном случае переключатели попеременно включаются и выключаются: один замкнут, а другой разомкнут.

При сравнении повышения с обратным ходом, интересной характеристикой, которую следует учитывать, является изменение полярности выходного конденсатора из-за расположения компонентов схемы. Сравните схемы , рисунки 2A и 3A . Диод в цепи обратного хода, , рис. 2A, , полностью блокирует прямой поток тока от входного источника к конденсатору независимо от значения напряжения конденсатора.Конденсатор заряжается только за счет индуктивной отдачи. Диод в цепи повышения, , рис. 3A, , позволяет току течь от входного источника к конденсатору без использования индуктивной отдачи, если напряжение на конденсаторе достаточно низкое. Следовательно, он как накапливает энергию, так и передает энергию во время зарядной части цикла. Прохождение тока прекращается, когда напряжение конденсатора приближается к значению напряжения источника минус падение напряжения на диоде. (Для дальнейшего увеличения требуется индуктивное напряжение отдачи.) Это может быть желательной функцией для быстрого включения источника питания.

Цифро-аналоговый преобразователь

— обзор

11.6 Перспективы развития

РЧ ЦАП используются в современных системах инфраструктуры связи, а также в проводных системах, таких как кабельная разводка DOCSIS. Системы беспроводной связи требуют, чтобы поставщики услуг реализовали более широкую полосу пропускания данных в более разнообразных полосах частот. Относительно небольшие распределения системной полосы пропускания и более сложные схемы модуляции приводят к сокращению зон покрытия и размеров ячеек, в то же время требуя гибкости оборудования системы передачи в отношении выходных радиочастотных частот.RF DAC имеет уникальные преимущества для удовлетворения этих потребностей. Синтезируя всю выходную полосу РЧ, РЧ ЦАП обеспечивает гибкость в выборе типа модуляции, ширины полосы и выходной частоты. Конструкция системы становится проще, поскольку модулятор реализуется в цифровом виде в FPGA или ASIC, а затем выводится через RF DAC. Единственные компоненты, которые изменяются для каждой комбинации диапазонов, — это специальные «кровельные» фильтры и усилители выходной мощности. Разработчики оборудования могут сосредоточиться на оптимизации этих компонентов, зная, что выходной сигнал создается в цифровом виде.

Что касается схемотехники ВЧ ЦАП, то потребность во все более широкополосном преобразователе с устойчивыми динамическими характеристиками (как линейностью, так и шумом) не вызывает сомнений. На многие проблемы, на которые мы указали выше, не существует единого правильного ответа. При сравнении ЦАП CMOS 12–14b с тактовой частотой в сотни мегагерц, разработанных в конце 1990-х годов, с тактовыми, намного превышающими сегодняшние GSPS на том же технологическом узле CMOS, становится очевидным, что инновационные схемы, правильное разделение на разделы и сегментация на системном уровне имеют смог обеспечить очень значительное улучшение скорости и динамических характеристик, как описано выше.Тем не менее, процесс тонкой литографии CMOS предлагает как новые задачи проектирования схем, так и множество возможностей для дальнейшего расширения высокочастотных характеристик РЧ ЦАП.

Проблемы на уровне основных цепей проистекают из некоторых из следующих ограничений. Прежде всего, номинальные источники питания для устройств с более коротким каналом уменьшались в последующих поколениях процессов CMOS (как показано на рисунке 11.9). С другой стороны, пороговые напряжения МОП не масштабируются с той же скоростью.Это привело к ограничениям запаса, особенно если учесть, что основная схема аналогового ЦАП состоит из набора МОП-устройств, которые все предназначены для работы в режиме насыщения все время, в то же время оставляя достаточный запас для большого размаха. вывод (рисунок 11.3). Эта проблема оставляет мало места для кодирования. Во-вторых, собственное усиление МОП-устройств, gm / gds, резко упало на последующих узлах процесса до ограниченных значений порядка 10 или меньше в самых последних нанометровых узлах.Это, в свою очередь, делает даже один уровень каскода менее эффективным. Ситуация усложняется тем, что нанометровые эффекты, такие как утечка затвора или вызванное стоком снижение барьера, затрудняют проектирование смещения и работу нескольких секций ЦАП и контроль над изменяющимися условиями эксплуатации.

Рисунок 11.9. Критические источники питания и пороговые напряжения для масштабируемых КМОП-процессов.

Однако масштабирование дает ряд важных преимуществ. Частота единичного усиления устройства, f T , улучшается, другими словами, устройства работают быстрее.В то время как баланс между собственными паразитными свойствами устройств и паразитными межсоединениями смещается в сторону увеличения относительного вклада последних, в целом паразитные емкости уменьшаются вместе с относительными расстояниями. Кроме того, согласование устройств продолжает улучшаться как с точки зрения рассогласования из-за литографии, так и несовпадения пороговых напряжений, что позволяет улучшить внутреннее согласование для данной геометрии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *