¿Puedo usar un amplificador operacional para suministrarme un voltaje negativo?

Puede generar un voltaje negativo con una pequeña corriente simplemente con una fuente de CA y un rectificador duplicador de voltaje.

(Esto muestra un doblador, invierta los diodos y los condensadores para un inversor)

Consulte aquí para ver algunos diagramas de circuitos.

La CA provendría de tu Arduino, al alternar un solo pin regularmente. Debes agregar una resistencia de serie también. Podría ser posible usar las salidas PWM, establecerlas al 50% (AnalogWrite) y el pin cambiará de estado continuamente.

Notas: como está produciendo una onda cuadrada, no una onda sinusoidal pura, necesitará una resistencia para limitar la corriente, como si la unidad de control de calor estuviera provocando un cortocircuito. Si solo tiene 5 V, debe usar diodos Schottky para obtener la mayor tensión posible. Elija los valores de condensador apropiados para la frecuencia de CA que tiene. Una frecuencia más alta es mejor, hasta que llegue al punto en que la capacitancia de unión de los diodos sea relevante. La corriente disponible será pequeña, tal vez 1/2 o 1/4 de la corriente de salida máxima del Arduino, tenga cuidado de no sobrecargar el pin de salida, incluso durante el arranque cuando el condensador de salida C2 no está cargado.

El pin de salida de un amplificador operacional solo puede oscilar entre sus rieles de alimentación: muchos amplificadores operacionales solo pueden ubicarse a aproximadamente un voltio de los rieles, mientras que los amperios de 'salida de riel a riel' pueden alcanzar voltajes muy cerca de sus rieles . Sin embargo, no pueden emitir voltajes fuera de ese rango, ¡la energía todavía tiene que venir de algún lugar! Sospecho que su simulación utilizó un esquema de amplificador operacional simplificado sin rieles eléctricos, que no tiene en cuenta de dónde proviene realmente la corriente.

Un inversor de condensador conmutado es probablemente la opción más sencilla y económica para obtener un riel de -5V para su op-amp; ICL7660 y LM2664 son opciones comunes y asequibles.

  

Estaba pensando en usar uno de los 4 amplificadores operacionales dentro del chip para invertir   Una entrada de + 5V para dar -5V

No importa qué circuito usaste, no puedes generar simultáneamente un voltaje negativo para el op-amp cuádruple usando uno de los op-amperios en ese mismo paquete cuádruple.

Por favor, mire otras opciones para generar el riel negativo. Este podría lograrse mediante un amplificador operacional independiente conectado como un oscilador. Luego, puede usar diodos y condensadores para generar un riel negativo, pero probablemente solo producirá alrededor de -4V.

No, eso no funcionará. Para un amplificador operacional, los voltajes de suministro determinan cuál podría ser su salida máxima. Un amplificador operacional no puede superar esos límites, si lo suministras con 0V y 5V, no podrá producir nada por encima o por debajo de eso.

Supongo que su simulación simula un amplificador operacional ideal, sin tener en cuenta el efecto de suministro.

No, usted no puede . Como le dirá cada hoja de datos de cualquier amplificador operacional, Vout tiene que estar entre Vcc y Vee, algunos par de voltios de ellos o muy cerca de ellos para los op-amps de riel a riel. Además, en el 99.9% de los casos no puede usar la salida del chip, ya que es el voltaje de suministro (lo mismo ocurre con el uso de las salidas como los voltajes de referencia requeridos de los IC, que generalmente no funcionarán a menos que la descripción del pin indique esa posibilidad explícitamente). >

En cuanto a las posibles soluciones a su problema, aparte de algunas buenas ideas que se ofrecen aquí (por ejemplo, usar una bomba de carga o un generador de V basado en PWM), me gustaría compartir una que funcionó mejor para mí en mis diseños.

Si desea una entrada +/-, simplemente aplique una polarización de CC a la señal de entrada, posiblemente utilizando un circuito de superposición simple basado en dos resistencias y un condensador. Si el rango de la señal de entrada es (-3V, + 3V), agregue un sesgo de + 3V al poner el extremo alto en 6V y el extremo bajo en GND.

Delmismomodo,sinecesitaunasalida(-3V,+3V),puedeutilizarsuamplificadoroperacionalconvoltajespositivos,yluegoaplicarunfiltrodepasoaltosimpleonegativo(RCsimpleprobablementeharíaeltruco)alaSalidasirealmentelonecesitas.Deestamanera,puedeutilizarcualquieramplificadoroperacionalconunsolorieldesuministro,conectandoelsuministronegativoaGND.

Consulte aquí para una simulación que muestra la idea con un oscilador de relajación de amplificador operacional de + 6V / 0V de fuente única filtrada para obtener aproximadamente 3V a +3V de giro usando la tapa de 1uF y 100kOhm res highpass y VGND de dos resistencias.

La advertencia obvia (como con cada solución de suministro único) es que requiere una GND virtual para cualquier aplicación común de amplificador operacional (aparte del búfer de ganancia unitaria y algunos comparadores simples, tal vez), pero puede hacerlo con cualquiera dos resistencias (con un búfer si se requiere más corriente) o un IC "divisor de riel" ( TLE2426 viene a la mente aquí) .

No puedes generar este riel negativo usando solo el amplificador operacional, incluso si atas su pin de tierra a la salida del amplificador inversor.

Sin embargo, como tiene un Arduino, al aprovechar un pin PWM, agregar un diodo Schottky, un capacitor, un inductor y un MOSFET de potencia de nivel lógico, puede agregar un buck-boost converter para generar este riel negativo. Puede agregar un pin de entrada analógica y un amplificador operacional para muestrear este voltaje de salida y proporcionar alguna regulación. Y dado que tiene inductores, diodos y MOSFET clasificados para suficiente corriente, puede cargarlos bastante pesadamente como si fuera un amplificador de potencia push-pull de clase AB desde este riel.

Como han mencionado otras respuestas, no se puede crear un voltaje "negativo" con un bloque de luces, dados los rieles positivos. Debe darse cuenta de que el voltaje es relativo, por lo que puede crear una conexión a tierra "virtual" en Vcc / 2, y tratar a 0V como su suministro negativo y a Vcc como su suministro positivo.

Esto se puede hacer usando un opamp para amortiguar una división de voltaje de su fuente de alimentación:

Por ejemplo, si usa una fuente de alimentación de CC de 9V, su Vcc / 2, o tierra virtual, se colocará a 4.5V. Ahora, puede usar este voltaje donde haya tenido una conexión a tierra en su circuito antes, el 0V real como su suministro negativo y el 9V como el suministro positivo. Esto también asegurará que obtenga un giro de + 3V a -3V en la salida del opamp, creo que los clips LM324 en aproximadamente | Vcc-1.5 |.

Como está interactuando con un UNO, deberá tener cuidado al conectar la salida del opamp a cualquier entrada. El offset de CC en la salida será de 4.5V y el Arduino no puede manejar mucho más de 5V. Podría desacoplar la CC con un capacitor, pero el Arduino tampoco puede manejar voltajes por debajo de 0.