Переделка компьютерного БП в двухполярный источник питания

В очередной раз встает вопрос о переделке компьютерного блока питания. На этот раз в двухполярный источник питания. Возникла нужда в таком источнике питания для усилителя. Но железный трансформатор мотать не хочется, а сборка с нуля импульсного блока питания занимает слишком много времени. Вот и было решено получить нужное напряжение из компьютерного блока питания. Сам источник питания был необходим для усилителя на микросхеме TDA7294.

TDA7294

И стоит заметить, что многие начинающие радиотехники сталкиваются с такой проблемой – собрали усилитель, но не могут определиться с блоком питания.

На самом деле это сложно назвать переделкой, поскольку компьютерный блок питания без всяких разных переделок может отдавать нужное напряжение для подобных целей. И для этого прежде всего необходимо раздобыть рабочий блок питания абсолютно любой мощности и формата.

Про силовые шины и выходные напряжения должно быть все понятно из следующего рисунка:

По идее, необходимо соединить зеленый провод с любым из черных, чтобы запустить блок питания.

Затем нужно взять пару многожильных проводов и припаять их к тем выводам трансформатора, которые изображены на рисунке ниже:

Ничего сложного! А вся хитрость в том, что в компьютерном блоке питания все выпрямители однополярного типа со средней точкой.

То есть все обмотки, по сути, двухполярные, и если использовать концы этих обмоток и пустить их на отдельный диодный выпрямитель, то можно получить напряжение в 2 раза больше, чем с однополярным выпрямителем, который задействован в компьютерном блоке питания.

Земля блока питания останется самой собой и в этом случае, то есть средней точкой.

Остается подобрать только диодный мост.

В предлагаемом варианте необходимо использовать диоды с обратным напряжением не меньше 100 В. Они обязательно должны быть импульсного типа. Можно также задействовать диоды Шоттки.

Идеальным вариантом являются отечественные КД213. Они довольно мощные и к тому же без проблем работают на таких частотах.

После переделки получается двухполярное напряжение, а если быть точнее, двухполярные 30 В. Это как раз то, что нужно для микросхем типа TDA7294.

И самое важное – будет работать защита. При коротком замыкании блок попросту уйдет в защиту. Чтобы снять ее, необходимо на короткое время разъединить зеленый и черный провода, а затем соединить снова. Если блок будет постоянно использоваться, то стоит поставить выключатель.

В зависимости от блока питания 12-вольтовые шины на трансформаторе могут быть с разных сторон, поэтому, чтобы не путаться, необходимо отследить путь желтого выходного провода и найти диодную сборку на шине 12 В.

Потом нужно припаять провода к крайним выводам этой сборки.

Не будет работать только стабилизация, но, в принципе, для питания усилителя она вовсе не нужна.

Автор: Алексей Алексеевич. Мурманск.

---

 

Импульсный двухполярный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт



Новости

Статьи

Обзоры:

DIY электроника (Сделай сам!)

SSD и HDD

 Смартфоны, планшеты и ноутбуки

Аудио

Электронные книги

Фото- и видеокамеры

Мини-компьютеры

Внешние аккумуляторы

Электротранспорт

---

Обзоры РУНЕТа

Двухполярный импульсный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт — тест и обзор

 Тест, обзор, осциллограммы

---

Двухполярный импульсный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт — тест и обзор

 

Обзор посвящен двухполярному импульсному блоку питания для аудиотехники мощностью 300 Вт с основными напряжениями выхода ±24 В и с дополнительными напряжениями ±15 В, а также гальванически изолированным напряжением 12 В.

В обзоре будут приведены технические характеристики блока питания, кратко разобрана его схемотехника, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.

(Двухполярный импульсный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт; изображение со страницы продавца на  официальном сайте AliExpress; реальный внешний вид отличается в отношении шасси)

Тестируемый двухполярный блок питания выпускается в трёх модификациях в зависимости от «основных» напряжений: ±24 В, ±36 В или ±48 В. Их параметры приведены в следующей таблице:

Импульсный двухполярный блок питания 300 Вт — технические характеристики:

Выходные напряжения и допустимые токи	±24 В (5 А), ±15 В (1 А), 12 В (1 А)	±36 В (3. 5 А), ±15 В (1 А), 12 В (1 А)	±48 В (2.6 А), ±15 В (1 А), 12 В (1 А)
Пульсации на выходе, не более	150 мВ
Диапазон регулировки выходного напряжения	10%
Запуск, подъем, время удержания	2 s, 500 ms, 20 ms
Напряжение изоляции	Вход-выход 1,5 KVAC; Вход-шасси 1,5 KVAC; Выход-шасси: 500VAC
Сопротивление изоляции	Вход-выход, вход-шасси 100 МОм @500 VDC
Допустимое входное напряжение	88 ~ 264 VAC
Габариты	127*82*38 мм
Масса	400 г

Цена блока питания на Алиэкспресс — $37. 3 с учётом доставки, приобрести можно

здесь или здесь.

Примечание: возможен заказ кастомного блока, цена — $43.3.

Теперь — углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого двухполярного блока питания.
 

Внешний вид, конструкция и схемотехника двухполярного блока питания

Двухполярный источник питания пришел упакованным в добротную коробку из гофрокартона; внутри коробки дополнительно был проложен пористый материал. Никаких повреждений в пути не было.

«Основные» напряжения тестируемого варианта блока составляют ±24 В.

Внешний вид блока питания отличался от того, который был на изображении на странице продавца. Вместо ребристого шасси прямоугольной формы было использовано гладкое шасси из толстого алюминия (2.5 мм) в форме перевёрнутой «лодочки»:

(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

На фото выше заметим, что силовые элементы сетевой части (диодный мост и транзистор) прижаты к шасси через дополнительную прокладку (электробезопасность!).

Следующий ракурс:

 

С одного торца расположены клеммники для подключения напряжения питания:

Здесь контакты L и N предназначены для собственно подачи питания, контакт FG — заземляющий.

На этом фото видно, что для повышения электробезопасности между платой и шасси находится прокладка из тонкого гибкого пластика.

Поскольку плата блока содержит доступные для прикосновения части, находящиеся под сетевым напряжением, его эксплуатация без корпуса не допускается.

С другого торца расположены клеммники для выходных напряжений:

Клеммники для «основного» напряжения (±24 В) заметно солиднее, чем клеммники для дополнительных напряжений.

Теперь посмотрим на «голую» плату биполярного блока питания, извлеченную из шасси:

На ближней стороне слева расположены силовые элементы сетевой части блока: выпрямительный мост (600 В, 10 А) и ключевой (во всех смыслах) MOSFET-транзистор SVF12N65F (650 В, 12 А).

Силовой транзистор — только один, т. е. схема — «однотактная», работает на «обратном ходу» транзистора.

Входная цепь сетевой части оформлена грамотно: имеются катушки защиты от помех, помехоподавляющие конденсаторы, термистор серии MF-72 типа 3D15 (для защиты от бросков тока в момент включения). Также, предположительно, в схеме имеется самовосстанавливающийся предохранитель (расположен вблизи термистора).

Посмотрим с противоположной стороны:

Здесь на ближней стороне слева видны диоды Шоттки, отвечающие за выпрямление «основных» напряжений ±24 В. Тип диодов — MBR20200CTG, это сдвоенные диоды на 200 В, ток 2*10 А.

Таким образом, силовые элементы платы соответствуют заявленным параметрам блока питания и могут их обеспечить.

Также на ближней стороне около середины платы находятся фототранзистор марки «817» (передача сигнала обратной связи с выхода на вход) и микросхема UC3842AL (формирователь ШИМ для импульсных блоков питания).

Осмотрим плату сверху:

Беглый анализ схемы показывает, что в этом двухполярном блоке питания стабилизация осуществляется только по выходному напряжению +24 В (ведущее), а все остальные напряжения не стабилизируются, а получаются как пропорция от того напряжения, которое стабилизируется.

Отсюда проистекает вывод, что они могут «гулять» в зависимости от нагрузки. Величину этого «гуляния» пренепременно проверим!

Основным элементом, отвечающим за стабилизацию, является «управляемый стабилитрон» TL431. Он внешне похож на маленький полукруглый транзистор и едва заметен вблизи крепёжного отверстия в левом нижнем углу на фото.

Подрегулировать напряжения можно подстроечником, расположенном вблизи этого стабилитрона. Но надо помнить, что изменяться будут сразу все напряжения, и без крайней необходимости лучше его не крутить.

Что касается применённых электролитических конденсаторов, то со стороны сетевой части они применены лишь на минимальном уровне: 2 шт. параллельно 82 мкФ * 400 В.

Со стороны низковольтной части ёмкость и количество электролитов — на неплохом уровне. На «основных» напряжениях (+24 В и -24 В) стоят на каждом из них по 2 шт. 1000 мкФ * 50  В, на напряжениях ±15 В и 12 В — по 1 шт. 470 мкФ * 50 В.

Номинал напряжений электролитов имеет хороший запас на случай «косых» нагрузок, бабахнуть не должно. 🙂

Интересно, что на плате нет SMD-компонентов (для поверхностного монтажа), что объясняется, вероятно, больших разнообразием типов и мощностей применённой элементной базы.
 

Испытания импульсного двухполярного блока питания

Сначала проверяем выходные напряжения на холостом ходу, результаты — в таблице:

Номинал напряжения, В	Факт
+24	+24.3
-24	-24.3
+15	+14.7
-15	-14.7
12	12.0

Далее даём на каналы + 24 В и -24 В нагрузку в 4. 6 А, близкую к предельно-допустимой 5 А (остальные каналы — без нагрузки). Нагружать радиоэлектронную аппаратуру до предельно-допустимых значений даже по одному параметру не рекомендуется.

Номинал напряжения, В	Факт
+24	24.2
-24	24.2
+15	24.4 (!)
-15	23.6 (!)
12	24.1

Как и подсказывала теория, в случае стабилизации по одному напряжению, остальные могут «гулять». Вот они и «нагуляли».

Теперь на каналы +24 В и -24 В по-прежнему даём нагрузку 4.6 А, но теперь добавляем ещё нагрузку 0.5 А на каналы +15 В и -15 В (посмотреть, как они на неё отреагируют):

Номинал напряжения, В	Факт
+24	24.2
-24	24.1
+15	16.1
-15	15.9
12	23.4

Добавление нагрузки на 15-вольтовые каналы благотворно отразилось на их приближении к номинальному напряжению.

Далее совершаем с блоком питания сущее издевательство: даём несимметричную нагрузку на «основные» каналы (+24 В и -24 В).

Для начала нагружаем канал +24 В током 4.4 А, остальные каналы — без нагрузки:

Номинал напряжения, В	Факт
+24	24.2
-24	29.8
+15	20.2
-15	20.2
12	18.3

 

Видно, что в опорном для стабилизации канале (+24 В) напряжение нисколько не изменилось (хотя он нагружен!), зато в остальных каналах — «гуляет».

Теперь — обратная операция, нагружаем канал -24 В током 3.7 А, остальные каналы — без нагрузки:

Номинал напряжения, В	Факт
+24	24.3
-24	20.3
+15	16.0
-15	15.8
12	13.5

Здесь так же в опорном канале +24 В напряжение не изменилось; в остальных каналах произошли более-менее существенные «гуляния».

Теперь посмотрим на пульсации на выходе при нагрузке в первом варианте — симметричная нагрузка 4.6 А на оба основных канала. Пульсации проверяем на полном напряжении двух каналов (от -24 В до +24 В, т.е. 48 В).

Если учитывать только основные пульсации (без «игольчатых» выбросов), то они составляют около 500 мВ; но это, как только что указывалось, их двойная величина. Для одиночного канала пульсации составят 250 мВ, что всё равно превышает данные, заявленные производителем (150 мВ).

Мораль: крайне желательно, чтобы в устройстве, которое питается от этого блока, стояли бы дополнительные электролиты, и побольше! Кроме того, не помешают ещё и керамические конденсаторы (для подавления «иголок»).

По этой же осциллограмме можно определить частоту преобразования, она составляет 70 кГц (нормально).

В заключение этой главы — о нагреве блока питания.

Нагрев при максимальном варианте нагрузки был значительным, если она продолжалась длительное время. Для такого варианта применения следует считать обязательной принудительную вентиляцию.

 

Окончательный диагноз импульсного двухполярного блока питания

По результатам испытаний можно определить сильные и слабые стороны этого блока питания, назвать варианты применения и дать рекомендации.

Итак, сильные стороны: работа с симметричной нагрузкой по «основным» каналам (+24 В и -24 В), а также с несимметричной нагрузкой с использованием только канала +24 В (без превышения допустимого среднего тока 5 А). В этих случаях обеспечивается отличная стабилизация выходного напряжения.

Благодаря этому свойству возможно использование блока питания и как однополярного с напряжением 48 В, приняв контакт «-24 В» за землю. Правда, в этом случае придётся отказаться от вспомогательных напряжений ±15 В, поскольку они окажутся приподнятыми относительно такой «земли» на 24 В.
   При этом никаких препятствий к использованию гальванически-развязанного напряжения 12 В не будет.

Слабая сторона протестированного двухполярного блока питания — это работа с несимметричной нагрузкой по основным каналам (+24 В и -24 В). В этом случае остальные напряжения (кроме +24 В) могут значительно уходить от своего номинала; и их использование может создать непредвиденные проблемы.

Рекомендации

Изначально напряжения +15 В и -15 В в этом блоке предназначены для питания каскадов предварительного усиления в аудиоаппаратуре. Но есть нюанс: без дополнительной стабилизации эти напряжения с данной целью ни в коем случае нельзя использовать.

Эти напряжения будут «прыгать» в такт с нагрузкой «основных» каналов (т.е. в такт с музыкой), что крайне отрицательно скажется на качестве работы предварительного усилителя, темброблока и т.п.

Для дополнительной стабилизации можно использовать классические линейные стабилизаторы или импульсные DC-DC преобразователи.

Где купить: например, у этого продавца на AliExpress или здесь. Если у другого продавца этот же двухполярный блок питания будет стоить дешевле, то тоже можно брать (убедитесь, что товар одинаковый и следите за стоимостью доставки!).

Вступайте в группу SmartPuls. Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
   03 октября 2020 г.

 

                Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам                      

 

 

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!

напряжение — Биполярный выход ЦАП с однополярным питанием

спросил 6 лет, 10 месяцев назад

Изменено 1 год, 7 месяцев назад

Просмотрено 841 раз

\$\начало группы\$

Я хочу использовать однополярный 12-битный ЦАП ( MCP4725 ) в качестве функционального генератора с биполярным выходом (от -2,5 до +2,5 В). Проблема в том, что у меня есть только два источника питания +5 В и +12 В, привязанные к одной и той же земле, поэтому большинство решений на основе операционных усилителей не работают, поскольку я не могу подать отрицательное питание на операционный усилитель. Мне нужно получить биполярный выход из этой схемы, где «земля» (эталон) схемы, использующей этот биполярный выход, совпадает с землей источников питания.

Я немного подумал и пришел к выводу, что логически невозможно получить биполярный выход из униполярного выхода. Однако мудрецы здесь уже доказали, что я ошибался, и я хотел попытать счастья.

TL;DR: Получите биполярный выход от однополярного ЦАП, только положительные источники питания, везде одинаковая земля.

• напряжение
• земля
• ЦАП
• функциональный генератор
• виртуальная земля

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

В настоящее время существуют операционные усилители со встроенными зарядовыми насосами, которые дают биполярные выходы от одного положительного источника питания.

Подробности смотрите в обновлении этого ответа.

\$\конечная группа\$

0

\$\начало группы\$

Мой совет: используйте небольшой преобразователь постоянного тока в постоянный для создания отрицательной шины питания: —

Конечно, вы можете сконструировать свой собственный трансформатор с обратноходовым трансформатором: —

Вышеупомянутый трансформатор вырабатывает + и — 12 В от входа, который охватывает диапазон от 8 В до 36 В. Хитрость здесь заключается в том, чтобы признать, что обе вторичные линии изолированы, чтобы вы могли соединять их, как хотите.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Хотя это может и не быть истинным режимом переменного тока, по крайней мере, в том смысле, что ваш выход становится отрицательным по отношению к земле, вы можете создать своего рода псевдо-переменный ток, подключив по переменному току ЦАП через конденсатор к выходу.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Бросьте вызов традиционному — сделайте однополярные ЦАП биполярными

Скачать PDF

Abstract

В данных указаниях по применению рассматривается способ преобразования униполярного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) для использования в биполярных приложениях. Представлены расчеты, показывающие преобразование для идеального униполярного ЦАП путем добавления прецизионного источника опорного напряжения и прецизионного операционного усилителя. Реальное преобразование проиллюстрировано обсуждением того, как выбрать необходимые резисторы, источник опорного напряжения и операционный усилитель, а также параметры, которые следует учитывать.

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 только с положительным питанием 5 В удобен, но он ограничивает доступные приложения теми, которые не требуют высоковольтных, сильноточных или биполярных (±) выходов. В этих указаниях по применению мы показываем, как внешний операционный усилитель может преобразовать однополярный ЦАП, чтобы обеспечить биполярную работу.

Выберите нетрадиционный маршрут

Выражение «вверх по лестнице вниз» взято из одноименного фильма, пьесы и книги. ¹ Это комедия о школе в Нью-Йорке. Название напоминает о правиле, согласно которому студенты наказывались за то, что они поднимались по лестнице, предназначенной для спуска. У подростка всегда есть большое искушение бежать вверх по лестнице или эскалатору ( Рисунок 1 ), которые идут вниз. Кто-то может сказать, что ребенок «мыслит нестандартно» или нарушает правила, и, возможно, так оно и есть. Ясно, что он бросает вызов ожидаемому или предписанному потоку, общему мышлению. Он также показывает, как при некоторой смелости цель может быть достигнута нетрадиционным путем. Это урок для нас, инженеров.

Рис. 1. Мальчик, взбегающий по эскалатору, использует нетрадиционный способ добраться до своей цели, возможно, до секции игрушек. Мы, инженеры, можем взять на заметку и попытаться решить проблемы нетрадиционными методами.

Иногда, когда мы проектируем аналоговые схемы, «элементы» дизайна просто не подходят друг к другу. Решение кажется необычайно неуловимым. Пример ситуации, когда нам нужен биполярный выход от однополярного 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 однополярный ЦАП не может напрямую работать в высокопроизводительных, высоковольтных, сильноточных или биполярных приложениях. Любые дополнительные схемы не должны ухудшать работу ЦАП. В таком случае пора подняться на этот эскалатор, попробовать что-то другое. Мы покажем вам, как сделать биполярный выход из однополярного ЦАП, добавив высоковольтный операционный усилитель.

Модификация «идеального» униполярного ЦАП

Простая биполярная выходная схема показана на рис. 2 . Он содержит однополярный ЦАП, прецизионный источник опорного напряжения и прецизионный операционный усилитель.

Рис. 2. Типовая рабочая схема биполярного выхода.

Функциональные возможности выхода этой схемы можно получить, сделав два общих предположения об идеальном операционном усилителе:

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

Согласно текущему закону Кирхгофа уравнение для V-узла:

(Уравнение 1)

Решение уравнения 1 для V _OUT и замена V- на V _DAC :

(Уравнение 2)

Фактически, мы получили уравнение дифференциального усилителя, где первый элемент является неинвертирующим входом, а второй элемент — инвертирующим компонентом, каждый со своим коэффициентом усиления.

Поскольку выход ЦАП, V _DAC , является функцией входного кода и подаваемого опорного напряжения, уравнение 2 можно переписать как:

(Уравнение 3)

Если R _FB = R _INV и их отношение становится равным 1, это уравнение может быть дополнительно упрощено до:

(Уравнение 4)

Таким образом, биполярный режим позволяет выходу колебаться от -V _REF до +V _REF с единичным коэффициентом усиления. В таблице 1 показаны идеальные биполярные выходные данные в сравнении с кодом, основанным на уравнении 4, для идеального 16-разрядного ЦАП с напряжением 2,5 В _REF на рис. 2.

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

Десятичный код	Двоичный код	Шестнадцатеричный код	В ВЫХОД (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	Б	-2,49916075
12	0000 0000 0000 1100	С	-2. 49908446
13	0000 0000 0000 1101	Д	-2.49 6
14	0000 0000 0000 1110	Е	-2,49893187
15	0000 0000 0000 1111	Ф	-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	ФФФЭ	2.49992370
65535	1111 1111 1111 1111	ФФФФ	2.50000000

Оптимизация «идеального» ЦАП для реального применения

Как мы видим, именно был легко конвертируемым в наш идеальный однополярный ЦАП. Однако мы живем в реальном мире, где нет ничего идеального. Каждый компонент на Рисунке 2 обеспечивает свой собственный уровень точности, который в совокупности влияет на конечную точность выходного сигнала ЦАП. Каждая система должна быть охарактеризована и откалибрована с точностью, требуемой приложением. В результате, даже если вы выберете высокоточный 16-разрядный ЦАП, особое внимание следует уделить выбору соответствующего источника опорного напряжения, усилителя и резисторов обратной связи. Какой компонент больше всего способствует неточности? Какие параметры наиболее важны для биполярных приложений? Это не простые и не тривиальные вопросы. Неопытный инженер может быть удивлен, узнав, что даже простые резисторы могут быть очень важны для этой модификации конструкции.

Выбор правильных резисторов не прост

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. Каждый параметр необходимо учитывать.

Доступен широкий диапазон типов резисторов, от тонкопленочных до металлической фольги, с допуском от 1% до 0,01%. Температурные коэффициенты варьируются от 300 частей на миллион/°C до 0,2 частей на миллион/°C, стоимость зависит от точности. Тем не менее, наиболее важный параметр для настройки коэффициента усиления может не указываться явно в техническом описании резистора: согласование резистора с другим резистором. 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, обеспечивающее безопасную работу в наихудшей ситуации. Точно подобранные пары резисторов могут быть дорогими, в зависимости от производственного процесса. Большим преимуществом использования процесса изготовления полупроводников является то, что резисторы изготавливаются в процессе фотодублирования и производятся одновременно на одной и той же подложке. Есть два способа сделать это. В одном методе используется продукт всего с двумя резисторами в упаковке. ² В другом методе используется несколько резисторов и ЦАП в одном корпусе. Мы объясним этот второй метод ниже.

Правильный выбор усилителя

Выбор правильного усилителя также может быть сложной задачей, особенно для 16-битного и более высокоточного ЦАП. Особое внимание следует 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 плотность шума входного тока и напряжения. Не менее важны и другие параметры: коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) и коэффициент подавления помех по источнику питания (PSRR), общее 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 паспорта усилителя. ³

Внешние факторы влияют на опорное напряжение

Существует несколько основных спецификаций для выбора опорного напряжения, ⁴ , и вам необходимо ознакомиться с техническими данными для каждой из них: точность выходного напряжения, температурный коэффициент выходного напряжения, регулировка сети и нагрузки, а также шум выходного напряжения и долговременная стабильность. После всего этого есть еще одно соображение. Внешние силы могут ухудшить некоторые параметры опорного напряжения. ⁵ Например, регулирование нагрузки может стать проблемой, если структура ЦАП изменяет нагрузку опорного напряжения.

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

1. Предположим, что имеется ЦАП с буферизованным эталонным входом, который поддерживает одинаковый импеданс на эталонном выводе для всех выходных уровней и цифровых кодов. Однако без эталонного входного буфера точность приложения может ухудшиться, если нагрузка изменится во время работы.
2. Рассмотрим теперь архитектуру ЦАП со строкой, также известную как цифровой потенциометр, которая в своей простейшей форме представляет собой группу последовательно соединенных резисторов с отводом и переключателем между каждым резистором, так что любой из них может быть выбран в качестве скользящего резистора. Если нагрузка цепи на движке потенциометра имеет очень высокий импеданс, это практически не повлияет на общее сопротивление, которое опорное напряжение увидело бы в верхней части потенциометра. Однако, если на стеклоочиститель воздействует нагрузка с меньшим сопротивлением, изменение сопротивления нагрузки, наблюдаемое опорным напряжением, может быть значительным. В этом случае регулировка нагрузки, указанная в техпаспорте, может оказать существенное влияние на точность применения.
3. Существует также рельсовая лестница (R-2R). Со структурой R-2R эталонная нагрузка напряжения может изменяться в 10-20 раз, а дополнительная нагрузка от резисторов R _INV и R _FB и усилителя требует, чтобы сопротивление эталонного напряжения было как можно выше. возможное.

Претворение нетрадиционного в жизнь — желаемый биполярный ЦАП

Униполярные, 16-разрядные, небуферизованные ЦАП могут выполнять биполярную работу при добавлении внешнего прецизионного операционного усилителя. Двумя примерами такой конфигурации являются 16-разрядные ЦАП MAX542 и MAX5442, в которых используются согласованные масштабирующие резисторы с коэффициентом масштабирования 0,015% (макс.), R _FB и R _INV , для легкого биполярного качания выходного сигнала ( рис. 3 ). Использование этих ЦАП устраняет дублирование выходных буферов, экономит место на печатной плате и обеспечивает простое в использовании и экономичное решение для наших клиентов.

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

Для этого решения требуются операционные усилители последнего поколения, такие как MAX9632. Графики INL и DNL для биполярной работы ЦАП на рис. 3 показаны на рис. 9.0114 Фигуры 4 — 7 . Расчет INL был выполнен с использованием нескорректированных данных, измеренных мультиметром Agilent ^® -HP ^® 3458A, и с использованием метода конечных точек.

Рис. 4. Биполярный выход INL для MAX542A.

Рис. 5. Биполярный выход DNL для MAX542A.

Рис. 6. Биполярный выход INL для MAX5442A.

Рис. 7. Биполярный выход DNL для MAX5442A.

Заключение

Хотя это и не так просто в реальном мире, преобразование однополярного ЦАП для использования в приложениях, требующих биполярного режима работы, возможно, если вы мыслите нестандартно или идете по лестнице вниз. Добавив резисторы, прецизионный источник опорного напряжения и прецизионный операционный усилитель к однополярному ЦАП, нам удалось добиться именно этого.

Каталожные номера

1. Вверх по лестнице вниз (книга) http://en.wikipedia.org/wiki/Up_the_Down_Staircase, (фильм) http://en.wikipedia.org/wiki/Up_the_Down_Staircase_%28film%29.
2. Некоторые примеры соответствующих резисторов см. в техническом описании MAX5490 (прецизионно согласованный резистор-делитель 100 кОм), MAX5491 (точно согласованный резистор-делитель) и MAX5492 (точно согласованный резистор 10 кОм). резистор-делитель).
3. См. также учебное пособие 4348, «Минимизация смещения напряжения в прецизионных усилителях» и рекомендации по применению 4295, «Полоса пропускания малых сигналов в эпоху больших диапазонов».
4. См. портфолио эталонов напряжения Maxim, которое включает более 140 серий прецизионных эталонов напряжения с широким диапазоном напряжения (от 1,2 В до 10 В).