Zaloguj
Mając na myśli zasilanie symetryczne, mamy na ogół przed oczami układ jak na rysunku 1. Jedno źródło napięciowe jest włączone między masę a dodatnią linię zasilającą, wymuszając jej potencjał. Źródło to „wypycha” z siebie prąd w kierunku tejże linii. Z kolei drugie źródło znajduje się między masą a ujemną linią zasilającą, przy czym jego rolą jest „wciąganie” prądu z tego węzła do masy. Jeżeli oba te prądy (dodatniej i ujemnej gałęzi) są sobie równe, to przez masę nie powinien płynąć dodatkowy prąd wyrównawczy – tak mówi teoria.
Jaka jest wartość tych napięć? Elektronika analogowa sprzed kilkudziesięciu lat posługiwała się typowo wartościami ±15 V, co wprawdzie w wielu aplikacjach nie ma już zastosowania, ale niektórzy bardzo mocno trzymają się właśnie tych wartości. Wiele wzmacniaczy operacyjnych, bo to o nich głównie jest mowa, zostało przystosowanych do pracy z takim właśnie zasilaniem.
Wszystko zależy od tego, jakie sygnały przetwarzamy, jaki margines mają użyte przez nas podzespoły i – co chyba najważniejsze – na jakie zasilanie możemy sobie pozwolić. Jeżeli operujemy na sygnałach o amplitudzie 2 V (czyli 4 Vpp), a typowo takie wartości przyjmuje się w popularnym sprzęcie audio, to nie ma potrzeby „wpychania” za wszelką cenę zasilaczy dających napięcia +15 V i –15 V. Nawet uwzględniając niemały margines od potencjału linii zasilającej, wynoszący 5 V (a do takich aplikacji kwalifikują się niemal wszystkie znane mi scalone wzmacniacze operacyjne), to powinno wystarczyć zasilanie ±7 V. Nawet uwzględniając zapas na ewentualne niewielkie przesterowanie, ±9 V powinno w zupełności wystarczyć. Po co zatem aż ±15 V?
Ten naddatek warto wykorzystać na poprawę filtracji napięcia zasilającego. Można to uzyskać na wiele sposobów, ja z reguły ograniczam się do dwóch najbardziej typowych metod. Pierwszą z nich jest użycie filtru CRC przed stabilizatorem, co jest metodą znaną z układów lampowych – rysunek 2. W ten sposób redukujemy wartość międzyszczytową tętnień napięcia jeszcze przed stabilizatorem, który ma przecież skończone możliwości w zakresie tłumienia składowej zmiennej napięcia. Co istotne, takie posunięcie ogranicza nie tylko energię składowych niskoczęstotliwościowych (100 Hz oraz wyższych harmonicznych), lecz również wysokoczęstotliwościowych zakłóceń.
Jednak nie zawsze takie posunięcie jest możliwe – przykładowo nie użyjemy go tam, gdzie prąd pobierany przez zasilany układ może zmieniać się w bardzo szerokim zakresie. Wtedy lepiej postawić na kaskadę stabilizatorów, jak na rysunku 3, najlepiej rozdzielając stopnie koralikami ferrytowymi dla lepszej filtracji zakłóceń o wysokiej częstotliwości, które bardzo chętnie przechodzą przez zasilacze i wywołują nieprzyjemne szumienie tudzież syczenie w głośnikach, niezależne od wysterowania. Dlatego nawet w układach analogowych niskiej częstotliwości nie pomijam takich podzespołów jak koraliki ferrytowe, które częściej kojarzą nam się z układami stricte cyfrowymi.
Owszem – niektóre wzmacniacze operacyjne w wykonaniu dyskretnym wymagają zasilania stosunkowo wysokim napięciem. Przykładowo, wzmacniacze z serii SS36xx od Sparcos Labs (fotografia 1) wymagają minimalnie ±6 V, ale producent zaleca typowo ±12 V, zgodnie z rysunkiem 4.
Nawet przy minimalnym napięciu zasilającym mogą one obsługiwać na wejściu sygnał o wartości międzyszczytowej wynoszącej 6 V (po 3 V marginesu), a na wyjściu 5 V i to z minimalnymi możliwymi zniekształceniami nieliniowymi, czego dowodem jest rysunek 5.
Nie w każdej sytuacji potrzebujemy zasilania dokładnie symetrycznego, czyli o jednakowej wartości bezwzględnej napięcia na obu liniach. Przykładowo, przetwarzając sygnał audio, który ma składową stałą równą swojej amplitudzie, przez co staje się w zasadzie sygnałem unipolarnym, ujemna część napięcia zasilającego może być niższa od dodatniej. Przestrzegam przed pułapką zasilania pojedynczego, ponieważ wzmacniacze operacyjne mają z reguły bardzo kiepskie parametry, kiedy operują blisko potencjałów linii zasilających.
Lepiej dać im chociaż 2 V napięcia ujemnego (lub więcej, jeżeli nota katalogowa tego wymaga), żeby ich stopnie wejściowe i wyjściowe lepiej przetwarzały sygnały o wartościach bliskich 0 V.
Na zakończenie jeszcze jedna uwaga praktyczna. Odsprzęganie zasilania, czyli również filtrowanie zakłóceń pełzających po liniach zasilających, zawsze powinno być przeprowadzane tak, by te zakłócenia zewrzeć do masy – patrz rysunek 6.
Masa w układzie to potencjał referencyjny, powinna być zatem prowadzona ścieżką o możliwie dużej przewodności i niskiej indukcyjności. Odprzęganie poprzez łączenie kondensatorami dodatniej i ujemnej linii zasilającej może być w wielu wypadkach wygodne, ale jest skrajnie nieprawidłowe.
Przecież to nic innego jak zapraszanie tych niepożądanych składowych, które znajdują się na jednej linii, do przejścia na drugą linię. Mamy wtedy zakłócone obie linie zasilające. Po co tak robić? Nie mam pojęcia. Mamy masę, traktujmy ją jak „spust” dla wszelkich (pożądanych i niepożądanych) prądów w układzie.
Michał Kurzela, EP
Bibliografia:
[1] https://sparkoslabs.com/wp-content/uploads/2018/03/SS3601_SS3602.pdf
