Fuente de alimentación única a fuente de alimentación dual Una guía completa

En el mundo de la electrónica y la ingeniería eléctrica,fuente de alimentaciónLas configuraciones juegan un papel crucial en la determinación del rendimiento y la funcionalidad de los dispositivos. Una transición común que suelen encontrar los ingenieros y aficionados es convertir una fuente de alimentación única en una fuente de alimentación dual. Esta transformación es esencial para circuitos que requieren voltajes tanto positivos como negativos, como amplificadores operacionales, equipos de audio y dispositivos de procesamiento de señales analógicas. En este artículo, exploraremos el concepto de simple y dual.fuentes de alimentación, analiza por qué y cuándo es necesaria esta conversión y proporciona una guía detallada sobre cómo lograrla de manera efectiva.

Comprender la fuente de alimentación única

Una fuente de alimentación única proporciona una salida de voltaje única, generalmente referenciada a tierra (0 V). Por ejemplo, un suministro de +12 V significa que el voltaje es positivo de 12 voltios con respecto a tierra. Las fuentes de alimentación únicas son comunes en los circuitos digitales y en muchas aplicaciones de bajo consumo porque son más simples, rentables y fáciles de administrar.

¿Qué es una fuente de alimentación dual?

Una fuente de alimentación dual proporciona dos salidas de voltaje: una positiva y otra negativa, ambas referenciadas a una tierra común. Por ejemplo, un suministro dual de ±12 V significa que tiene salidas de +12 V y -12 V relativas a tierra. Esta configuración es vital para circuitos analógicos que procesan señales de CA o requieren rieles de voltaje simétricos, lo que permite a los dispositivos manejar señales que oscilan tanto por encima como por debajo del suelo.

¿Por qué pasar de una fuente de alimentación única a una doble?

Muchos circuitos analógicos, como los amplificadores operacionales (op-amps), requieren fuentes de alimentación duales para funcionar correctamente. Sin un riel de voltaje negativo, el amplificador operacional no puede amplificar las señales que van bajo tierra, lo que limita el rendimiento del circuito. La conversión de un suministro único a un suministro doble permite una mayor versatilidad, un mejor manejo de la señal y un mejor diseño general del circuito.

Métodos para convertir una fuente de alimentación única en una fuente de alimentación dual

Existen varios enfoques para lograr un suministro de energía dual a partir de una única fuente. La elección depende de la aplicación, los requisitos de carga y la complejidad.

1 Uso de un circuito de tierra virtual

Un circuito de tierra virtual crea un voltaje de punto medio entre el voltaje de suministro único y tierra, dividiendo efectivamente el suministro en rieles positivos y negativos. Esto suele implementarse mediante un amplificador operacional o un circuito integrado especializado, como el “divisor de riel” TLE2426. La tierra virtual actúa como punto de referencia, permitiendo que el circuito trate el suministro como ±V.

2 Uso de un inversor de bomba de carga

Los circuitos de la bomba de carga utilizan condensadores e interruptores para invertir el voltaje, creando un suministro negativo a partir de una entrada positiva. Los circuitos integrados como el ICL7660 son populares para generar pequeños voltajes negativos en aplicaciones de baja potencia. Este método es compacto y eficiente, pero es posible que no maneje cargas de corriente elevadas.

3 Uso de un convertidor CC-CC

Para requisitos de energía más altos, un convertidor CC-CC con salida dividida puede generar voltajes duales desde una sola entrada. Estos convertidores son más complejos y costosos, pero proporcionan salidas duales estables, aisladas y reguladas adecuadas para aplicaciones exigentes.

Consideraciones de diseño

Al convertir un suministro único en suministro dual, se deben considerar varios factores:

Corriente de carga: asegúrese de que el método elegido pueda suministrar la corriente necesaria sin caídas de voltaje.

Ruido y ondulación: algunos métodos introducen ruido; El filtrado y el diseño adecuados son esenciales.

Eficiencia: las bombas de carga son eficientes a baja potencia, mientras que los convertidores CC-CC manejan potencias más altas de manera más efectiva.

Costo y complejidad: equilibre el presupuesto y el tiempo de diseño con las necesidades de rendimiento.

Ejemplo práctico: uso de una tierra virtual con un amplificador operacional

Un enfoque práctico común es utilizar un amplificador operacional configurado como seguidor de voltaje para crear una tierra virtual a la mitad del voltaje de suministro. Para un suministro único de 12 V, la tierra virtual está a 6 V. Esto permite que el amplificador operacional "vea" +6V como cero, creando efectivamente rieles de +6V y -6V en relación con esta tierra virtual. Este método funciona bien para circuitos analógicos de baja potencia y baja frecuencia.

Ventajas de las fuentes de alimentación duales

Manejo de señales mejorado: capacidad de procesar señales bipolares.

Rendimiento del circuito mejorado: mejor linealidad y distorsión reducida.

Flexibilidad: Admite una gama más amplia de componentes analógicos.

Convertir una fuente de alimentación única en una fuente de alimentación dual es una técnica fundamental en electrónica que amplía las capacidades de muchos circuitos analógicos. Ya sea a través de tierras virtuales, bombas de carga o convertidores CC-CC, la elección depende de los requisitos específicos de la aplicación. Comprender estos métodos y consideraciones ayuda a los ingenieros a diseñar circuitos más versátiles y eficientes. Al dominar esta conversión, podrá optimizar sus diseños electrónicos para manejar señales complejas y mejorar el rendimiento general del sistema.