È possibile generare una tensione negativa con una piccola corrente molto semplicemente con una fonte di CA e un raddrizzatore del duplicatore di tensione.

(Questo mostra un duplicatore, invertire i diodi e i condensatori per un inverter)

Vedi qui per alcuni schemi circuitali.

L'AC verrebbe da Arduino, alternando regolarmente un singolo pin. È necessario aggiungere anche un resistore in serie. Potrebbe essere possibile utilizzare le uscite PWM, impostarle al 50% (AnalogWrite) e il pin cambierà stato continuamente.

Note: poiché stai producendo un'onda quadra, non un'onda sinusoidale pura, avrai bisogno di un resistore per limitare la corrente, come se l'UC stesse guidando un cortocircuito. Se hai solo 5 V, dovresti usare diodi Schottky per ottenere la massima tensione possibile. Scegli i valori del condensatore appropriati per la frequenza di CA che hai. Una frequenza più alta è migliore, finché non si arriva al punto in cui la capacità di giunzione dei diodi diventa rilevante. La corrente disponibile sarà piccola, forse 1/2 o 1/4 della corrente di uscita massima di Arduino, fare attenzione a non sovraccaricare il pin di uscita, anche durante l'avvio quando il condensatore di uscita C2 non è carico.

Il pin di uscita di un amplificatore operazionale può oscillare solo tra i suoi binari di alimentazione: molti amplificatori operazionali possono arrivare solo a circa un volt dai binari, mentre gli amplificatori 'rail to rail output' possono raggiungere tensioni molto vicine ai loro binari . Tuttavia, non possono emettere tensioni al di fuori di tale intervallo: l'alimentazione deve comunque provenire da qualche parte! Sospetto che la tua simulazione abbia utilizzato uno schema di amplificatore operazionale semplificato senza binari di alimentazione, il che non tiene conto della provenienza effettiva della corrente.

Un inverter a condensatore commutato è probabilmente la tua opzione più semplice ed economica da ottenere -5V rail per il tuo amplificatore operazionale; ICL7660 e LM2664 sono opzioni comuni e convenienti.

Stavo pensando di utilizzare uno dei 4 amplificatori operazionali all'interno del chip per invertire un ingresso di + 5V per fornire -5V

Non importa quale circuito hai usato, non puoi generare simultaneamente una tensione negativa per l'amplificatore operazionale quadruplo utilizzando uno degli amplificatori operazionali nello stesso pacchetto quadruplo.

Si prega di guardare altre opzioni per generare il rail negativo. Questo potrebbe essere ottenuto con un amplificatore operazionale separato cablato come un oscillatore: potresti quindi utilizzare diodi e condensatori per generare una linea negativa, ma probabilmente produrrà solo circa -4V.

No, non funzionerà. Per un amplificatore operazionale, le tensioni di alimentazione determinano quale potrebbe essere la sua uscita massima. Un amplificatore operazionale non può superare questi limiti, se lo fornisci con 0 V e 5 V, non sarà in grado di produrre nulla al di sopra o al di sotto di questo.

La mia ipotesi è che la tua simulazione stia simulando -amp, senza tenere conto dell'effetto dell'offerta.

No, non puoi . Come ogni scheda tecnica di qualsiasi amplificatore operazionale ti dirà, Vout deve essere tra Vcc e Vee, a qualche paio di volt da loro o molto vicino a loro per gli amplificatori operazionali rail-to-rail. Inoltre, nel 99,9% dei casi non è possibile utilizzare l'uscita del chip come tensione di alimentazione (lo stesso vale per l'utilizzo delle uscite come tensioni di riferimento dei circuiti integrati richieste, che di solito non funzioneranno a meno che la descrizione del pin non indichi esplicitamente tale possibilità).

Per quanto riguarda le possibili soluzioni al tuo problema - a parte alcune buone idee fornite qui (ad esempio usando la pompa di carica o il generatore V basato su PWM), vorrei condividerne una che ha funzionato meglio per me nei miei progetti.

Se si desidera un ingresso +/-, è sufficiente applicare una polarizzazione CC al segnale in ingresso, possibilmente utilizzando un semplice circuito di sovrapposizione basato su due resistori e un condensatore. Se la gamma del segnale in ingresso è (-3V, + 3V), aggiungi un bias di + 3V ponendo la fascia alta su 6V e la fascia bassa su GND.

Allo stesso modo, se hai bisogno di un'uscita (-3V, + 3V), puoi far funzionare il tuo amplificatore operazionale con tensioni positive, quindi applicare un bias negativo o un semplice filtro passa-alto (un singolo RC probabilmente farebbe il trucco) all'uscita se lo fai ne ho davvero bisogno. In questo modo puoi utilizzare qualsiasi amplificatore operazionale con binario di alimentazione singolo, collegando l'alimentazione negativa a GND.

Vedi qui per una simulazione che mostra l'idea con alimentazione singola + 6V / Oscillatore di rilassamento dell'amplificatore operazionale 0V filtrato per ottenere uno swing da -3V a + 3V utilizzando un condensatore da 1uF e passa-alto da 100 kOhm e VGND da due resistori.

L'ovvia avvertenza (come con ogni soluzione a alimentazione singola) è che richiede un GND virtuale per qualsiasi applicazione di amplificazione operazionale comune (a parte il buffer di guadagno unitario e forse alcuni semplici comparatori), ma puoi farlo con due resistori (con un buffer se è richiesta più corrente) o uno "rail splitter" "IC ( TLE2426 mi viene in mente qui).

Non puoi generare questa linea negativa usando solo l'amplificatore operazionale stesso, anche se colleghi il suo pin di terra all'uscita dell'amplificatore invertente.

Tuttavia, poiché hai un Arduino, sfruttando un pin PWM, aggiungi un diodo Schottky, un condensatore, un induttore e un MOSFET di potenza a livello logico puoi aggiungere un convertitore buck-boost per generare questo rail negativo. È possibile aggiungere un pin di ingresso analogico e un amplificatore operazionale per campionare questa tensione di uscita e fornire alcune regolazioni. E dato che hai induttori, diodi e MOSFET classificati per una corrente sufficiente, puoi caricarlo abbastanza pesantemente come guidare un amplificatore di potenza push-pull di classe AB da questa guida.

Sì, una sezione di un opamp quadruplo può creare una V- per se stessa.Tutto quello che devi fare è aggiungere un buffer, come mostrato nel diagramma.Quando l'uscita dell'amplificatore operazionale è alta, C2 si carica attraverso D1 e D2.Quando cambia basso, Q1 si accende, tirando C3 negativo attraverso D3.La perdita di tensione è abbastanza grande: un diodo da 324 amp e 4148 fornisce una V- che è 4V (o più) sotto V +.Un opamp rail-to-rail e diodi schotky sarebbero migliori;forse una perdita da 1,5 a 2 V.Non farebbe ciò che voleva l'OP e utilizza così tanti componenti che non è così utile in generale, ma è un'opzione.

Valori dei componenti che ho usato per testarlo: R1,5: 100K;R2,3: 1M;R4: 330 K;C1: 1nF;C2,3 10uF;Q1: 2N3906;D1-4: 1N4148.La frequenza di oscillazione era di 5 KHz, il duty cycle di circa il 50%.V + variava da 9 a 15 V.

Come altre risposte hanno già detto, non è possibile creare una tensione "negativa" con un amplificatore operazionale, date le guide positive. Devi capire che la tensione è relativa, quindi quello che puoi fare è creare una massa "virtuale" a Vcc / 2, e trattare 0V come alimentazione negativa e Vcc come alimentazione positiva.

Questo può essere fatto usando un amplificatore operazionale per bufferizzare una divisione di tensione del tuo alimentatore:

Ad esempio, se usi un'alimentazione CC fornitura di 9V, quindi il tuo Vcc / 2, o terra virtuale, si troverà a 4,5V. Ora puoi usare questa tensione ovunque tu avessi la massa nel circuito prima, lo 0 V effettivo come alimentazione negativa e 9 V come alimentazione positiva. Questo ti assicurerà anche di ottenere uno swing da + 3V a -3V all'uscita dell'amplificatore operazionale, credo che le clip LM324 a circa | Vcc-1.5 |.

Dato che ti stai interfacciando con un UNO, lo farai è necessario fare attenzione nel collegare l'uscita dell'amplificatore operazionale a qualsiasi ingresso. L'offset CC sull'uscita sarà 4,5 V e Arduino non può gestire molto al di sopra di 5 V. Potresti disaccoppiare la CC con un condensatore, ma anche Arduino non può gestire tensioni inferiori a 0.