เครื่องขยายเสียง op-amp แบบเดี่ยว


17

ฉันกำลังพยายามสร้างแอมพลิฟายเออร์แอมป์ที่ทำงานได้จากแหล่งจ่ายไฟ 5V เดียวและจะสามารถขยายสัญญาณเสียง -100mV ถึง + 100mV ไปยังยอดสูงสุด 1V หรือประมาณนั้น ฉันได้เจอวงจรนี้จากบทความนี้ซึ่งอาจใช้งานได้ แต่มีปัญหาในการคำนวณค่าจริง:

แผนผัง

จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab

จากบทความที่ฉันอ่านว่า R1 และ R2 ควรเหมือนกันและประมาณ 42kOhm สำหรับแหล่งจ่ายไฟ 5V R4 ควรเป็น R3 + (0.5 * R1) และนั่นคือ ...

ดังนั้นฉันจะคำนวณตัวเก็บประจุจริงอย่างไรฉันจะต้องคำนวณค่าตัวต้านทานที่จำเป็นสำหรับสัญญาณความถี่ที่แตกต่างกันด้วยความถี่สูงสุดที่ประมาณ 20kHz และได้รับประมาณ 5

ขอบคุณที่ช่วยฉัน!

แก้ไข:

ในบทความผู้เขียนเขียนโดยสัญลักษณ์ภาคพื้นดิน: "* STAR GROUND" เป็นสิ่งสำคัญหรือไม่ที่ฉันรวมความมึนงงภาคพื้นดินทั้งหมดในแผนผังเป็นจุดเดียวหรือฉันสามารถใช้ระนาบกราวด์กับวงจรทั้งหมดได้หรือไม่?


โหลดของเอาต์พุตแอมป์สหกรณ์คืออะไร?
Andy aka

@Andyaka ฉันไม่แน่ใจว่านี้จะเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงที่เกิดขึ้นจริง มีวิธีใดบ้างที่ฉันสามารถวัดความต้านทานอินพุตของเครื่องขยายเสียงได้หรือไม่?
Golaž

ถ้าเป็นแอมป์เสียงมันจะใช้ได้ แค่อยากให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้ขับลำโพงหรือหูฟัง บริเวณที่เป็นดาวน่าจะดีที่สุดสำหรับเสียงแทนที่จะเป็นบนพื้นดิน แต่การรวมกันของทั้งคู่ (ให้คุณรู้ว่าคุณกำลังทำอะไร) ดีกว่า
Andy aka

1
@Andyaka ยังไม่ได้อ่านเรื่องนี้มากนัก ฉันเดาว่าฉันจะอ่านบทความและไปกับการลงดินดาว ขอบคุณ!
Golaž

ไปได้ดี คุณได้สร้าง "โลกเสมือนจริง" อย่างมีประสิทธิภาพที่ทางแยกของ R1, R2, R3, C2 เพื่อแก้ปัญหาเรื่องซัพพลายรางเดี่ยว มันอาจเป็นการดีที่สุดที่จะเชื่อมต่อปลายสายดิน "ลงดิน" ของ C3 กับจุดนั้นแทนที่จะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟเพื่อป้องกันเสียงรบกวนในแหล่งจ่ายไฟที่ถูกฉีดเข้าไปที่นั่น
วิศวกรที่กลับรายการ

คำตอบ:


30

ดูเหมือนว่าคุณจะพบวงจรที่สมเหตุสมผลบนอินเทอร์เน็ต ฉันได้ยินว่ามีบางที่ที่นั่น

สมการที่คุณอ้างถึงนั้นเข้มงวดเกินไป แทนที่จะบอกให้คุณทราบถึงคุณค่าควรอธิบายว่าแต่ละส่วนทำอะไรได้บ้าง

R1 และ R2 เป็นตัวแบ่งแรงดันเพื่อทำ 1/2 แรงดันไฟฟ้า นี่จะเป็น DC bias ที่ opamp จะทำงานที่ C2 low pass จะกรองเอาต์พุตของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้านั้น นี่คือการสควอชบกพร่อง, แหล่งจ่ายไฟกระเพื่อม, และเสียงรบกวนอื่น ๆ ในแหล่งจ่ายไฟ 5 V ดังนั้นพวกเขาจึงไม่ได้อยู่ในสัญญาณ R3 จำเป็นเท่านั้นเนื่องจาก C2 อยู่ที่นั่น หาก R3 ไม่อยู่ที่นั่น C2 จะสควอชสัญญาณอินพุตของคุณด้วยเช่นกันไม่ใช่แค่เสียงจากแหล่งจ่ายไฟ ในที่สุดท้ายขวาของ R3 มีจุดประสงค์เพื่อส่งสัญญาณอุปทาน 1/2 ที่สะอาดที่มีความต้านทานสูง ความต้านทานสูงคือมันไม่รบกวนสัญญาณที่คุณต้องการผ่าน C1

C1 คือฝาปิดกั้น DC มันลดระดับ DC ที่ IN จากระดับ DC ที่ opamp มีอคติที่

R4 และ R5 เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจากเอาต์พุตกลับไปยังอินพุตลบ นี่คือเส้นทางการตอบรับเชิงลบและวงจรรวมที่ได้รับคือค่าผกผันของการเพิ่มขึ้นของตัวแบ่งแรงดัน คุณต้องการได้รับ 10 ดังนั้นตัวแบ่ง R4-R5 ควรได้รับ 1/10 C3 บล็อก DC เพื่อให้ตัวแบ่งใช้งานกับสัญญาณ AC ของคุณเท่านั้นไม่ใช่จุดไบอัส DC ตัวหารจะผ่าน DC ทั้งหมดดังนั้น DC ที่ได้รับจาก + อินพุตของ opamp ไปยังเอาต์พุตจะเป็น 1

C4 เป็นหมวกปิดกั้น DC อีกอันคราวนี้แยกระดับ opias DC bias ออกจากเอาท์พุท ด้วยฝาปิดกั้น DC สองอัน (C1, C4) แอมพลิฟายเออร์โดยรวมทำงานบน AC และอคติ DC ใด ๆ ที่อาจเข้าและออกไม่เกี่ยวข้อง (ภายในระดับแรงดันไฟฟ้าที่ C1 และ C4)

ตอนนี้สำหรับบางค่า MCP6022 เป็น opamp อินพุตแบบ CMOS ดังนั้นจึงมีความต้านทานอินพุตสูงมาก แม้แต่MΩก็มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความต้านทานอินพุต อีกสิ่งที่ควรพิจารณาคือช่วงความถี่ที่คุณต้องการให้แอมป์นี้ทำงานได้ คุณบอกว่าสัญญาณนั้นเป็นเสียงดังนั้นเราจะสมมติว่าต่ำกว่า 20 Hz หรือสูงกว่า 20 kHz เป็นสัญญาณที่คุณไม่สนใจ ในความเป็นจริงมันเป็นความคิดที่ดีที่จะกำจัดความถี่ที่ไม่ต้องการ

R1 และ R2 จะต้องเท่ากับทำให้ 1/2 แรงดันไฟฟ้า คุณไม่ต้องพูดถึงความต้องการพิเศษเช่นการทำงานของแบตเตอรี่ซึ่งการลดกระแสมีความสำคัญสูง ระบุว่าฉันจะทำให้ R1 และ R2 10 kΩแต่ละแม้ว่าจะมีระยะทางที่ใหญ่ หากใช้งานแบตเตอรี่ฉันอาจทำให้พวกเขา 100 kΩต่อคนและไม่รู้สึกแย่กับมัน ด้วย R1 และ R2 10 kΩความต้านทานเอาต์พุตของตัวหารคือ 5 kΩ คุณไม่ต้องการให้สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับเอาต์พุตของตัวแบ่งนั้นเริ่มต้นด้วยการดูว่าจำเป็นต้องใช้ความจุเท่าใดในการกรองลงที่ 20 Hz 1.6 µF ค่าทั่วไปของ 2 µF น่าจะใช้ได้ การทำงานที่สูงขึ้นเช่นกันยกเว้นว่าถ้าคุณไปสูงเกินไปเวลาเริ่มต้นจะมีความสำคัญในระดับของมนุษย์ ตัวอย่างเช่น 10 µF จะทำงานเพื่อกรองสัญญาณรบกวนอย่างดี มันมีค่าคงที่เวลา 500 ms ด้วยความต้านทาน 5 kΩ

R3 ควรมากกว่าการส่งออกของ R1-R2 ซึ่งเป็น 5 kΩ ฉันจะเลือกอย่างน้อย 100 kΩอย่างน้อย ความต้านทานอินพุตของ opamp สูงดังนั้นให้ใช้ 1 MΩ

C1 พร้อม R3 สร้างตัวกรองสัญญาณความถี่สูงที่ต้องผ่านอย่างน้อย 20 Hz อิมพีแดนซ์ที่มองเข้าไปทางด้านขวาของ R3 นั้นค่อนข้างเกิน 1 MΩ 20 Hz ที่มี 1 MΩต้องการ 8 nF ดังนั้นจึงเป็น 10 nF นี่คือสถานที่ที่คุณไม่ต้องการใช้ฝาเซรามิกดังนั้นค่าที่ต่ำกว่าจึงค่อนข้างมีประโยชน์ ยกตัวอย่างเช่นหมวก mylar จะดีที่นี่และ 10 nF อยู่ในช่วงที่มี

อีกครั้งความต้านทานโดยรวมของตัวแบ่ง R4-R5 ไม่สำคัญมากดังนั้นให้ตั้งค่า R4 เป็น 100 kΩโดยพลการและหาค่าอื่น ๆ จากที่นั่น R5 ต้อง R4 / 9 สำหรับแอมพลิฟายเออร์โดยรวมที่เพิ่มขึ้น 10, 11 k 11 ใช้ได้ C3 และ R5 จัดทำฟิลเตอร์ที่จะต้องม้วนที่ 20 Hz หรือต่ำกว่า C3 ต้อง 720 nF หรือมากกว่าดังนั้น 1 µF

หมายเหตุปัญหาหนึ่งกับโทโพโลยีนี้ ความถี่ที่ชาญฉลาด C3 แสดงด้วย R5 แต่ระดับ DC ที่ C3 จะปรับเสถียรในที่สุดจะถูกกรองโดย R4 + R5 และ C3 นั่นคือตัวกรองที่ 1.4 Hz ซึ่งหมายความว่าวงจรนี้จะใช้เวลาสองสามวินาทีเพื่อทำให้เสถียรหลังจากใช้พลังงาน

C4 เป็นตัวกรอง High Pass ที่มีอิมพีแดนซ์อะไรก็ตามที่จะเชื่อมต่อกับ OUT เนื่องจากคุณอาจไม่รู้คุณต้องการทำให้มันมีขนาดใหญ่พอสมควร ลองเลือก 10 µF เนื่องจากพร้อมใช้งาน ที่ม้วนออกที่ 20 เฮิร์ตซ์กับ 8 kΩ แอมป์นี้จะทำงานตามที่ระบุตราบใดที่ OUT ไม่ถูกโหลดด้วยน้อยกว่า 8 kΩ


ว้าวฉันเรียนรู้อะไรมากมายจากการอ่านคำตอบของคุณขอบคุณ! แต่ฉันยังคงมีคำถาม: ทำไม R3 ถึงต้องใหญ่กว่า R1-R2 และทำไมตัวเก็บประจุเซรามิกจึงไม่ตกลงที่จะใช้เป็นตัวแยกสัญญาณอินพุต?
Golaž

4
"คุณดูเหมือนจะพบวงจรที่สมเหตุสมผลบนอินเทอร์เน็ต" :) สิ่งที่ดี.
Reinstate Monica

@Gola: ตัวแบ่งความต้านทานไม่สมบูรณ์แบบ ผลลัพธ์ของมันจะเปลี่ยนไปตามวิธีการโหลด ด้วยการทำให้ R3 มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับการรวมกันของ R1 และ R2 ทำให้เอฟเฟกต์การโหลดลดลง โปรดทราบว่านี่เป็นเรื่องจริงที่จะทำให้การตอบสนองความถี่คงที่ในช่วง 20 Hz ถึง 20 kHz ที่ต้องการ เนื่องจาก C1 ตัวแบ่งไม่สามารถโหลดด้วย DC
Olin Lathrop

1
หากคุณต้องการเอาท์พุท unipolar (เช่นสมมติว่าจะขับ ADC ที่คาดว่าจะได้อินพุต 0-5V) คุณเพิ่งจะออก C4 หรือไม่
Russell Borogove

1
@ รัส: ใช่ ---
Olin Lathrop

4

ไม่จำเป็นต้องทำให้ค่า R4 นั้นเป็นค่าเฉพาะเนื่องจากนี่คือ CMOS op-amp (ไม่ตรงกับกระแสไบแอสอินพุต)

12πR

ดังนั้นถ้า fc = 20Hz และ R1, R2 = 39K เราสร้าง R3 100K โดยพลการ ดังนั้น C = 100nF นั้นถูกต้อง

C2 ขึ้นอยู่กับสิ่งที่อยู่ในแหล่งจ่ายไฟที่คุณพยายามลดทอน แต่สมมุติ 1uF สำหรับสิ่งนั้น

ลองเลือก R4 = 100K เพื่อให้ตัวต้านทานสองตัวเหมือนกัน R5 จะเป็น 11K เพื่อรับ +10.1

ในที่สุด C3 สามารถคำนวณได้จาก R5 เป็นประมาณ 1uF (โดยใช้สมการข้างต้น)

แค่นั้นแหละ!

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.