Bộ khuếch đại âm thanh op-amp cung cấp đơn


17

Tôi đang cố gắng tạo ra một bộ khuếch đại op-amp hoạt động từ nguồn cung cấp 5V duy nhất và có thể khuếch đại tín hiệu âm thanh -100mV đến + 100mV lên khoảng đỉnh 1V hoặc hơn. Tôi đã xem qua mạch này từ bài viết này , có vẻ như có thể hoạt động, nhưng gặp khó khăn khi tính toán các giá trị thực tế:

sơ đồ

mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab

Từ bài báo tôi đọc được rằng cả R1 và R2 đều giống nhau và khoảng 42kOhm cho nguồn điện 5V. R4 nên là R3 + (0,5 * R1) và đó là về nó ...

Vậy làm thế nào để tôi thực sự tính toán tụ điện, giá trị điện trở cần thiết cho tín hiệu tần số khác nhau với tần số tối đa khoảng 20kHz và mức tăng khoảng 5?

Cảm ơn vì đã giúp tôi!

BIÊN TẬP:

Trong bài viết, tác giả đã viết bằng biểu tượng mặt đất: "* NGÔI SAO". Có thực sự quan trọng là tôi kết hợp tất cả các trạng thái mặt đất trong sơ đồ đến một điểm, hoặc tôi có thể sử dụng một mặt phẳng mặt đất trên toàn bộ mạch không?


Tải trên đầu ra op-amp là gì?
Andy aka

@Andyaka Tôi không chắc lắm, điều này sẽ được kết nối với một bộ khuếch đại âm thanh thực tế. Có cách nào tôi có thể đo trở kháng đầu vào của bộ khuếch đại không?
Golaž

Nếu nó đi đến một amp âm thanh, nó sẽ ổn thôi. Chỉ muốn chắc chắn rằng bạn không lái loa hoặc tai nghe. Căn cứ sao có lẽ là tốt nhất cho âm thanh hơn là máy bay mặt đất nhưng một kết hợp của cả hai (cung cấp cho bạn biết những gì bạn đang làm) là tốt hơn.
Andy aka

1
@Andyaka Haven thực sự không đọc nhiều về chủ đề này. Tôi đoán tôi sẽ đọc một số bài báo và đi với căn cứ sao. Cảm ơn!
Golaž

Tốt đi Bạn đã tạo ra một "trái đất ảo" một cách hiệu quả tại ngã ba của R1, R2, R3, C2, giải quyết vấn đề đường ray cung cấp duy nhất. Có lẽ tốt nhất là kết nối đầu "nối đất" của C3 với điểm đó thay vì mặt đất cung cấp điện, để ngăn tiếng ồn trong nguồn cung cấp điện được đưa vào đó.
Kỹ sư đảo ngược

Câu trả lời:


30

Bạn dường như đã thực sự tìm thấy một mạch hợp lý trên internet. Tôi nghe nói ở đó có một nơi nào đó.

Các phương trình bạn trích dẫn là quá nghiêm ngặt. Thay vì chỉ cho bạn biết các giá trị, tốt hơn là giải thích từng phần làm gì.

R1 và R2 là một bộ chia điện áp để tạo ra 1/2 điện áp cung cấp. Đây sẽ là thiên vị DC mà opamp sẽ hoạt động tại. Bộ lọc thông thấp C2 lọc đầu ra của bộ chia điện áp đó. Điều này là để giảm các trục trặc, gợn cung cấp điện và tiếng ồn khác trên nguồn cung cấp 5 V để chúng không kết thúc trong tín hiệu của bạn. R3 chỉ cần thiết vì có C2. Nếu R3 không có ở đó, C2 cũng sẽ nén tín hiệu đầu vào của bạn, không chỉ là nhiễu trên nguồn điện. Cuối cùng, đầu bên phải của R3 được dự định cung cấp tín hiệu cung cấp 1/2 sạch với trở kháng cao. Trở kháng cao là để nó không can thiệp vào tín hiệu mong muốn của bạn đến C1.

C1 là nắp chặn DC. Nó tách mức DC ở IN từ cấp DC mà opamp bị sai lệch.

R4 và R5 tạo thành một bộ chia điện áp từ đầu ra trở lại đầu vào âm. Đây là đường dẫn phản hồi âm và mức tăng mạch tổng thể là nghịch đảo của mức tăng điện áp. Bạn muốn tăng 10, vì vậy bộ chia R4-R5 nên có mức tăng 1/10. C3 chặn DC để bộ chia chỉ hoạt động trên tín hiệu AC của bạn, không phải điểm thiên vị DC. Bộ chia sẽ vượt qua tất cả DC, do đó mức tăng DC từ đầu vào + của opamp đến đầu ra của nó sẽ là 1.

C4 là một nắp chặn DC khác, lần này sẽ tách mức độ thiên vị DC opamp khỏi đầu ra. Với hai nắp chặn DC (C1, C4), bộ khuếch đại tổng thể hoạt động trên AC và mọi thành kiến ​​DC có thể ở IN và OUT đều không liên quan (trong định mức điện áp của C1 và C4).

Bây giờ cho một số giá trị. MCP6022 là một opamp đầu vào CMOS, vì vậy nó có trở kháng đầu vào rất cao. Ngay cả một MΩ là nhỏ so với trở kháng đầu vào của nó. Một điều khác cần xem xét là dải tần số bạn muốn bộ khuếch đại này hoạt động. Bạn nói tín hiệu là âm thanh, vì vậy chúng tôi sẽ giả sử mọi thứ dưới 20 Hz hoặc trên 20 kHz là tín hiệu bạn không quan tâm. Trên thực tế, đó là một ý tưởng tốt để giảm bớt các tần số không mong muốn.

R1 và R2 chỉ cần bằng 1/2 để tạo ra 1/2 điện áp cung cấp. Bạn đề cập không có yêu cầu đặc biệt, như hoạt động pin trong đó giảm thiểu dòng điện có tầm quan trọng cao. Do đó, tôi sẽ tạo ra R1 và R2 10 kΩ mỗi cái, mặc dù có khoảng trống lớn ở đây. Nếu đây là pin hoạt động, có lẽ tôi sẽ làm cho chúng 100 k mỗi cái và không cảm thấy xấu về nó. Với R1 và R2 10 kΩ, trở kháng đầu ra của bộ chia là 5 kΩ. Bạn không thực sự muốn bất kỳ tín hiệu liên quan nào trên đầu ra của bộ chia đó, vì vậy hãy bắt đầu bằng cách xem điện dung nào là cần thiết để lọc xuống 20 Hz. 1.6FFF. Giá trị chung của 2 TIẾNG sẽ ổn. Công việc cao hơn cũng vậy, ngoại trừ nếu bạn đi quá cao, thời gian khởi động trở nên đáng kể trên quy mô con người. Ví dụ, 10 LờiF sẽ hoạt động để lọc nhiễu độc đáo. Nó có hằng số thời gian 500 ms với trở kháng 5 kΩ,

R3 phải lớn hơn đầu ra của R1-R2, là 5 kΩ. Tôi sẽ chọn ít nhất 100 kΩ. Trở kháng đầu vào của opamp cao, vì vậy hãy sử dụng 1 MΩ.

C1 với R3 tạo thành bộ lọc thông cao cần vượt qua ít nhất 20 Hz. Trở kháng nhìn vào đầu bên phải của R3 là hơn 1 MΩ. 20 Hz với 1 MΩ cần 8 nF, vì vậy 10 nF là vậy. Đây là nơi bạn không muốn sử dụng nắp gốm, vì vậy các giá trị thấp hơn khá hữu ích. Ví dụ, nắp mylar sẽ tốt ở đây và 10 nF nằm trong phạm vi khả dụng.

Một lần nữa, trở kháng tổng thể của bộ chia R4-R5 không quan trọng lắm, vì vậy, hãy tùy ý đặt R4 thành 100 kΩ và tìm ra các giá trị khác từ đó. R5 phải là R4 / 9 cho mức tăng khuếch đại tổng thể là 10, vì vậy 11 kΩ hoạt động. C3 và R5 tạo thành bộ lọc phải tắt ở 20 Hz hoặc thấp hơn. C3 phải từ 720 nF trở lên, vì vậy 1 PhaF.

Lưu ý một vấn đề với cấu trúc liên kết này. Theo tần số, C3 đang hoạt động với R5, nhưng mức DC mà C3 cuối cùng sẽ ổn định được lọc bởi R4 + R5 và C3. Đó là bộ lọc ở tần số 1,4 Hz, có nghĩa là mạch này sẽ mất vài giây để ổn định sau khi cấp nguồn.

C4 tạo thành bộ lọc thông cao với bất kỳ trở kháng nào sẽ được kết nối với OUT. Vì bạn có thể không biết, bạn muốn làm cho nó lớn một cách hợp lý. Hãy chọn 10 mónF vì nó có sẵn. Nó lăn ra ở 20 Hz với 8 kΩ. Do đó, amp này sẽ hoạt động như được chỉ định miễn là OUT không được tải với ít hơn 8 kΩ.


Ồ, tôi đã học được rất nhiều từ việc đọc phản hồi của bạn, cảm ơn! Nhưng tôi vẫn có một số câu hỏi: Tại sao R3 phải lớn hơn R1-R2? Và tại sao một tụ gốm không OK để sử dụng như tách rời đầu vào?
Golaž

4
"Bạn dường như đã thực sự tìm thấy một mạch hợp lý trên internet." :) Tốt một.
Phục hồi lại

@Gola: Một bộ chia điện trở không hoàn hảo. Đầu ra của nó sẽ thay đổi tùy thuộc vào cách nó được tải. Bằng cách làm cho R3 lớn so với sự kết hợp song song của R1 và R2, hiệu ứng tải được giảm thiểu. Lưu ý rằng điều này thực sự là để giữ cho đáp ứng tần số phẳng trong phạm vi 20 Hz đến 20 kHz mong muốn. Do C1, bộ chia không thể được tải với DC.
Olin Lathrop

1
Nếu bạn muốn đầu ra đơn cực (giả sử, để lái một ADC dự kiến ​​đầu vào 0-5V), bạn có thể rời khỏi C4 không?
Russell Borogove

1
@Russ: Vâng. ---
Olin Lathrop

4

Không cần phải tạo ra giá trị cụ thể cho R4 vì đây là op-amp CMOS (không khớp với dòng điện phân cực đầu vào).

Giá trị tụ điện được xác định bởi tần số góc dưới mong muốn . C =12πfcR

Vậy nếu fc = 20Hz và R1, R2 = 39K. Hãy tùy ý kiếm R3 100K. Thì C = 100nF là đúng.

C2 phụ thuộc vào những gì vào nguồn cung cấp năng lượng mà bạn đang cố gắng giảm, nhưng hãy nói 1uF cho điều đó.

Hãy chọn R4 = 100K chỉ để giữ hai điện trở giống nhau. R5 sau đó sẽ là 11K với mức tăng +10,1

Cuối cùng, C3 có thể được tính từ R5 là khoảng 1uF (sử dụng phương trình trên).

Đó là nó!

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.