Tại sao các thiết kế preamp (micro) có xu hướng giới hạn mức tăng opamp tối đa 60 dB?

Nhìn vào nhiều tiền khuếch đại micro chất lượng ghi âm chuyên nghiệp, tôi nhận thấy rằng mọi thiết kế tôi nhìn vào đó sử dụng opamp (rời rạc hoặc IC) đều giới hạn mức tăng được cung cấp bởi opamp ở mức tối đa khoảng 60dB. Trong khi hầu hết các tiền khuyếch đại sử dụng một giai đoạn khác (máy biến áp hoặc opamp khác) để đạt tới 70db hoặc thậm chí 80dB, tôi tự hỏi tại sao họ không chỉ sử dụng opamp đầu tiên để đến đó. Từ những gì tôi hiểu, sẽ có một số lợi thế:

• tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tốt hơn khi tăng điện áp,
• đường dẫn âm thanh đơn giản hơn,
• ít bộ phận & chi phí.

Nó có liên quan gì đến độ ổn định của opamp trên 60dB không?

Đây là một sơ đồ điển hình. R12 giới hạn mức tăng tới 40,1dB. Tôi đang sử dụng các công thức này:

Tôi cũng nhận thấy rằng các IC preamp mic hoàn chỉnh do THAT-Corp sản xuất cũng có mức tăng tối đa 60dB.

Sản phẩm tăng / băng thông, bạn muốn có thể băng thông 50KHz ở mức 60dB (1.000 lần), vì vậy bạn cần khoảng 50 MHz, sản phẩm tăng / băng thông (Và nhiều hơn nữa sẽ làm giảm độ méo HF) ... Làm cho nó trở thành 80dB và bây giờ bạn cần 500 MHz GBP, trong đó sẽ trở nên khó khăn nếu bạn muốn giảm tiếng ồn xuống gần DC (Và đang nhận được tin tức thực sự xấu để ổn định ở mức tăng thấp).

Cũng xem xét rằng tiếng ồn bị chi phối hoàn toàn bởi tiếng ồn cho giai đoạn có mức tăng 20 hoặc 30dB đầu tiên (Làm toán), có rất nhiều điều để nói về việc phân tách mọi thứ để mức tăng 30dB đầu tiên có thể xảy ra ở mức thấp giai đoạn nhiễu được thiết kế cho các nguồn Z thấp và nhiễu 1 / F thấp, giờ chỉ cần vài MHz GBP và sẽ dễ dàng ổn định ngay cả với trở kháng nguồn lạ. Sau đó thực hiện phần còn lại trong giai đoạn thứ hai (trong đó tiếng ồn ít quan trọng hơn và bạn có trở kháng nguồn đã biết).

Một điều khó khăn khác là các luật điều khiển có ý nghĩa ngày càng trở nên khó khăn hơn nếu sử dụng điều khiển một nút điều khiển, giai đoạn thiết bị cổ điển có điện trở cài đặt mức tăng thay đổi từ vài ohms đến có thể vài k ohms, nếu bạn nghĩ về nó chỉ có thể là 3 bậc độ lớn, rất khó để tạo ra một log log ngược có phạm vi nhiều hơn thế.

Có vấn đề về GBW ( sản phẩm đạt được băng thông ), vì vậy một giai đoạn duy nhất là không thể thực hiện được với hiệu suất tốt. Không đủ để chỉ rít qua băng thông, bạn cũng muốn tăng đủ để giảm méo và tái tạo chính xác với phản hồi phẳng (mặc dù độ méo được cho là ở mức hơn 10kHz không quan trọng đối với thính giác của con người). Tất nhiên bạn luôn có thể có một vài giai đoạn với mức tăng hợp lý hơn. Ghi nhớ băng thông được xác định bởi điểm -3dB (đầu ra sẽ giảm xuống một nửa công suất ở rìa của dải thông) và điều đó không chính xác bằng các tiêu chuẩn audiophile.

$\text{nV}/\sqrt {\text {Hz}}$

Vì các nguồn điện áp rất thấp như micrô ruy băng cũng có xu hướng trở kháng thấp, đây là một sự đánh đổi tốt.

Có nhiều phương pháp khác để có được hiệu suất tiếng ồn cực thấp bằng cách sử dụng các loại bỏ như nhiều JFE chạy ở dòng thoát khá cao. Điều này có thể làm giảm tiếng ồn, lý tưởng là căn bậc hai của số lượng JFE, nhưng điện dung đầu vào tỷ lệ thuận với số lượng JFE song song, do đó, hiệu ứng xấu tăng nhanh hơn cải thiện.

Tại sao (micro) thiết kế tiền khuếch đại có xu hướng giới hạn mức tăng opamp tối đa 60 dB?

Một bức tranh tổng thể tốt về toàn bộ phạm vi của micrô và các thiết bị âm thanh khác tạo ra: -

Hình ảnh chụp từ đây .

Có thể thấy một micrô phòng thu (tùy thuộc vào loại) có thể tạo ra một phạm vi đầu ra từ -60 dBm (tương đối với 600 ohm do đó 0 dBm = 0.775 volt) đến -20 dBm. Đây là mức áp suất đầu vào tiêu chuẩn là 1 pascal tại 1 kHz.

Mức đầu vào của dòng thường là khoảng 0 dBm do đó một preamp micrô thông thường sẽ tạo ra có dải khuếch đại từ 20 dB đến 60 dB.

Nhiều mạch op amp được thiết kế sao cho chúng mang lại mức tăng hữu hạn đã biết nếu được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần lý tưởng bao gồm cả op amp khuếch đại vô hạn. Trong thực tế, các mạch như vậy sẽ luôn được xây dựng với các thành phần không lý tưởng và hành vi của chúng sẽ không hoàn toàn khớp với những gì có được từ các thành phần lý tưởng. Hãy xem xét một bộ khuếch đại rất cơ bản:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Khi sử dụng các thành phần lý tưởng, mức tăng sẽ là (R1 + R2) / R2; Tôi sẽ gọi đó là "lợi ích danh nghĩa". Trong một mạch thực tế, nếu một op amp có mức tăng vòng hở không đổi, mức tăng sẽ là 1 / (R2 / (R1 + R2) + 1 / opAmpGain). Nếu mức tăng vòng hở của op amp lớn hơn nhiều so với (R1 + R2) / R2, thì 1 / opAmpGain sẽ rất nhỏ so với R2 / (R1 + R2) và giá trị chính xác của nó sẽ không thành vấn đề nhiều Hơn nữa, ngay cả khi mức tăng của vòng hở có thể thay đổi do các yếu tố như tần số hoặc - thậm chí tệ hơn - điện áp đầu vào, mức tăng tối đa và tối thiểu cho mạch sẽ tương đối gần. Ví dụ: nếu mức tăng của vòng hở có thể thay đổi trong khoảng 500x đến 1000000X, thì mức tăng ròng của mạch sẽ nằm trong khoảng từ 9,8x đến 10 lần. Nhiều biến thể hơn có thể là lý tưởng cho một số sử dụng, nhưng vẫn còn khá nhỏ.

Nếu R1 được thay đổi thành 99K (thay đổi mức tăng danh nghĩa từ 10 lần thành 100 lần), thì độ nhạy của mạch với mức tăng thực tế của op amp sẽ tăng hơn 10 lần. Sự thay đổi tương tự về mức tăng thực tế của op amp sẽ khiến mức tăng ròng của mạch dao động trong khoảng từ 83x đến 100x - một biến thể lớn hơn nhiều. Nếu một người thay vào đó xếp tầng theo mạch bên dưới (để tăng gấp 10 lần) với bản sao thứ hai, thì mạch kết quả sẽ có mức tăng có thể dao động từ khoảng 96x đến 100x. Một mức độ không chắc chắn tương đối lớn hơn so với khi sử dụng một bản sao của mạch đó, nhưng nhỏ hơn nhiều so với khi cố gắng đạt được mức tăng 100 lần trong một giai đoạn.

Mức tăng 60dB sẽ đòi hỏi mức tăng điện áp 1000: 1. Trong khi một op amp có mức tăng vòng mở đủ cao để đạt được mức tăng danh nghĩa 1000: 1 ở tần số âm thanh có thể rẻ hơn hai ampe có thông số kỹ thuật hơi kém, các ampe kế sẽ hoạt động tốt ở mức tăng cao hơn như vậy đắt hơn nhiều Ở một số mức tăng, sử dụng hai ampe rẻ hơn sẽ thực tế hơn so với sử dụng một amp có chất lượng đủ để hoạt động tốt ở mức tăng cao hơn.

60 dB có nghĩa là 1 mV từ mic trở thành 1 V out. Đó là về mức tối đa bạn muốn khuếch đại micrô và đưa vào đầu vào "mức đường truyền". Hầu hết các micrô tạo ra một vài mV cho mức âm thanh bình thường.

Ngoài các câu trả lời tuyệt vời khác về sản phẩm băng thông khuếch đại, còn có một vấn đề khác. Với mức tăng quá nhiều, op amp đầu vào có thể bão hòa do điện áp bù đầu vào. Nhiều bảng trộn sử dụng amp op 5532 cho giai đoạn khuếch đại đầu tiên. Nó có điện áp bù điển hình là 0,5mV, nhưng nó có thể cao tới 5mV so với nhiệt độ. Với mức tăng 60dB, phần bù đầu vào 5mV trở thành mức bù 5V của DC ở đầu ra. 5532 cũng có sản phẩm băng thông khuếch đại điển hình 10 MHz, vì vậy ở mức tăng 60dB, băng thông tối đa là 10kHz.

Khi có nhiều lợi ích, cũng có xu hướng có nhiều tiếng ồn. Sau một preamp, tôi muốn sử dụng bộ lọc hoạt động thông thấp để thu được nhiều hơn và cũng lọc ra một số nhiễu đầu ra preamp tần số cao. Tôi sử dụng amp op OPA2134, mà tôi đã tìm hiểu thông qua tư vấn thiết kế bộ lọc hoạt động tốt tại Linkwitz Lab . Trừ khi tần số tối đa thấp, tôi sẽ sử dụng mức tăng ít hơn 60dB trong một giai đoạn. Hai giai đoạn 40dB sẽ tốt hơn.