Я пытаюсь создать усилитель операционного усилителя, который будет работать от одного источника питания 5 В и сможет усиливать аудиосигнал от -100 мВ до + 100 мВ примерно до пикового пика 1 В или около того. Я наткнулся на эту схему из этой статьи , которая может показаться работающей, но у меня проблемы с вычислением фактических значений:
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
Из статьи я прочитал, что R1 и R2 должны быть одинаковыми и около 42 кОм для источника питания 5 В. R4 должен быть R3 + (0,5 * R1), вот и все ...
Итак, как мне на самом деле рассчитать конденсатор, значения резисторов, необходимые для сигнала переменной частоты с максимальной частотой около 20 кГц и усилением около 5?
Спасибо за помощь мне!
РЕДАКТИРОВАТЬ:
В статье автор написал наземным символом: «* ЗВЕЗДА ЗЕМЛИ». Действительно ли важно, чтобы я совмещал все переходы заземления в схеме в одну точку, или я могу использовать плоскость заземления по всей цепи?
Ответы:
Вы, кажется, действительно нашли разумную схему в Интернете. Я слышал, что где-то там было.
Уравнения, которые вы приводите, слишком строги. Вместо того, чтобы просто рассказывать вам значения, лучше объяснить, что делает каждая часть.
R1 и R2 - делитель напряжения, чтобы сделать половину напряжения питания. Это будет смещение постоянного тока, при котором будет работать операционный усилитель. Низкочастотный диапазон C2 фильтрует выходной сигнал этого делителя напряжения. Это должно подавить глюки, пульсации источника питания и другие шумы на источнике 5 В, чтобы они не попадали в ваш сигнал. R3 нужен только потому, что там есть C2. Если бы R3 не было, C2 также подавил бы ваш входной сигнал, а не только шум на источнике питания. В конечном счете, правый конец R3 предназначен для подачи чистого сигнала питания 1/2 с высоким импедансом. Высокий импеданс таков, что он не мешает вашему желаемому сигналу, поступающему через C1.
C1 - заглушка блокировки постоянного тока. Он отделяет уровень постоянного тока на входе IN от уровня постоянного тока, на который смещен операционный усилитель.
R4 и R5 формируют делитель напряжения с выхода обратно на отрицательный вход. Это путь отрицательной обратной связи, и общее усиление цепи является обратным усилению делителя напряжения. Вы хотите получить коэффициент усиления 10, поэтому делитель R4-R5 должен иметь коэффициент усиления 1/10. C3 блокирует постоянный ток, поэтому делитель работает только с вашим сигналом переменного тока, а не с точкой смещения постоянного тока. Делитель пропустит все DC, поэтому усиление DC от входа + операционного усилителя к его выходу будет равно 1.
C4 - еще один ограничитель постоянного тока, на этот раз отделяющий уровень смещения постоянного тока операционного усилителя от выхода. С двумя заглушками блокировки постоянного тока (C1, C4) общий усилитель работает на переменном токе, и любые смещения постоянного тока, которые могут быть на входах и выходах, не имеют значения (в пределах номинальных напряжений C1 и C4).
Теперь о некоторых ценностях. MCP6022 - это входной операционный усилитель CMOS, поэтому он имеет очень высокий входной импеданс. Даже МОм мало по сравнению с его входным сопротивлением. Другая вещь, которую следует учитывать, это диапазон частот, над которым вы хотите, чтобы этот усилитель работал. Вы сказали, что сигнал аудио, поэтому мы будем считать, что все, что ниже 20 Гц или выше 20 кГц, это сигнал, который вас не волнует. На самом деле, это хорошая идея раздавить нежелательные частоты.
R1 и R2 должны быть равны только 1/2 для напряжения питания. Вы не упоминаете никаких особых требований, таких как работа от батареи, где минимизация тока имеет большое значение. Учитывая это, я бы сделал R1 и R2 10 кОм каждый, хотя здесь есть большая свобода действий. Если бы это работало от батареи, я бы, вероятно, сделал бы их по 100 кОм каждый и не чувствовал бы себя об этом плохо При R1 и R2 10 кОм выходное сопротивление делителя составляет 5 кОм. Вам не нужен какой-либо соответствующий сигнал на выходе этого делителя, поэтому давайте начнем с того, какая емкость необходима для фильтрации до 20 Гц. 1,6 мкФ. Общее значение 2 мкФ было бы хорошо. Высшее тоже работает, за исключением того, что если вы поднимаетесь слишком высоко, время запуска становится значительным в человеческом масштабе. Например, 10 мкФ будет хорошо работать для фильтрации шума. Он имеет постоянную времени 500 мс с сопротивлением 5 кОм,
R3 должно быть больше, чем выход R1-R2, который составляет 5 кОм. Я бы выбрал несколько 100 кОм как минимум. Входной импеданс операционного усилителя высок, поэтому давайте используем 1 МОм.
C1 с R3 образуют фильтр верхних частот, который должен пропускать не менее 20 Гц. Полное сопротивление при взгляде в правый конец R3 составляет чуть более 1 МОм. 20 Гц с 1 МОм требует 8 нФ, поэтому 10 нФ это так. Это место, где вы не хотите использовать керамический колпачок, поэтому более низкие значения весьма полезны. Кепка майлара, например, была бы хороша здесь, и 10 нФ в пределах доступного диапазона.
Опять же, общий импеданс делителя R4-R5 не имеет большого значения, поэтому давайте произвольно установим R4 на 100 кОм и определим другие значения оттуда. R5 должно быть R4 / 9 для общего усиления усилителя 10, поэтому получается 11 кОм. C3 и R5 образуют фильтр, который должен падать с частотой 20 Гц или ниже. C3 должен быть 720 нФ или более, поэтому 1 мкФ.
Обратите внимание на одну проблему с этой топологией. По частоте C3 действует с R5, но уровень постоянного тока, на котором C3 в конечном итоге стабилизируется, фильтруется с помощью R4 + R5 и C3. Это фильтр с частотой 1,4 Гц, что означает, что этой цепи потребуется несколько секунд для стабилизации после подачи питания.
C4 формирует фильтр верхних частот с любым сопротивлением, которое будет подключено к OUT. Поскольку вы можете не знать, вы хотите сделать его достаточно большим. Давайте выберем 10 мкФ, так как это легко доступно. Это падает при 20 Гц с 8 кОм. Следовательно, этот усилитель будет работать так, как указано, до тех пор, пока OUT не нагружен менее чем 8 кОм.
источник
Нет необходимости назначать R4 именно это значение, так как это операционный усилитель CMOS (нет совпадения входных токов смещения).
Так что если fc = 20 Гц, а R1, R2 = 39К. Давайте произвольно сделаем R3 100K. Тогда C = 100 нФ примерно так.
C2 зависит от того, что находится на источнике питания, который вы пытаетесь ослабить, но, скажем, 1 мкФ для этого.
Давайте выберем R4 = 100K, чтобы два резистора были одинаковыми. R5 тогда будет 11K для усиления +10.1
Наконец, C3 можно рассчитать по R5, чтобы он составлял около 1 мкФ (с использованием приведенного выше уравнения).
Это оно!
источник