Wzmacniacz operacyjny jako wtórnik audio: oszczędność miejsca i efektywność przy 3-3,5V?

Tue Sep 03, 2013 4:58 am   

Do tej pory, gdy zachodziła taka potrzeba, korzystałem z prostych
wtórników na pojedynczych tranzystorach. Jak wygląda kwestia stosowania
w tym samym celu wzmacniaczy operacyjnych?
Mamy sygnały audio, które należy przekazać dalej, przy minimalnym
obciążaniu źródła. Czy wzm. op. w układzie wtórnika sprawdzi się w tym
zastosowaniu? Podstawową zaletą byłaby oszczędność miejsca na płytce -
jeden scalak, z paroma rezystorami i kondensatorami, zamiast większej
ilości elementów dyskretnych.

1) Kwestia zasilania - znajdę coś pracującego prawidłowo przy 3-3,5V?
2) Czy poszczególne wzmacniacze w strukturze układu scalonego są w jakiś
sposób bardziej podatne na przenikanie sygnału po wspólnym zasilaniu,
niż zbudowane z elementów dyskretnych, oddzielone osobnymi filtrami RC?

Tue Sep 03, 2013 8:44 am   

W dniu 2013-09-03 06:58, Atlantis pisze:



wejście minus idzie jako sprzężenie zwrotne wprost od wyjścia
wzmacniacza, sygnał podajesz na wejście plus. Koniec. Ewentualnie sprawa
zasilania (nie)symetrycznego, wtedy na wejściu plus - dzielnik na 1/2
Ucc, a sygnał wchodzący przez kondensator, ale to już tworzy jakiś filtr
i psuje charakterystykę... Dlatego lepsze zasilanie symetryczne.


ktoś coś ci poda.

wyczyn...


--
| Bartłomiej Kuźniewski
| sibi@drut.org GG:23319 tel +48 696455098 http://drut.org/
| http://www.allegro.pl/show_user_auctions.php?uid=338173

Tue Sep 03, 2013 4:30 pm   

W dniu 2013-09-03 10:44, BartekK pisze:


A czy przypadkiem pomiędzy wyjściem a wejściem minus nie powinien się
znajdować rezystor o wartości równej Rw źródła sygnału?

No i w moim przypadku odpada możliwość zastosowania zasilania
symetrycznego. Tak więc wejście dodatnie też będę musiał spolaryzować
dzielnikiem tak, aby w stanie spoczynku była tam (a więc i na wyjściu)
połowa napięcia zasilania. Będzie też trzeba dać kondensatory sprzęgające.

BTW jak powinienem dobrać wartości rezystorów tego dzielnika (a
właściwie wspólny opór całości)? Jak oszacować opór wejściowy dzielnika
(ważny z uwagi na filtr RC tworzony razem z kondensatorem sprzęgającym)?

Filtr RC zmieniający charakterystykę jest wręcz wskazany - zależy mi
obcięciu wszystkiego poniżej 300 Hz.

Widzę, że w TME mają spory wybór wzmacniaczy operacyjnych SMD,
rail-to-rail o niskich napięciach zasilania. Są zarówno w obudowach SO,
jak i SOT. Z tego co widzę zdecydowana większość może dać na wyjściu
maksymalnie 30mA. Układ ma pracować na aku li-pol, którego maksymalne
napięcie wynosi 4,2V. Na wyjściu będzie słuchawka 150 omów. Tak więc
maksymalny chwilowy prąd może wynieść 28mA - na granicy. Powinienem się
tym przejmować i szukać bardziej wydajnego wzmacniacza, czy to nie
będzie stanowiło żadnego problemu?

Tue Sep 03, 2013 5:12 pm   

Użytkownik "Atlantis" <marekw1986NOSPAM@wp.pl> napisał w wiadomości
news:l052rv$ad7$1@portraits.wsisiz.edu.pl...

wzmacniacza.


równolegle.
Typowo dwa rezystory po 10k do 1M będą OK jeśli prąd słuchawek nie będzie
też przez nie przepływał.
Można dać drugi wzmacniacz sterujący drugi koniec słuchawek (albo na stałe
na VCC/2 albo w przeciwfazie do pierwszego).




Nigdy się nie parałem akustyką. Są jakieś scalaki specjalnie zaprojektowane
jako wzmacniacze słuchawkowe. Może lepiej takiego szukać.
P.G.

Tue Sep 03, 2013 5:44 pm   

W dniu 2013-09-03 19:12, Piotr Gałka pisze:


To znaczy? W jakim układzie prąd słuchawki mógłby przez nie przepływać?
Słuchawka będzie się znajdowała za kondensatorem podpiętym do wyjścia...



Co dwa filtry to nie jeden. ;)



To nie jest żaden wyrafinowany układ akustyczny. Tam nie ma słuchawek,
ale jest JEDNA słuchawka - taka telefoniczna. Ma odtwarzać mowę, w dość
wąskim (telefonicznym) zakresie częstotliwości. Źródłem sygnału będzie
wyjście modułu GSM oraz PWM Atmegi8 (przełączane kluczem analogowym).
W rozwiązaniach "prototypowych" korzystałem z prostych, jednostopniowych
wtórników na BC847 i wszystko działało.

Drugi wtórnik (tak dla świętego spokoju) znajduje się pomiędzy
mikrofonem a wejściem mikrofonowym. W tym przypadku nie potrzeba
wydajności prądowej, bo wejście ma impedancję 10k. Jedynie ta słuchawka
mnie zastanawia. To 30 mA będzie dla niej wystarczające?

Tue Sep 03, 2013 6:24 pm   

W dniu 2013-09-03 19:44, Atlantis pisze:


nie zostaniesz przy cyfrze aż do samego końca, tzn cały "wzmacniacz"
cyfrowy (tylko jako zwiększenie wydajności prądowej dla słuchawki), a
sama słuchawka jest elementem całkującym-filtrującym PWM (zakładam że
częstotliwość pwm masz ustawione ponad pasmem akustycznym). Skoro sygnał
już pochodzi z GSM, to był użyty jakiś kodek gsm i pasmo już (powinno)
być skutecznie odcięte - więc nie ma co odcinać go z góry i dołu.
Dałbym po prostu driver cyfrowy (choćby równolegle spięte 4x bramka, np
nand z 4011b) i niech sobie głośnik całkuje prąd ;)


--
| Bartłomiej Kuźniewski
| sibi@drut.org GG:23319 tel +48 696455098 http://drut.org/
| http://www.allegro.pl/show_user_auctions.php?uid=338173

Tue Sep 03, 2013 6:32 pm   

Użytkownik "BartekK" napisał w wiadomości
W dniu 2013-09-03 06:58, Atlantis pisze:

Tylko potem zaczynaja sie niuanse: pasmo za male, znieksztalcenia
nieliniowe i skrosne przy szybkich sygnalach, opoznienia fazowe.
Margines wzbudzenia, odpornosc na obciazenie pojemnosciowe, szumy
wejsciowe, tlumienie przydzwiekow itp, itd.
Choc akurat odpornosc na przydzwieki powinny miec wszystkie, bo CMMR
podstawowym parametrem opampu.

Co prawda bardziej to dotyczy starych wzmacniaczy, bo wspolczesne maja
juz olbrzymi nadmiar parametrow.

Ale miejsce na swiete wojny ktory opamp jest lepszy w roli audio
pozostaje
I ciagle sa takie niezalecane do audio, czy tez moze tylko "nie
zalecane" - w sensie - nikt nie napisal ze zalecane.



Np
http://tangentsoft.net/audio/opamps.html
http://www.diyaudio.com/forums/parts/41234-best-audio-opamps.html
http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1278805
http://www.linear.com/product/LT1115
http://www.ti.com/ww/en/analog/soundplus-audio-op-amp-opa1664/index.shtml?DCMP=hpa_opamp_opa1664_em&HQS=opamp-opa1664-bt1-en
http://focus.ti.com/lit/an/slod006b/slod006b.pdf

http://bursonaudio.com/DIY_HD_Opamp.htm

J.

Tue Sep 03, 2013 6:34 pm   

Użytkownik "BartekK" napisał w
W dniu 2013-09-03 06:58, Atlantis pisze:

P.S.
http://electronicdesign.com/analog/op-amp-audio-realizing-high-performance-buffers-part-i

I sa nastepne czesci :-)

J.

Tue Sep 03, 2013 7:01 pm   

W dniu 2013-09-03 20:24, BartekK pisze:



Sęk w tym, że sygnał z modułu GSM nie jest cyfrowy, a analogowy. Atmega
nie bierze w ogóle udziału w jego przetwarzaniu. PWM używam jedynie do
generowania dodatkowych sygnałów (np. dialtone), które również w
określonych przypadkach mają trafić do tej samej słuchawki. Przełączanie
źródła jest zrealizowane na kluczach analogowych.



Nie o to chodzi - chcę ograniczyć wzmocnienie na częstotliwościach
charakterystycznych dla możliwych źródeł zakłóceń, przede wszystkim
"terkotu" generowanego przez GSM.

Tue Sep 03, 2013 7:04 pm   

W dniu 2013-09-03 20:32, J.F pisze:


Dobrze, trzeba jednak pamiętać o jakim "audio" tutaj cały czas mówimy.
Nie chodzi o zastosowania Hi-Fi, ale prosty wtórnik dla sygnału o
telefonicznej jakości. W konstrukcjach krótkofalarskich widywałem już
przedwzmacniacze mikrofonowe albo aktywne filtry CW/SSB robione na
wzmacniaczach operacyjnych. Chyba więc nie jest aż tak źle?

Tue Sep 03, 2013 8:12 pm   

W dniu 03.09.2013 21:01, Atlantis pisze:


A nie prościej go po prostu sumować, właśnie na opampie?

--
Pozdrawiam
Jakub Rakus

Tue Sep 03, 2013 8:34 pm   

W dniu 2013-09-03 22:12, Jakub Rakus pisze:


Nie bardzo ma to sens - nie ma ani jednej takiej sytuacji, kiedy obydwa
sygnały pojawiałyby się w słuchawce jednocześnie. Możliwe są jedynie
trzy stany:
1) Słuchawka odłączona od jakiegokolwiek źródła sygnału.
2) Słuchawka podłączona do wyjścia audio modułu GSM, odtwarza głos rozmówcy.
3) Słuchawka podłączona do kanału PWM Atmegi odtwarza sygnały hmmm...
Kontrolne. ;)

Poza tym MUSZĘ mieć możliwość odcięcia słuchawki od modułu z uwagi na
jego szczególną cechę - generowanie sygnału dzwonka, czego z jakiegoś
powodu nie da się wyłączyć programowo. Aż strach pomyśleć co by się
stało, gdyby to zawyło właśnie wtedy, gdy miałbym słuchawkę przy uchu.

Wed Sep 04, 2013 7:28 am   

Użytkownik "Atlantis" <marekw1986NOSPAM@wp.pl> napisał w wiadomości
news:l05756$bbd$1@portraits.wsisiz.edu.pl...

1. Rozważałeś wstawienie rezystora między wyjście a wejście "-".
2. Taki rezystor ma na celu wyrównanie spadków napięć DC na wejściach "+" i
"-" spowodowanych prądami polaryzacji wejść (różnica między tymi prądami
jest znacznie mniejsza niż ich bezwzględna wartość).
3. To pozwala mieć na wyjściu napięcie równe napięciu podanemu na wejście
"+" przez jakieś R (jeśli w sprzężeniu jest taki sam R). Oczywiście z
dokładnością do Offsetu wzmacniacza, ale ten w niektórych daje się
kompensować.
4. Z tego wynika, że być może chcesz mieć na wyjściu DC jak najbliższe 0.
5. Taki cel ma sens tylko wtedy kiedy słuchawka na wyjściu jest podłączona
DC (bez kondensatora) - czyli drugim końcem do masy.
6. Masy nie masz. Masz tylko wirtualną - środek rezystorów.
7. Być może tak to planujesz połączyć (prawdopodobnie nie, ale na 100%
wykluczyć nie mogę).
8. Przy takim połączeniu prąd słuchawki będzie przepływał przez te rezystory
no i przy podanych przeze mnie wartościach będzie nie za bardzo stąd to
zastrzeżenie.

Ad.7
Rezystory dają wirtualną masę i zapominamy jak ją zrobiliśmy (to błąd, ale
możliwy).
Od tej pory zakładamy, ze masę po prostu mamy i stosujemy typowy schemat
wtórnika gdy masa jest.
Wejście "+" polaryzujemy jakimś R z masy i podajemy na nie sygnał przez C.
Wyjście łączymy z "-" przez taki sam R (żeby na wyjściu było DC możliwie
bliskie masy).
Między wyjściem a masą mamy nasz sygnał więc słuchawka między wyjście a
masę.


zasilających musi być R2R nie tylko na wyjściu ale też na wejściu. Gdyby
pracował jako wzmacniacz odwracający (wzmocnienie = -1) to musiałby być R2R
tylko na wyjściu. W takim przypadku polaryzacja DC wejścia powinna
uwzględniać dopuszczalny zakres napięcia wejściowego wzmacniacza. Pierwszy
scalak jaki miałem w rękach to był ULY741 i udało mi się przy zasilaniu go z
4V5 (jedna płaska bateria) uzyskać około 1,3V liniowego zakresu napięć na
wyjściu, ale polaryzacja wejścia nie była połową napięcia zasilania.

Co do wydajności prądowej to jeśli wzmacniacz będzie miał U/2 przez
Rsłuchawki to wystarczy (bo maksymalna odchyłka napięcia wyjściowego od
pozycji spoczynkowej to U/2).
Nie pamiętam, czy podawałeś R słuchawki. Jak kiedyś używałem słuchawek to
one miały 2k, ale to były inne czasy i słuchawki były słuchawkami a nie
głośnikami.
P.G.

Wed Sep 04, 2013 12:03 pm   

J.F <jfox_xnospamx@poczta.onet.pl> wrote:

PDFy z obrazkami u autora:
http://waltjung.org/ED_Archives.html

;)

Thu Sep 05, 2013 6:30 am   

W dniu 2013-09-03 21:04, Atlantis pisze:

Pewnie, że nie jest. W latach 80 nawet jakiś korektor graficzny
widziałem zrobiony na żyratorach na 741, ale nie miałem okazji słuchać,
jak szumi.
Inna sprawa, że jest całkiem sporo opampów dedykowanych do układów audio
- ale to raczej chodzi o zastosowania Hi-Fi i wyżej. Kiedyś był np.
TBA231 (używany w pierwszych Ariach), czy wciąż produkowane TL07x czy
NE5532(żaden Tobie nie pasuje chociażby ze względu na zasilanie).
Swoją drogą to się zastanawiam, po co chcesz koniecznie opampa.
Przy okazji patrzenia w pdf od TBA231 - pomimo, że ma dla jakiegoś
zakresu zasilania podane, że na wejście można podać pełny zakres napięć
wejściowych, to wejściowe napięcie różnicowe jest tylko 5V - warto o tym
pamiętać - nie zawsze jesteś w stanie zapewnić odpowiedni zakres pracy,
szczególnie przy starcie lub wyłączeniu urządzenia. Oczywiście przy 4V
zasilania na pewno tego typu problemu mieć nie będziesz.
Wstępnie zaproponowałbym coś w stylu TDA7052, tylko że on ma 40dB
wzmocnienia, więc nie pasuje, ale jest trochę układów dedykowanych do
sterowania słuchawek, a nawet można wziąć coś z rodziny LM386 (akurat
ten ma trochę spore minimalne zasilanie, ale coś mi mówi, że coś
odpowiadającego się znajdzie).
Aha, opamp pracujący w układzie wtórnika i jeszcze na dodatek w
rzeczywistych warunkach rail2rail to nie najszczęśliwszy pomysł, chociaż
realizowalny. Ja jednak bym trochę obciął sygnał
dzielnikiem/potencjometrem i ewentualnie dał jakieś wzmocnienie.
Aha, jaki poziom sygnału na wyjściu daje ten moduł GSM? Bo może i tak
trzeba go wzmocnić?

Pozdrawiam

DD