Как да използвам операционен усилвател като единично захранване

Добре дошли в Направете вашите китарни ефекти! Ако сте нов тук, може да искате да прочетете моята книга за това как да клонирате първия си педал за ефект кликнете тук, за да изтеглите книгата безплатно! 🙂

Добре дошли отново да направите вашите китарни ефекти! Тъй като това не е първият ви път тук, вероятно ще искате да прочетете моята книга, която обяснява как да клонирате първия си педал за ефект, кликнете тук, за да изтеглите книгата безплатно! 🙂

Операционният усилвател, което вече обсъдихме (особено за дизайна на педал за усилване на китара) е съществен компонент в схемите на нашите китарни педали, точно като транзистора. Обикновено е проектиран да работи като двойно (или биполярно, или балансирано) захранване, например + 9V и -9V. Следователно за захранване на батерията ще е необходимо да се работи добре, като се използват две 9V батерии.

И поне ще го забележите на най-новите педали за ефекти, те изискват само една 9V батерия. Следователно говорим за единичен захранващ усилвател. Как е възможно ?

Идеята е да се приложи напрежение на отклонение към аудио сигнала през моста на делителя на напрежението. Но тази доста проста система ще доведе до значителен паразитен шум без добавяне на определени компоненти.

Затова в тази статия ще обясня концепцията за снабдяване на операционни усилватели с едно захранване. Това е веригата, открита в педала за изкривяване на RAT.

По-рано, за да представим концепцията, ще видим накратко каква е структурата на усилвателя като цяло. След това, за да освежим идеите си за операционни усилватели, ще видим двата усилвателни модула в симетрично захранване. .

Накрая ще видим сглобяването на операционния усилвател проста храна и предпазните мерки, които трябва да се вземат при избора на компоненти за намаляване на звуковия шум, генериран от тях. Тази част е до голяма степен вдъхновена от ref [1].

1 Обща структура на усилвателна схема

На следващата фигура показах принципа на работа на усилвател (който може да включва транзистор или операционен усилвател). Тази цифра е вдъхновена от ref [2]. Идеята е проста, искаме усиления входен сигнал на изхода. За да стане възможно това, сглобката е снабдена с източник на захранване DC напрежение. Това дава необходимата мощност на усилвателя за поляризира компонентът в неговата работна точка.

Входните и изходните сигнали са променливи, т.е.зависи от времето. Разбира се, това е AC сигналът, който искаме да усилим, а не DC сигналът, позволяващ поляризацията на активните компоненти.

Твърди се, че усилвателят е линеен, ако сигналът s (t) е пропорционален на e (t), тоест дали усилването на усилването е постоянно независимо от честотата. В противен случай има модификация на входния сигнал на изхода, което води до изкривяване на сигнала.

В случай на операционен усилвател, мощността обикновено се доставя от a биполярен източник на енергия, способни да генерират + V и -V по отношение на 0V, както се вижда на следната диаграма:

Преди да преминете към операционния усилвател проста храна, който се състои в замяна на -V с 0V на диаграмата по-горе, първо нека прегледаме основите на двата усилвателни модула на операционния усилвател с двойно захранване.

2 Реверсивно и нереверсивно монтиране на операционния усилвател

2.1 Описание на двете сглобки

Тук се интересуваме от случая има контур за обратна връзка между изхода на операционния усилвател и входа на инвертора от резистор с име R2 на следващата диаграма. Този цикъл дава възможност да се контролира стойността на усилването на усилването от външни компоненти, както ще видим във формулите. Също така отбелязваме наличието на втори резистор R1, свързан към R2.

Имайте предвид, че в други възли, като компаратори, цикълът за обратна връзка се извършва на неинвертиращия вход, което води до различно поведение на операционния усилвател.

Разликата между неинвертиращия и инвертиращия монтаж се прави на нивото на входния сигнал, в зависимост от това дали е свързан към неинвертиращия вход или инвертиращия вход. И накрая, виждаме това операционният усилвател е поляризиран от два генератора на напрежение, единият при + 9V на положителния му терминал, а другият при -9V на отрицателния му терминал.

2.2 Сравнение между двата вида усилвател

И така, защо има тези два типа настройки, инверторни и неинверторни? Разглеждайки израза на печалбата на двете събрания, ще открием разлики. Всъщност можем да изчислим, че в неинвертиращия случай коефициентът на усилване G, определен от Vs (t)/Ve (t), струва:

А в инвертиращия случай печалбата си струва:

Виждаме, че простото добавяне на два резистора ни дава контрол върху стойността на усилване на операционния усилвател. И разликите са както следва:

инверторният възел дава възможност да има коефициент на усилване по-голям или по-малък от 1. Нека за момент игнорираме знака минус. Ако имаме например R2 = 10 kohms и R1 = 1 kohms, G = 10k/1k = 10. От друга страна, ако R2 = 1 kohms и R1 = 10 kohms, G = 1k/10k = 0,1. В първия случай имаме усилвател, във втория случай имаме атенюатор. В случая на неинвертиращия възел не е възможно да се затихне, защото усилването винаги ще бъде по-голямо от 1. Поне можем да имаме усилване от 1, тоест сигнал, нито усилен, нито атенюиран (този монтаж съществува, той се нарича последователно сглобяване и се използва за импедансни адаптации или буфери).
Знакът минус в стойността на усилване на веригата на инвертора означава, че изходният сигнал е на 180º извън фазата. Може да е важно в зависимост от това какво искате да направите.
Входният импеданс на неинвертиращия блок е много голям, защото съвпада с входния импеданс на операционния усилвател. От друга страна за инверторния модул той пада поради наличието на R1 между сигнала и входа на операционния усилвател.