단일 공급 연산 증폭기 오디오 증폭기

단일 5V 전원에서 작동하고 -100mV ~ + 100mV 오디오 신호를 약 1V 피크 피크 정도로 증폭 할 수있는 연산 증폭기 증폭기를 만들려고합니다. 이 기사 에서이 회로를 보았습니다. 작동하는 것처럼 보이지만 실제 값을 계산하는 데 문제가 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

이 기사에서 R1과 R2는 5V 전원 공급 장치에서 동일하고 약 42kOhm이어야한다는 것을 읽었습니다. R4는 R3 + (0.5 * R1)이어야합니다.

그렇다면 실제로 약 20kHz에서 최대 주파수와 약 5의 이득을 갖는 가변 주파수 신호에 필요한 저항 값, 커패시터를 어떻게 계산할까요?

도와 주셔서 감사합니다!

편집하다:

이 기사에서 저자는 "* STAR GROUND"라는 접지 기호로 썼습니다. 회로도의 모든 접지 트랜스를 한 지점으로 결합하는 것이 중요합니까, 아니면 전체 회로에서 접지 평면을 사용할 수 있습니까?

실제로 인터넷에서 합리적인 회선을 찾은 것 같습니다. 어딘가에 있다고 들었습니다.

당신이 인용하는 방정식은 지나치게 엄격합니다. 값을 알려주는 대신 각 부분의 기능을 설명하는 것이 좋습니다.

R1과 R2는 공급 전압의 1/2을 만들기위한 전압 분배기입니다. 이것이 opamp가 작동 할 DC 바이어스입니다. C2 저역 통과는 해당 전압 분배기의 출력을 필터링합니다. 이것은 5V 전원 공급 장치의 글리치, 전원 공급 장치 리플 및 기타 노이즈를 제거하여 신호로 끝나지 않도록하기위한 것입니다. R2는 C2가 있기 때문에 필요합니다. R3가 없으면 C2는 전원 공급 장치의 노이즈뿐만 아니라 입력 신호도 스쿼시합니다. 궁극적으로 R3의 오른쪽 끝은 높은 임피던스로 깨끗한 1/2 공급 신호를 전달하기위한 것입니다. 높은 임피던스는 C1을 통해 나오는 원하는 신호를 방해하지 않습니다.

C1은 DC 차단 캡입니다. IN의 DC 레벨을 opamp가 바이어스되는 DC 레벨에서 분리합니다.

R4와 R5는 출력에서 ​​음의 입력으로 전압 분배기를 형성합니다. 이것이 음의 피드백 경로이며 전체 회로 이득은 전압 분배기 이득의 역수입니다. 10의 이득을 원하므로 R4-R5 분배기는 1/10의 이득을 가져야합니다. C3은 DC를 차단하므로 디바이더는 DC 바이어스 포인트가 아닌 AC 신호에서만 작동합니다. 분배기는 모든 DC를 전달하므로 opamp의 + 입력에서 출력으로의 DC 게인은 1이됩니다.

C4는 또 다른 DC 차단 캡이며, 이번에는 opamp DC 바이어스 레벨을 출력에서 ​​분리합니다. 2 개의 DC 차단 캡 (C1, C4)을 사용하면 전체 앰프가 AC에서 작동하며 IN 및 OUT에있을 수있는 DC 바이어스와 무관합니다 (C1 및 C4의 정격 전압 내).

이제 몇 가지 가치가 있습니다. MCP6022는 CMOS 입력 opamp이므로 입력 임피던스가 매우 높습니다. 입력 임피던스에 비해 MΩ도 작습니다. 고려해야 할 또 다른 사항은이 앰프가 작동하기를 원하는 주파수 범위입니다. 신호가 오디오라고 말 했으므로 20Hz 이하 또는 20kHz 이상은 신경 쓰지 않는 신호라고 가정합니다. 실제로 원치 않는 주파수를 스쿼시하는 것이 좋습니다.

R1과 R2는 공급 전압의 1/2을 만들기 위해 동일해야합니다. 전류 최소화가 중요한 배터리 작동과 같은 특별한 요구 사항은 언급하지 않았습니다. 그것을 감안할 때, 여기에 큰 여유가 있지만 R1과 R2를 각각 10kΩ으로 만들 것입니다. 이것이 배터리로 작동된다면, 아마도 각각 100kΩ으로 만들고 나쁘지 않을 것입니다. R1 및 R2가 10kΩ 인 경우 분배기의 출력 임피던스는 5kΩ입니다. 해당 디바이더의 출력에 관련 신호가 필요하지 않으므로 20Hz까지 필터링하는 데 필요한 정전 용량을 확인하십시오. 1.6 µF. 2µF의 공통 값이 좋습니다. 너무 높으면 시작 시간이 사람 규모로 커진다는 점을 제외하고는 더 높은 작업도 가능합니다. 예를 들어, 10µF는 노이즈를 멋지게 필터링하는 데 효과적입니다. 5kΩ 임피던스로 500ms 시간 상수를 가지며

R3은 5kΩ 인 R1-R2의 출력보다 커야합니다. 나는 적어도 100kΩ을 선택했다. opamp의 입력 임피던스가 높으므로 1MΩ을 사용하십시오.

R3이있는 C1은 최소 20Hz를 통과해야하는 고역 통과 필터를 형성합니다. R3의 오른쪽 끝에 보이는 임피던스는 1MΩ을 약간 상회합니다. 1MΩ의 20Hz에는 8nF가 필요하므로 10nF입니다. 이것은 세라믹 캡을 사용하고 싶지 않은 곳이므로 값이 낮을수록 매우 유용합니다. 예를 들어, 마일 라 캡은 여기서 좋으며 10 nF는 사용 가능한 범위 내에 있습니다.

다시 말하지만, R4-R5 분배기의 전체 임피던스는 중요하지 않으므로 R4를 임의로 100kΩ으로 설정하고 다른 값을 계산하십시오. 전체 증폭기 이득이 10 인 경우 R5는 R4 / 9 여야하므로 11kΩ이 작동합니다. C3 및 R5는 20Hz 이하에서 롤오프해야하는 필터를 형성합니다. C3는 720nF 이상이어야하므로 1µF입니다.

이 토폴로지의 한 가지 문제에 유의하십시오. 주파수 측면에서 C3은 R5와 함께 작동하지만 C3이 결국 안정화되는 DC 레벨은 R4 + R5 및 C3에 의해 필터링됩니다. 즉 1.4Hz의 필터이므로 전원을 공급 한 후이 회로가 안정화되는 데 몇 초가 걸립니다.

C4는 OUT에 연결될 임피던스가있는 고역 통과 필터를 형성합니다. 모를 수도 있으므로 합리적으로 크게 만들고 싶습니다. 쉽게 사용할 수 있으므로 10 µF를 선택해 봅시다. 8kΩ으로 20Hz에서 롤오프됩니다. 따라서이 앰프는 OUT이 8kΩ 미만으로로드되지 않는 한 지정된대로 작동합니다.

R4는 CMOS 연산 증폭기이므로 입력 바이어스 전류와 일치하지 않기 때문에 R4를 특정 값으로 만들 필요는 없습니다.

$\frac{1}{2\pi f_c R}$

따라서 fc = 20Hz이고 R1이면 R2 = 39K입니다. 임의로 R3 100K를 만들어 봅시다. 그렇다면 C = 100nF가 맞습니다.

C2는 감쇠하려는 전원 공급 장치에 따라 다르지만 1uF라고 가정 해 봅시다.

두 개의 저항을 동일하게 유지하기 위해 R4 = 100K를 선택합시다. 그러면 R1은 +10.1의 이득을 위해 11K가됩니다

마지막으로, C3는 R5로부터 약 1uF로 계산 될 수있다 (상기 식을 사용하여).

그게 다야!