오디오 연산 증폭기에 이러한 높은 레일 전압이 필요한 이유는 무엇입니까?

이것은 어리석은 질문 일지 모르지만 인터넷의 어느 곳에서나 직접 해결할 수는 없습니다. 또한 몇 가지 관련 질문이 인라인으로 표시되어 주제에서 너무 멀리 벗어나지 않기를 바랍니다.

프로 기어에서 라인 레벨 오디오 신호는 대략 ~ 3.5V 피크 투 피크 이므로 오디오 회로가 왜 +/- 12v 이상의 레일 전압을 일상적으로 요구하거나 권장합니까?

이것은 순수한 헤드 룸입니까? 아니면 연산 증폭기의 비선형 성이 공급 전압에 의존합니까?

아니면 더 저렴한 구성 요소를 지원합니까? TL072의 데이터 시트를 보면, 부하 저항이 낮 으면 (2k Ohm) 최대 출력 전압은 레일의 2/3만큼 낮을 수 있지만 일반적으로 10k Ohm 부하의 경우 레일의 90 %입니다. 그러나 Rail-to Rail 인 고급 Op-amp를 사용할 수도 있습니까?

이 질문을 제기하는 주된 것은 Cirrus CS4272 의 데이터 시트 와 평가 보드의 회로도 / 데이터를 보는 것입니다. 이 경우 ADC가 0v에서 5v로 작동하더라도 입력 버퍼에 양극 +/- 18V 전원을 사용하도록 선택합니다. 특정 예에서, 그들은 레일의 80 %의 최악의 출력 스윙을 가지며 +/- 3v만큼 낮은 레일을 지원하는 NE5532D8을 사용하고 있습니다.

ADC가 0-5V 오디오 (아마도 약 2.5v로 바이어스) 만 지원하고 +/- 3v 전원을 사용하면 3.5V 피크-피크 범위를 쉽게 수용 할 수 있다면 왜 +/- 18V 전원을 사용 하는가?

데이터 시트에 따르면이 회로에서 발생하는 스케일링 (게인 또는 감쇠)도 없습니다.

XLR 커넥터는 단일 이득, AC 결합 차동 회로를 통해 CS4272 아날로그 입력을 공급합니다. 2 Vrms 차동 신호는 CS4272 입력을 풀 스케일로 구동합니다.

따라서 라인 레벨을 넘는 모든 신호 는 ADC에 의해 클리핑됩니다. ADC와 연산 증폭기의 클리핑을 사용하는 것이 더 낫습니까? 또는 여전히 ~ 3.5v 피크 투 피크 라인 레벨 출력 신호 만 제공하더라도 출력 스테이지에 더 높은 레일이 필요합니까?

5V 단일 공급 ADC를 구동 할 때 5V의 단일 공급에서 LT1215와 같은 것을 사용하는 것보다 더 높은 바이폴라 공급이있는 입력 스테이지를 사용하는 것이 더 좋은 이유는 무엇입니까? (이 특정 스택 교환에 대한 평판이 아직 없기 때문에 링크를 게시 할 수 없습니다 ... Google에 충분히 쉽습니다)

감사!

1. 믹서와 같은 24 비트 오디오와 함께 작동하는 오늘날의 고음질 오디오 장비는 120Ω 동적 범위를 처리하기 위해 +/- 10 볼트의 전압 스윙이 필요한 600 옴 차동 입력 및 내부 버스 연결 (신호가 디지털화 될 때까지)을 사용합니다. SACD / DVDV / Blu-Ray 오디오 트랙 diff driver IC는 종종 +/- 18 볼트의 공급 레일을 갖는 SSM2142입니다 (믹서 내).
2. 예,이 추가 전압 중 일부는 먼 600 옴로드에 걸쳐 Vdrop을 보충하기위한 것이므로로드에서 +/- 10 볼트 스윙을 사용할 수 있습니다. 이 높은 구동 전압은 약 90dB의 다이나믹 레인지를 가진 CD (1980 년대 초)로 시작되었으며, 많은 오래된 스테레오의 입력에 과부하가 걸리므로 사운드가 매우 왜곡되었습니다.
3. 수정은 -6dB 포노 플러그 어댑터를 설치하여 레벨이 기존 스테레오에 사용되었던 수준으로 떨어졌습니다. 입력이 SACD 표준 +/- 10 볼트가 아니라면 디자이너가 고전압 연산 증폭기를 사용하여 저전압 ADC를 구동하는 이유에 대해 설명 할 수 없습니다.
4. 오늘날의 CD / SACD / DVD / Blu-Ray 출력은 최대 출력으로 +/- 10V 스윙을 가지므로 아날로그 출력 IC에만 고전압 레일이 있어야합니다. 이 IC 전에 신호는 여전히 디지털 형식입니다. MP3 플레이어는 동적 범위가 약 60dB이므로 훨씬 낮은 전압으로 작동 할 수 있습니다.
5. CD 파일을 재생할 수있는 고품질 플레이어는 헤드폰 / 이어 버드 드라이버 IC의 전압 만 높여서 90dB의 다이나믹 레인지를 가질 수 있습니다.
6. 24 비트 오디오 또는 초정밀 DC 측정을 처리하지 않는 한 5 볼트 단일 종단 전원 공급 장치 및 매우 조용한 5 볼트 및 3.3 볼트 ADC 및 DAC는 CD, MP3 및 일반 오디오에 충분합니다. 소위 '초퍼'증폭기는 5 볼트 전원으로 정밀 DC 측정을 수행 할 수 있지만 샘플 속도는 아마도 100 sps로 제한되지만 시간이 지남에 따라 증가 할 것입니다. 전력 증폭기는 +/- 15 볼트 레일 (또는 그 이상)을 사용하여 오늘날 왜곡이 거의없는 오늘날의 고음질 오디오를 처리합니다.
7. 설계자가 5 볼트 ADC 회로에 +/- 12 볼트 op 앰프를 설치하는 경우 설계가 쉬워지고, 낮은 임피던스 부하를 유도하거나 추가 될 수있는 '특별한'저전압 op 앰프 구매를 피할 수 있습니다. 재고 비용.
8. SACD를 찾아 보면 DVD / Blu-Ray 오디오 트랙으로 혼합 된 스튜디오 급 24 비트 레코딩 형식이며 음악 콘서트는 CD의 16 비트 형식으로 믹스 다운됩니다. +/- 10 볼트는 600 옴 부하 이상의 최대 라인 레벨이지만 오늘날 가정용 오디오는 이러한 장치에서이 레벨을 기대합니다.
9. 표준 'Tape In'및 'Tape-Out'과 MP3 및 카세트 입력은 여전히 ​​약 +/- 1V의 원래 신호 레벨에서 작동합니다. 이전 수준의 표준은 여전히 ​​존재하지만 고해상도 오디오 (24 비트)와 함께 있습니다.
10. 5 볼트 및 3.3 볼트 ADC는 과거에 비해 훨씬 더 넓은 다이나믹 레인지 (매우 낮은 노이즈 플로어)가 가능합니다. 5 볼트 또는 3.3 볼트 ADC가 해당 작업을 위해 특별히 제작 된 경우 고해상도 오디오를 처리 할 수 ​​없음을 의미하지는 않습니다. 그들의 비용은 처음에는 매우 높았지만 해마다 내려오고 있습니다.
11. 소위 "고전압"연산 증폭기는 오디오 및 초음파 사운드를 포함하여 여러 가지 이유로 사용됩니다. LTC6090에는 초음파 및 모션 제어를 위해 +/- 70V의 공급 레일이 있으므로 +/- 12V의 공급 레일은 실제로 낮은쪽에 있습니다.
12. Cerwin-Vega Metron 시리즈와 같은 일부 오디오 전력 증폭기는 1,500 와트의 출력을 위해 +/- 130 볼트의 공급 레일을 가지고 있으므로 +/- 15 볼트 레일이있는 프리 앰프 스테이지는 저전압으로 보입니다.
13. 이 경우와 다른 경우에는 다음 단계 또는 대상 장치가 제대로 작동하려면 넓은 전압 범위가 필요하기 때문에 더 높은 전압이 필요합니다. 부하는 저임피던스 저잡음 부하 또는 간단한 임피던스 정합을 위해 설계된 전압 분배기 일 수 있습니다.
14. 그런데, "xxdB"는 회로 또는 노이즈의 노이즈 플로어를 기준으로하므로, 플로어 레벨에서 가장 높은 노이즈가 '풀 볼륨'에 비해 감지하거나 눈에 띄지 않을 정도로 너무 낮습니다. 또한 IC에 전원이 공급되는 전압을 나타내지는 않지만 풀 볼륨 사운드 레벨에 비해 신호가 적용되지 않은 상태에서 IC가 얼마나 조용한 지 나타냅니다.
15. 파워 앰프, 전원 공급 장치, 테스트 장비 등과 같이 실제로 필요한 장치로 +/- 12V 이상의 공급 레일이 줄어들고 있습니다.
    
    편집 : DC 및 오디오 IC의 노이즈 플로어가 지속적으로 개선됨에 따라 어떤 시점에서 600ohms 사양의 오래된 '표준'+/- 10 볼트는 600ohms의 낮은 전압으로 대체됩니다. 600 옴 표준은 콘서트 무대에서 200 피트 떨어진 사운드 타워까지 200 피트의 32 채널 STP (Shielded Twisted-pair) 케이블을 사용하던 시절부터 시작되었으며, 그 당시 600 옴 XLR 입력을 가진 아날로그 믹서에 편리했습니다. .
    
    이러한 고가의 모든 단계가 등 무대 승무원이 사용하는 것이 오버 헤드 라이트, 스트로보 조명, 레이저, 무전기, 같은 마이크와 악기 케이블에서 소음 유지하기 위해 필요했던
    
    존재가 말했다, 그것은 분명 그 시간 경과에 따라 더 많은 음원이 소스에서 디지털화되어 200 피트 '스네이크'가 필요하지 않습니다. 미래의 어느 시점에서나 모든 소스는 즉시 디지털화되며, 신호가 헤드폰과 스피커에 도달 할 때까지 다시 아날로그가되지 않아서 현재 답변이 신호 측면에서 더 이상 사용되지 않지만 전력은 아닙니다.

예전에는 증폭기가 출력 전압 범위와 공급 전압 사이에 충분한 마진이 필요했습니다. 오래된 opamp는 종종 레일 당 3V의 전압 강하를 가졌습니다.

더욱이, 신호 출력이이 한계에서 더 멀리 떨어져 있으면 더 나은 공급 거부율을 보장 할 수 있습니다 (구형 설계는 조절기로 제너 + NPN 만 사용하는 조절이 불량한 공급 장치를 종종 사용했습니다). 그리고 이러한 opamp는 일반적으로 공급 전압이 높을 때 전반적으로 더 나은 스펙 (PSRR, CMR, THD + N 등)을 가졌습니다. 예를 들어, 고급 오디오에 널리 사용되는 opamp 인 OPA134 (90 년대 중반에 등장)의 THD + N 사양을 참조하십시오.

공급 전압이 높을수록 THD + N이 더 낫다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 이전의 opamp는 일반적으로 +/- 5V로 완전히 지정되지 않았다는 언급조차 없습니다.

그래서 모두가 다소 높은 공급 전압을 사용했습니다. 그것은 자연스런 일이었습니다.

요즘에는 이것이 여전히 타당한 지 확실하지 않습니다. 최신 레일-투-레일 출력 연산 증폭기의 사양이 양호하며 공급품이 충분히 안정적인 경우 공급 거부는 문제가되지 않습니다. 그러나 종종 "하이 엔드 하이파이 장비"를 디자인하는 사람들은 새로운 제품을 쉽게 사용하기 시작하지 않기 때문에 여전히 이런 습관이 있습니다.

이제 단일 5V 전원으로 LT1215를 사용하고 LT1215 사양이 충분하다면 괜찮습니다. 그 사양은 어리석지 않습니다. 입력 전압 범위 / 출력 전압 스윙이 애플리케이션에 적합한 지 확인하십시오. ADC의 입력 범위가 0-5V 인 경우, 최대 ~ 4.4V 출력으로 LT1215를 사용하면 약간의 동적 범위가 차단되지만 허용 될 수 있습니다. 당신에게 달려 있습니다.

입력의 DC 차단 캡과 출력의 다른 DC 차단 캡을 사용하면 모든 바이폴라 전원 op 앰프 회로를 단일 전원 공급 장치와 함께 작동하도록 다시 조정할 수 있다고 생각합니다.

그리고 그들은 현대의 일부 연산 증폭기가 3.3V 전원 공급 장치까지 작동한다고 생각했습니다. 다음은 웹에서 간단하게 찾은 예입니다.