เครื่องขยายเสียงในการทำงาน

Operational Amplifiers คืออะไร?

เครื่องขยายเสียงในการทำงานเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของ วงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อก . เป็นอุปกรณ์เชิงเส้นที่มีคุณสมบัติทั้งหมดของเครื่องขยายเสียง DC เราสามารถใช้ตัวต้านทานภายนอกหรือตัวเก็บประจุเข้ากับ Op Amp ได้หลายวิธีในการทำให้แอมพลิฟายเออร์มีรูปแบบต่างๆเช่นอินเวอร์ติ้งแอมป์, แอมพลิฟายเออร์แบบไม่กลับด้าน, ตัวติดตามแรงดัน, ตัวเปรียบเทียบ, แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล, แอมพลิฟายเออร์รวม, อินทิเกรเตอร์ ฯลฯ OPAMPs อาจเป็นแบบเดี่ยว, dual, quad ฯลฯ OPAMPs เช่น CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 เป็นต้นมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมโดยมีกระแสและแรงดันไฟฟ้าอินพุตต่ำมาก Op Amp ในอุดมคติมีขั้วที่สำคัญสามขั้วนอกเหนือจากขั้วอื่น ๆ ขั้วอินพุตเป็นอินเวอร์เตอร์อินพุตและอินพุตไม่กลับด้าน ขั้วที่สามคือเอาท์พุทที่สามารถจมและจ่ายกระแสและแรงดันไฟฟ้า สัญญาณเอาต์พุตคือแอมพลิฟายเออร์ที่ได้รับคูณด้วยค่าของสัญญาณอินพุต

5 ตัวละครในอุดมคติของ Op Amp:

1. ขยายวงเปิด

Open loop gain คือกำไรของ Op Amp โดยไม่มีผลตอบรับเชิงบวกหรือเชิงลบ OP Amp ในอุดมคติควรมีอัตราขยายวงเปิดที่ไม่มีที่สิ้นสุด แต่โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ระหว่าง 20,000 ถึง 2, 00000

2. ความต้านทานของอินพุต

เป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่อกระแสไฟฟ้าเข้า มันควรจะไม่มีที่สิ้นสุดโดยไม่มีการรั่วไหลของกระแสจากแหล่งจ่ายไปยังอินพุต แต่จะมีการรั่วไหลของกระแสไฟ Pico แอมแปร์เพียงเล็กน้อยในออปแอมป์ส่วนใหญ่

3. ความต้านทานขาออก

Op Amp ในอุดมคติควรมีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตเป็นศูนย์โดยไม่มีความต้านทานภายใน เพื่อให้สามารถจ่ายกระแสเต็มให้กับโหลดที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุต

4. วงกว้าง

Op Amp ในอุดมคติควรมีการตอบสนองความถี่ที่ไม่สิ้นสุดเพื่อให้สามารถขยายความถี่ใด ๆ จากสัญญาณ DC ไปยังความถี่ AC สูงสุด แต่ Op Amps ส่วนใหญ่มีแบนด์วิดท์ จำกัด

5. ออฟเซ็ต

เอาต์พุตของ Op Amp ควรเป็นศูนย์เมื่อความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอินพุตเป็นศูนย์ แต่ใน Op Amps ส่วนใหญ่เอาต์พุตจะไม่เป็นศูนย์เมื่อปิด แต่จะมีแรงดันไฟฟ้าเป็นนาที

การกำหนดค่า PIN ของ OPAMP:

ใน Op Amp ทั่วไปจะมี 8 พิน เหล่านี้คือ

Pin1 - ออฟเซ็ต Null

Pin2 - การเปลี่ยนอินพุต INV

Pin3 - อินพุตที่ไม่กลับด้านไม่ใช่ INV

Pin4 - กราวด์ - อุปทานเชิงลบ

Pin5 - ออฟเซ็ต Null

Pin6 - เอาต์พุต

Pin7 - อุปทานบวก

Pin8 - แฟลช

กำไร 4 ประเภทใน OPAMPs:

แรงดันไฟฟ้า - แรงดันไฟฟ้าเข้าและแรงดันไฟฟ้าออก

กำไรปัจจุบัน - ปัจจุบันเข้าและปัจจุบันออก

Transconductance - แรงดันเข้าและกระแสออก

ความต้านทานทรานส์ - กระแสเข้าและแรงดันไฟฟ้าออก

การทำงานของเครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ:

ที่นี่เราใช้แอมพลิฟายเออร์เชิงปฏิบัติการของ LM358 โดยปกติแล้วอินพุตที่ไม่กลับด้านจะต้องถูกกำหนดให้กับการให้น้ำหนักและอินพุตที่กลับด้านคือแอมพลิฟายเออร์จริงที่เชื่อมต่อกับฟีดแบ็กจากเอาต์พุตไปยังอินพุต 60k และตัวต้านทาน 10k เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวเก็บประจุและจ่ายคลื่นไซน์ 1V ให้กับวงจรตอนนี้เราจะมาดูกันว่ากำไรจะถูกควบคุมโดย R2 / R1 = 60k / 10k = 6 เกนอย่างไรจากนั้นเอาต์พุตคือ 6V . ถ้าเราเปลี่ยนอัตราขยาย 40 ดังนั้นเอาต์พุตคือ 4V ของคลื่นไซน์

วิดีโอเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องขยายเสียงในการทำงาน

โดยปกติจะเป็นเครื่องขยายสัญญาณแหล่งจ่ายไฟคู่ซึ่งสามารถกำหนดค่าให้เป็นแหล่งจ่ายไฟเดียวได้อย่างง่ายดายโดยใช้เครือข่ายตัวต้านทาน ในสิ่งนี้ตัวต้านทาน R3 และ R4 จะวางแรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าบนอินพุทที่ไม่กลับด้านซึ่งทำให้แรงดันขาออกเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดแรงดันไบอัสรีซิสเตอร์ R3 และ R4 สามารถเป็นค่าใดก็ได้จาก 1k ถึง 100k แต่ในทุกกรณีควรเท่ากัน มีการเพิ่มตัวเก็บประจุ 1 F เพิ่มเติมในอินพุตที่ไม่กลับด้านเพื่อลดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการกำหนดค่า จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบ coupling สำหรับอินพุตและเอาต์พุตสำหรับการกำหนดค่านี้

3 โปรแกรม OPAMP:

1. การขยายสัญญาณ

สัญญาณเอาต์พุตที่ขยายจาก Op Amp คือความแตกต่างระหว่างสัญญาณอินพุตทั้งสอง

แผนภาพที่แสดงด้านบนเป็นการเชื่อมต่อแบบธรรมดาของ Op Amp หากอินพุตทั้งสองได้รับแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน Op Amp จะรับความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าทั้งสองและจะเป็น 0 Op Amp จะคูณสิ่งนี้ด้วยการได้รับ 1,000,000 ดังนั้นแรงดันเอาต์พุตจึงเป็น 0 เมื่อ 2 โวลต์เท่ากับ ให้กับอินพุตหนึ่งและ 1 โวลต์ในอีกตัวหนึ่งจากนั้น Op Amp จะนำความแตกต่างและคูณด้วยอัตราขยาย นั่นคือ 1 โวลต์ x 1,000,000 แต่อัตราขยายนี้สูงมากดังนั้นเพื่อลดอัตราขยายการตอบรับจากเอาต์พุตไปยังอินพุตมักจะทำผ่านตัวต้านทาน

เครื่องขยายเสียง Inverting:

วงจรที่แสดงด้านบนเป็นแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านที่มีอินพุตแบบไม่กลับด้านที่เชื่อมต่อกับกราวด์ ตัวต้านทานสองตัว R1 และ R2 เชื่อมต่อในวงจรในลักษณะที่ R1 ป้อนสัญญาณอินพุตในขณะที่ R2 ส่งคืนเอาต์พุตไปยังอินเวอร์เตอร์อินเวอร์เตอร์ ที่นี่เมื่อสัญญาณอินพุตเป็นบวกเอาต์พุตจะเป็นลบและในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตเทียบกับอินพุตขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของตัวต้านทาน R1 และ R2 R1 ถูกเลือกเป็น 1K และ R2 เป็น 10K หากอินพุตได้รับ 1 โวลต์จะมีกระแส 1 mA ผ่าน R1 และเอาต์พุตจะต้องกลายเป็น - 10 โวลต์เพื่อจ่ายกระแส 1 mA ผ่าน R2 และเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าให้เป็นศูนย์ที่อินพุต Inverting ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับคือ R2 / R1 นั่นคือ 10K / 1K = 10

เครื่องขยายเสียงที่ไม่กลับด้าน:

วงจรที่แสดงด้านบนเป็นเครื่องขยายเสียงแบบไม่กลับด้าน ที่นี่อินพุตแบบไม่กลับด้านจะรับสัญญาณในขณะที่อินพุต Inverting เชื่อมต่อระหว่าง R2 และ R1 เมื่อสัญญาณอินพุตเคลื่อนที่ไปทางบวกหรือลบเอาต์พุตจะอยู่ในเฟสและคงแรงดันไฟฟ้าไว้ที่อินพุตกลับด้านเช่นเดียวกับอินพุตแบบไม่กลับด้าน แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับในกรณีนี้จะสูงกว่า 1 เสมอ (1 + R2 / R1)

สอง. ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า

วงจรด้านบนเป็นตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า ที่นี่ให้อิมพีแดนซ์อินพุตสูงอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตเปลี่ยนเอาต์พุตและอินพุทอินพุทจะเปลี่ยนเท่ากัน

3. เครื่องเปรียบเทียบ

เครื่องขยายเสียงในการทำงานจะเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอินพุตหนึ่งกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอินพุตอื่น ความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่เคยมีมาหากมีขนาดเล็กจะผลักดันให้ op-amp อิ่มตัว เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอินพุตทั้งสองมีขนาดเท่ากันและมีขั้วเดียวกันเอาต์พุตของ op-amp จะเป็น 0 โวลต์

เครื่องเปรียบเทียบจะสร้างแรงดันเอาต์พุตที่ จำกัด ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับตรรกะดิจิทัลได้อย่างง่ายดายแม้ว่าจะต้องมีการตรวจสอบความเข้ากันได้ก็ตาม

วิดีโอเกี่ยวกับ Operational Amplifier เป็นแผนภาพวงจรเปรียบเทียบ

ที่นี่เรามี op-amp ที่ใช้เป็นตัวเปรียบเทียบกับขั้วต่อกลับด้านและไม่กลับด้านและเชื่อมต่อตัวแบ่งและมิเตอร์ที่มีศักยภาพเข้ากับพวกมันและโวลต์มิเตอร์ที่เอาต์พุตและ นำไปสู่การ ผลลัพธ์. สูตรพื้นฐานสำหรับตัวเปรียบเทียบคือเมื่อ '+' มากกว่า '-' เอาต์พุตจะสูง (หนึ่ง) มิฉะนั้นเอาต์พุตจะเป็นศูนย์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของอินพุตลบต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงเอาต์พุตจะสูงและเมื่ออินพุตเชิงลบอยู่เหนือแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวกเอาต์พุตจะอยู่ในระดับต่ำ

3 ข้อกำหนดสำหรับ OPAMPs:

1. ออฟเซ็ต Nulling

OPAMP ส่วนใหญ่มีแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตที่เอาต์พุตแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตจะเท่ากันก็ตาม ในการทำให้เอาต์พุตเป็นแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์จะใช้วิธีชดเชยค่า nulling ใน Op-Amps ส่วนใหญ่จะมีค่าชดเชยเล็กน้อยเนื่องจากคุณสมบัติโดยธรรมชาติและผลจากความไม่ตรงกันในการจัดเรียงอคติอินพุต ดังนั้นจึงมีแรงดันเอาต์พุตขนาดเล็กที่เอาต์พุตของ Op-amps บางตัวแม้ว่าสัญญาณอินพุตจะเป็นศูนย์ก็ตาม ข้อเสียเปรียบนี้สามารถแก้ไขได้โดยการให้แรงดันไฟฟ้าชดเชยเล็กน้อยให้กับอินพุต สิ่งนี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตออฟเซ็ต ในการลบหรือลบออฟเซ็ต Op-Amps ส่วนใหญ่จะมีพินสองพินเพื่อเปิดใช้งานการลบออฟเซ็ต สำหรับสิ่งนี้ควรเชื่อมต่อ Pot หรือ Preset ที่มีค่าปกติ 100K ระหว่างพิน 1 และ 5 โดยมี Wiper กับพื้น ด้วยการปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าสามารถตั้งค่าเอาต์พุตที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้

สอง. การชดเชยจังหวะหรือเฟส

Op-Amps อาจไม่เสถียรในบางครั้งและเพื่อให้มีเสถียรภาพสำหรับย่านความถี่ทั้งหมดโดยปกติ Cap จะเชื่อมต่อระหว่าง Strobe พิน 8 และพิน 1 โดยปกติจะมีการเพิ่มตัวเก็บประจุดิสก์ 47pF สำหรับ การชดเชยเฟส เพื่อให้ OpAmp ยังคงมีเสถียรภาพ สิ่งนี้สำคัญที่สุดหากใช้ OpAmp เป็นเครื่องขยายเสียงที่ละเอียดอ่อน

3. ข้อเสนอแนะ

อย่างที่คุณทราบ Op-Amp มีระดับการขยายที่สูงมากโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1,000,00 เท่า สมมติว่า Op-Amp มี 10,000 เกนจากนั้น Op-Amp จะขยายความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าในอินพุตแบบไม่กลับด้าน (V +) และอินเวอร์เตอร์อินพุท (V-) ดังนั้นแรงดันเอาต์พุต V ออกคือ
10,000 x (V + - V-)

ในแผนภาพสัญญาณจะถูกนำไปใช้กับอินพุตแบบไม่กลับด้านและในอินพุต Inverting จะเชื่อมต่อกับเอาต์พุต ดังนั้น V + = V ในและ V- = Vout ดังนั้น Vout = 10,000 x (Vin - Vout) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกจึงเกือบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

ตอนนี้ให้เราดูว่าคำติชมทำงานอย่างไร เพียงแค่เพิ่มตัวต้านทานระหว่างอินพุทกลับด้านและเอาท์พุทจะช่วยลดกำไรได้มาก การใช้เศษส่วนของแรงดันไฟฟ้าขาออกไปยังอินพุตกลับด้านสามารถลดการขยายได้มาก

ตามสมการก่อนหน้านี้ V out = 10,000 x (V + - V-) แต่ที่นี่มีการเพิ่มตัวต้านทานแบบป้อนกลับ ดังนั้นที่นี่ V + คือ Vin และ V- คือ R1.R1 + R2 x V ออก ดังนั้น V out คือ 10,000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout) ดังนั้น V out = R1 + R2 R1x Vin

ข้อเสนอแนะเชิงลบ:

ที่นี่เอาต์พุตของ Op-Amp เชื่อมต่อกับอินพุท Inverting (-) ดังนั้นเอาต์พุตจะถูกป้อนกลับไปที่อินพุตเพื่อให้ได้สภาวะสมดุล ดังนั้นสัญญาณอินพุตที่อินพุต Non Inverting (+) จะสะท้อนที่เอาต์พุต Op-amp ที่มีข้อเสนอแนะเชิงลบจะผลักดันเอาต์พุตให้อยู่ในระดับที่จำเป็นและด้วยเหตุนี้ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอินพุตที่กลับด้านและไม่กลับด้านจะเกือบเป็นศูนย์

ข้อเสนอแนะในเชิงบวก:

ที่นี่แรงดันขาออกจะถูกป้อนกลับไปที่อินพุตแบบไม่กลับด้าน (+) สัญญาณอินพุตจะถูกป้อนไปยังอินพุต Inverting ในการออกแบบข้อเสนอแนะเชิงบวกหากอินเวอร์เตอร์อินพุทเชื่อมต่อกับกราวด์แรงดันเอาต์พุตจาก Op-amp จะขึ้นอยู่กับขนาดและขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบไม่กลับด้าน เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นบวกเอาต์พุตของ Op-Amp จะเป็นบวกและแรงดันไฟฟ้าบวกนี้จะถูกป้อนไปยังอินพุตแบบไม่กลับด้านซึ่งส่งผลให้เอาต์พุตเป็นบวกเต็ม หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็นลบเงื่อนไขจะกลับกัน

การประยุกต์ใช้เครื่องขยายเสียงในการทำงาน - เครื่องขยายเสียง

ฟิลเตอร์และพรีแอมป์:

เพาเวอร์แอมป์จะมาหลังพรีแอมป์และก่อนลำโพง เครื่องเล่นซีดีและดีวีดีสมัยใหม่ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายเสียงล่วงหน้า พวกเขาต้องการตัวควบคุมระดับเสียงและตัวเลือกแหล่งที่มา ด้วยการใช้การควบคุมแบบสวิตชิ่งและพาสซีฟโวลุ่มเราสามารถหลีกเลี่ยงพรีแอมป์ได้

ให้เราสรุปเกี่ยวกับเครื่องขยายเสียง

เพาเวอร์แอมป์เป็นส่วนประกอบที่สามารถขับลำโพงดังโดยการแปลงสัญญาณระดับต่ำให้เป็นสัญญาณขนาดใหญ่ งานของเพาเวอร์แอมป์คือการผลิตกระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูงและกระแสไฟฟ้าสูง โดยทั่วไปช่วงของการรับแรงดันไฟฟ้าจะอยู่ระหว่าง 20 ถึง 30 เพาเวอร์แอมป์มีความต้านทานเอาต์พุตต่ำมาก

Specifications of Audio Power Amplifier

• กำลังขับสูงสุด:

แรงดันขาออกไม่ขึ้นกับโหลดสำหรับทั้งสัญญาณขนาดเล็กและขนาดใหญ่ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดที่ใช้กับโหลดทำให้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเป็นสองเท่า ดังนั้นสองเท่าของพลังงานจะถูกส่ง พิกัดกำลังคือกำลังคลื่นไซน์เฉลี่ยต่อเนื่องซึ่งสามารถวัดกำลังไฟฟ้าได้โดยใช้คลื่นไซน์ซึ่งมีการวัดแรงดันไฟฟ้า RMS ตามระยะยาว

• การตอบสนองความถี่:

การตอบสนองความถี่จะต้องขยายแถบเสียงเต็ม 20 Hz ถึง 20 KHz ความทนทานต่อการตอบสนองความถี่คือ± 3db วิธีการทั่วไปในการระบุแบนด์วิดท์คือแอมพลิฟายเออร์ลดลง 3db จาก 0db เล็กน้อย

• เสียงรบกวน:

เพาเวอร์แอมป์ควรสร้างเสียงรบกวนต่ำเมื่อใช้เพาเวอร์แอมป์ที่มีความถี่สูง พารามิเตอร์เสียงอาจถ่วงน้ำหนักหรือไม่ถ่วงน้ำหนัก สัญญาณรบกวนที่ไม่ได้ถ่วงน้ำหนักจะถูกระบุมากกว่าแบนด์วิดท์ 20 KHz โดยขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเกี่ยวกับเสียงรบกวนแบบถ่วงน้ำหนักความไวของหูจะถูกนำมาพิจารณา การวัดเสียงรบกวนแบบถ่วงน้ำหนักมีแนวโน้มที่จะลดทอนสัญญาณรบกวนด้วยความถี่ที่สูงขึ้นดังนั้นการวัดเสียงรบกวนแบบถ่วงน้ำหนักจึงค่อนข้างดีกว่าการวัดเสียงแบบไม่ถ่วงน้ำหนัก

• การบิดเบือน:

ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกรวมคือความผิดเพี้ยนทั่วไปที่มักระบุไว้ที่ความถี่ต่างๆ ค่านี้จะระบุไว้ที่ระดับกำลังซึ่งได้รับมาพร้อมกับอิมพีแดนซ์โหลดของเครื่องขยายกำลังขับ