Міркування щодо якості джерела живлення Op-Amp

Вступ

Операційні підсилювачі використовують напругу живлення постійного струму, як правило, від декількох вольт до 30 В і більше. Якщо джерелом живлення є ідеальне джерело постійної напруги (тобто воно видає однакову напругу незалежно від того, що трапиться), вихід операційного підсилювача буде регулюватися виключно його входами. Оскільки в реальному світі немає ідеальних джерел напруги, вам доведеться турбуватися про якість джерела живлення, якщо ви хочете отримати найкращу продуктивність від підсилювача. У цій статті буде описано несправності звичайних енергосистем з акцентом на те, як вони впливають на звукові програми операційних підсилювачів.

Батареї

Акумулятори близькі до ідеальних джерел напруги за умови, що ви дотримуєтесь їх проектних меж.

По-перше, деяка термінологія. Клітини - це одиниці ∼1,5 В або ∼1,2 В, що складають батарею; акумулятор - це кілька осередків послідовно. Неправильно називати клітинку АА батареєю. Коли я використовую термін "акумулятор" нижче, я маю на увазі автономний блок, такий як акумулятор 9 В (складається з 6-8 елементів, залежно від типу), або кілька комірок типу AA або AAA послідовно.

Основним параметром, який слід турбувати, є імпеданс комірок, які ви будете використовувати. Ідеальне джерело напруги має нульовий опір, тому воно може видавати будь-яку кількість струму, і напруга не змінюється; це може подати нескінченний струм на навантаження 0 Ом. Практична комірка для зберігання не може видавати нескінченний струм, тому її ефективний опір повинен бути більшим за нуль. Чим вище імпеданс, тим швидше зростає температура комірки та пульсації напруги, коли ви збільшуєте струм на цьому імпедансі.

Імпеданс накопичувальної комірки зростає в міру розряду комірки. Чим більший фізичний розмір комірки, тим менший початковий імпеданс через більшу площу поверхні, отже, чим більший струм ви можете отримувати від нього, зберігаючи при цьому низьку температуру та пульсації. Але будьте обережні, імпеданс додається послідовно, тому імпеданс 8-елементної батареї буде у вісім разів більший, ніж імпеданс елементів, що її складають.

Давайте розглянемо практичний приклад. Ми скажемо, що ваш акумулятор складається з 12 лужних елементів AAA послідовно. Початковий імпеданс кожної комірки становить близько 0,2 Ом, тому імпеданс пакета буде близько 2,5 Ом. Скажімо, цей акумулятор живить підсилювач для навушників, який вводить 0,5 В змінного струму в навушники на 32 Ом. Закон Ома говорить нам, що пакет буде видавати близько 39 мВ пульсацій, коли з неї буде виведено цей змінний струм. Це значення приблизно втричі збільшиться до кінця життя клітин. Це наближається до кількості пульсацій, яку ви могли б отримати від дешевого комерційного нерегульованого джерела живлення, і це набагато гірше, ніж для хорошого регульованого живлення. Мораль цієї історії полягає не в тому, що елементи AAA є поганим вибором для живлення підсилювачів для навушників, просто те, що використання невеликих комірок та розміщення багатьох у серіях має мінус. Зрештою, багато людей із задоволенням використовують пару лугів 9 В послідовно для живлення підсилювачів для навушників з початковим імпедансом близько 3 Ом .

Ефективний імпеданс акумуляторних елементів NiCd та NiMH набагато нижчий, ніж для лугів. Це приблизно десятки міліомів за час роботи клітини. Скажімо, у вас є 18 комірок послідовно, і в кінці заряду вони складають до 50 мОм кожна. Це всього 0,9 Ом, тож у попередньому прикладі (0,5 В на 32 Ом) найгірший пульсація складе близько 14 мВ. Протягом більшої частини часу роботи клітини пульсація становила б приблизно половину від цього значення.

Якщо паралельно поставити дві батареї, імпеданс упаковки ділиться навпіл. Вони можуть або задовольнити більш високі поточні вимоги при однаковій кількості пульсацій, або вони можуть подати заданий рівень струму при меншій пульсації, ніж одна батарея.

Для звукових додатків на підсилювачах модульована навантаженням проблема пульсацій не є критичною, оскільки це означає, що силові рейки будуть коливатися з музикою, що впливає на музику, але вона доповнює її. Ефект - це «в’яліший» звук і збільшення стереоперешкод. Контрастуйте постійну пульсацію 120 Гц, яку ви отримуєте від деяких настінних джерел живлення: це додасть музиці постійний відтінок 120 Гц, який стає набагато чутнішим. Видалення пульсацій, модульованих навантаженням, є благородною метою, оскільки це покращить звук, але це те, про що ви не повинні турбуватися так само, як інші джерела несправностей звуку.

Нерегульовані настінні блоки живлення

Для отримання постійного струму від настінного живлення (AC) найпростішим рішенням є нерегульоване джерело живлення. Ось як вони працюють:

Першим етапом типового нерегульованого джерела змінного та постійного струму є зниження напруги на стіні (120 В змінного струму в Північній Америці) до бажаного нижчого рівня напруги. Щоб зменшити 120 В змінного струму до 20 В змінного струму, як у цьому прикладі, ви б використали трансформатор 6: 1.

Наступним кроком є перетворення зниженої напруги змінного струму в постійний за допомогою мостового випрямляча. Це просто розташування діодів, які "перевертають" всі негативні коливання форми сигналу змінного струму, так що ви отримуєте пульсуючу форму сигналу постійного струму.

Ми хочемо рівний рівень напруги постійного струму, тому наступним кроком є згладжування пульсуючого постійного струму. У найпростішому типі нерегульованих джерел живлення постійного струму схема згладжування - це просто великий конденсатор. Це призводить до більш плоскої форми сигналу, але все ще існують деякі варіації; це називається брижами. Щоб зменшити пульсації, ви можете використовувати більші та кращі конденсатори та додавати інші фільтруючі компоненти, такі як індуктори.

Ось пульсаційний компонент типового нерегульованого джерела живлення: