A frekvencia átvitel
Lássuk még egyszer az előbbi rajzot:
8. ábra
A rajzon feltüntettem az alsó határfrekvenciát: 16Hz. Ezt a bemeneten lévő 0,47μF és az R4 ellenállás aránya határozza meg. Elsőre jónak tűnik, hiszen 20Hz alatt van. Ilyenkor jönnek a szkeptikusok, hogy minek a 20Hz alatti átvitel, amikor azt már úgysem halljuk...
De nézzük csak meg közelebbről, hogyan alakul a jelszint a frekvencia függvényében:
9. ábra (A szaggatott keresztet a 20Hz-es értékre állítottam... de 20,248Hz-re sikerült.)
Látható, hogy 20 Hz-en már több mint 2 dB hiányzik a hasznos jelből, vagyis elveszítettük a hangnyomás 20%-át. A 16 Hz ugyanis az a frekvencia, ahol az amplitúdó már 30%-ot csökkent.
Hogyan kell ezt kiszámítani?
A kondenzátor impedanciája sorba van kötve az R4-gyel. Így, ahogy egyre kisebb a frekvencia, egyre nagyobb lesz a kondenzátor impedanciája, ehhez hozzájön R4 ellenállása is, így az Au=R3/(R4+ZC1) érték egyre kisebb lesz, vagyis az erősítés csökken.
A nevezetes -3 dB-s pont nem más, mint mikor a kondenzátor impedanciája megegyezik az ellenállás értékével. Vagyis, ha jelen esetben az ellenállás 20 kΩ, a kondenzátor is pont 20 kΩ.
A képlet:
Fa=1/(2π*R*C) --- (Ez a "π" Pí akar lenni.)
Ha behelyettesítünk, kijön a 16 Hz.
A képlet átrendezésével meghatározhatjuk a szükséges kondenzátor értékét az ismert ellenállás és a kívánt törésponti frekvencia alapján :
C=1/(2π*R*F)
Látható a fenti ábrán, hogy Fa=16 Hz esetén az 50 Hz az a frekvencia, ahol az átvitel már úgyszólván hibátlan. Vagyis legalább 3-szor alacsonyabb, körülbelül 6 Hz-es törésponti frekvencia kell a jó 20 Hz-es átvitelhez. Ez pedig legalább 3-szor nagyobb kondenzátort jelent (1,5μF), 3-szor nagyobbat méretben is, és árban is lényegesen drágábbat.
Növelhetjük a 20 kΩ-t is a háromszorosára, de akkor a 200 kΩ-ot is a 3-szorosára kell növelni. (Ez viszont a kimeneti DC-szint miatt nem egészséges.)
És még felmerül egy valami: általában egy ilyen fokozat előtt is van egy elektronika, a maga RC tagjaival, és (ha nem fejhallgató erősítőről lenne szó akkor) mögötte is lehet végfok a maga RC tagjaival, sávszélesség korlátaival. Tehát még jobban túl kell méreteznünk, mert ezek a hibák összeadódnak.
És még valami, ha netán ezek után még mindig a határra akarna valaki tervezni: az alkatrészek tűrésével is számolnunk kell. Lehet, hogy az egyik kondenzátor értéke a névlegestől +5...10...20%-kal tér el, a másiké pedig -5...10...20%-kal. Ekkor már a hangfrekis tartományban sem lesz egyforma a két csatorna.
Mivel a kondenzátor árama 90 fokkal siet a feszültségéhez képest, ezért annak impedanciája az imaginárius tengelyen helyezkedik el. Tehát a valós és a képzetes impedancia összegzése egy derékszögű háromszög átfogójának kiszámításával egyenértékű, ahol is a két befogó a két alkatrész impedanciája. Ha a két impedancia egyenlő, akkor az eredmény gyök2 (-ször R) és a gyök2 pont a 3dB.
Vizsgáljuk meg a felső határfrekvencia alakulását:
A gyártók megadják az "ERŐSÍTÉS A FREKVENCIA FÜGGVÉNYÉBEN" görbét.
10. ábra
Először is ilyenkor mindenki meglepődik: az opa erősítése már néhány Hz-től zuhanni kezd, mégpedig dekádonként a tizedére esik.
Amit tudunk a fenti erősítőről: a fokozat erősítése a jelre nézve 20 dB, de az opa valójában 26 dB-t erősít.
Ha meg akarjuk tudni, hogy milyen max. határfrekvenciára számíthatunk, akkor az opa által produkált erősítésnél húzunk egy vízszintes vonalat. Ez a piros vonal. Ahol ez metszi az erősítés görbéjét, ott megnézzük a hozzá tartozó frekvenciát.
Az ábra alapján az erősítő által átvitt felső határfrekvencia 50 kHz-re adódott, ami elfogadható.
A piros vonal feletti terület nem más, mint a maradék erősítés, vagyis az Am. Ebből látjuk a következőt:
20 kHz-nél már csak 6 dB maradék erősítésünk van, vagyis visszacsatolásunk. Sőt, a fül legérzékenyebb frekvenciáján, 3-4 kHz-en is csak 22 dB körüli az Am. Holott a maradék erősítés, illetve az általa létrehozott negatív visszacsatolás az, ami a torzítást "kordában tarja".
Ha az opa Rbe értéke legalább 200 kΩ lenne (elmaradna a felesleges leosztás és visszaerősítés), minden érték a duplájára javulna. Ez a kék vonal. Ez azt is jelenti, hogy a torzítás is várhatólag a fele lenne. De igazából még ez sem lenne egy kiváló erősítő.
Az, hogy Any=200.000 gyakorlatilag csak egyenáramra igaz, megkérdőjelezi az előző számításainkat. Vagyis érdemes azokat ellenőrzés céljából elvégezni a 20 kHz-hez tartozó Am értékkel is.
Még egy valamit figyelembe kell venni: nagy jelszintnél, nagy frekvencián a korábban már szerepelt SlewRate paraméter alacsony értéke (0,5 V/μS) a szinusz hullámokat eltorzítja, háromszögekké formálja.
Továbbá az IC alacsony terhelhetősége, az hogy tulajdonképp ez nagyon távol áll egy igazi HiFi IC-től, mindenképp az IC lecserélését indokolja.
Első lépésben maradjunk annyiban, hogy lecseréljük az uA741-et egy TL071-esre.
Ennek az opának bár nagyobb az offset feszültsége, de a DC erősítést már úgyis kiiktattuk. jFET-es bemenetének köszönhetően a bemenete nem fogyaszt áramot, így a 200 kΩ-os ellenállás sem kritikus, így már ez sem okoz DC szintet a kimeneten. A 13 V/μS sebessége 26-szor nagyobb, mint a 741-é, áram-terhelhetősége a duplája.
Hagyhatnánk is így az erősítőt, de továbbra is van egy dolog, ami nem tetszik benne: túl nagy értékű és méretű (és drága) fóliakondenzátor kell a bemenetre.
A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!
