Erősítő-1
Olyan műveleti erősítőt választottam, mely mindenféle trükközés nélkül tudja a felmerült igényeket. Így gyakorlatilag a kapcsolás sem módosult:
6.ábra
(A kondenzátorok jelölése: nF=fólia, nK=kerámia, uE=elkó, uTa=tantál)
Az R3-R4 3,7-re állítja be az erősítést. R2/R1=1, egy egyszeres "alaperősítést" ad. R1-C1 5Hz-re állítják be a -3dB-s pontot. (Az R3-R4 értéke olyan kicsi, hogy ne befolyásolja az R2/R1-t.)
Az OPA551/552 MOSFET bemenetű így a bemeneti árama nem hoz létre DC szintet az R2-n.
Offset hibája tipikusan 1mV:
4 mV alatti, de max 11mV DC szintet várhatunk a kimeneten, normális hőmérsékletviszonyok mellett.
A tápfeszültség tartománya is megfelel:
Kimenete üzemszerűen tud biztosítani 200mA-t:
Ha az OPA551-et használjuk, nem kell az A-B pontok közé beépíteni az R-C tagot, ekkor az alábbi ábra alapján 800kHz felső határfrekvenciára számíthatunk. 20kHz-en pedig marad kb. 32 dB erősítés a visszacsatolásra.
A torzítása:
A bekeretezett részben szinte pont annyi a terhelő áram, mint amennyit a fejhallgató igényel jól kihajtva. E miatt nem valószínű hogy (jelentősen) romlik ez az adat zene hallgatás közben. A kisebb tápfesz, vagy az adatlapon szereplő 300Ω helyetti 35Ω-s terhelés ront a torzításon. És az is, hogy kicsivel nagyobbra van beállítva az erősítés az adatlapon szereplő 3-nál. Viszont szerencsére "van miről romlania", van tartalék.
Az OPA552 jóval nagyobb frekvenciát és slew rate-t tud. Cserébe viszont gerjedékeny.
A műveleti erősítők frekvencia-erősítés jelleggörbéjét legtöbbször a csipre integrált kondenzátorokkal állítják be. (Van amikor nekünk kell kívülről ezeket csatlakoztatni.) Egy ilyen tipikus kompenzáló kondenzátor látható az 1.ábrán is, az opa belső felépítésénél. Ez a kondenzátor határozza meg az első töréspontot (kék nyíl). Az OPA552-nél ezt a kondenzátort kisebbre állították, így gyorsították fel az IC működését. Ennek következtében viszont az egész erősítési görbe eltolódott és előbukkant egy második töréspont, amire a piros nyíl mutat. Ez a második töréspont "parazita" töréspont, legtöbbször a kimeneti tranzisztorok, vagy a differenciál erősítő véges sebessége hozza létre. Az opa minden fokozata létre hoz ilyen "parazita" töréspontokat. A kompenzációval pont ezeket akarjuk kezelhető tartományba "nyomni" az átviteli görbén. (Az OPA 551-nél is látható ez a töréspont a 0dB-s vonalon.) Az eddigi 90 fokos fázistolás emiatt ismét növekedésnek indul és a 180 fokhoz tart. A 180 fokos fázistolást elszenvedett jel az invertáló bemenetre jutva viszont már pozitív visszacsatolást jelent a negatív helyett. Ha pedig ekkor a maradék erősítés (vagyis a visszacsatolásra jutó) is nagyobb mint 1, akkor oszcilláció, azaz gerjedés keletkezik. (Ha a maradék erősítés határozottan nagyobb mint 1, akkor kevesebb, mint 180 fok is elég a gerjedéshez.) E miatt az OPA552 erősítését nem szabad kisebbre állítani mint 5, azaz 14dB, azért hogy a második töréspontnál ne legyen túl nagy a maradék erősítés. Ez az ötszörös erősítés a sárga vonal.
Nekünk viszont elég lenne 11dB (azaz 3,6), ami a zöld vonal. Ez a gerjedési területen belül van.
A megoldás egy pótlólagos kompenzáció: Az I. részben megismert (a bemeneti ellenállás hatásánál tárgyalt) leosztás/visszaerősítés módszerrel megnöveltem az opa erősítését, de ezt frekvencia-függően tettem, hogy a hangfrekvenciás tartományban még ne legyen hatása. E szerint a zöld vonalon halad az erősítés egészen 90 kHz-ig. Ekkor elkezd működni az R6-C2 tag, elkezdi leosztani a jelet, az OPA552 pedig visszaerősíteni, mivel a végső erősítést továbbra is a visszacsatoló ellenállások határozzák meg. Ez a narancs színű vonal. Kb 300kHz-en - amikor a 27pK kb. 22kΩ impedanciájú lesz - eléri az opa a 15-szörös erősítést és ezen a vonalon halad tovább. Így mire eléri a kritikus frekvenciát, már bőven a minimális ötszörös erősítés felett vagyunk. Természetesen ez az emelkedés nem látszik az eredő frekvencia-átvitelben, az továbbra is a zöld vonalon halad. A felső határfrekvencia most 600kHz-re adódik. (Kék vonal.)
És amiért ezt az egészet csináltam: 20kHz-en a maradék erősítés 32dB helyett körülbelül 44dB lett és az egész hangfrekvenciás sávban is 12dB-lel nagyobb, vagyis 4-szer erősebb visszacsatolásunk van.
Az OPA552-re nagyjából ugyanazok az adatok érvényesek, mint az OPA551-re. Az eltérés közöttük a nagyobb sebesség és, hogy az OPA552-nél a 0,0005% torzítást nem 3, hanem ötszörös erősítésre vonatkoztatva adják meg. Mi ennél kisebb erősítést használunk, így inkább a torzítás csökkenése várható az OPA551-éhez képest.
Mindazonáltal a visszacsatolás mértékével vigyázni kell, mert a túl nagy visszacsatolás még ronthat is a hangminőségen.
A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!
