Considerații privind calitatea sursei de alimentare Op-Amp

Introducere

Amplificatoarele opționale utilizează o tensiune de alimentare DC, de obicei de la câțiva volți până la 30 V sau mai mult. Dacă sursa de alimentare este o sursă de tensiune continuă perfectă (adică oferă aceeași tensiune indiferent de ce se întâmplă), ieșirea amplificatorului operațional va fi guvernată exclusiv de intrările sale. Deoarece nu există surse de tensiune ideale în lumea reală, trebuie să vă faceți griji cu privire la calitatea sursei de alimentare dacă doriți cele mai bune performanțe de la un amplificator op. Acest articol va descrie defecțiunile sistemelor de alimentare obișnuite, cu accent pe modul în care acestea afectează aplicațiile audio op-amp.

Baterii

Bateriile sunt aproape de sursele de tensiune ideale, cu condiția să rămâneți în limitele lor de proiectare.

În primul rând, o anumită terminologie. Celulele sunt unitățile ∼1,5 V sau ∼1,2 V care alcătuiesc o baterie; o baterie are mai multe celule în serie. Este incorect să numiți o baterie cu o celulă AA. Când folosesc termenul „baterie” de mai jos, mă refer fie la o unitate autonomă, cum ar fi o baterie de 9 V (compusă din 6-8 celule, în funcție de tip), fie la mai multe celule de tip AA sau AAA în serie.

Parametrul principal de care trebuie să vă preocupați este impedanța celulelor pe care le veți utiliza. O sursă de tensiune ideală are impedanță zero, deci poate scoate orice cantitate de curent și tensiunea nu s-ar schimba; ar putea pune curent infinit într-o sarcină de 0 Ω. O celulă de stocare practică nu poate scoate curent infinit, deci impedanța sa efectivă trebuie să fie mai mare decât zero. Cu cât este mai mare impedanța, cu atât crește mai repede temperatura celulei și creșterea tensiunii pe măsură ce creșteți curentul peste impedanță.

Impedanța unei celule de stocare crește pe măsură ce celula se descarcă. Cu cât este mai mare dimensiunea fizică a celulei, cu atât este mai mică impedanța inițială datorită suprafeței mai mari, astfel încât cu atât mai mare este curentul pe care îl puteți extrage din aceasta, păstrând totuși temperatura și tensiunea redusă. Dar atenție, impedanța se adaugă în serie, astfel încât impedanța unui pachet de baterii cu 8 celule va fi de opt ori mai mare decât cea a celulelor care îl compun.

Să arătăm un exemplu practic. Vom spune că acumulatorul dvs. este format din 12 celule AAA alcaline în serie. Impedanța inițială a fiecărei celule este de aproximativ 0,2 Ω, deci impedanța pachetului va fi de aproximativ 2,5 Ω. Să presupunem că acest acumulator alimentează un amplificator de căști care conduce 0,5 V c.a.în căști de 32 Ω. Legea lui Ohm ne spune că pachetul va scoate aproximativ 39 mV de undă atunci când curentul variabil este extras din acesta. Această valoare se va tripla aproximativ la sfârșitul duratei de viață a celulelor. Aceasta se apropie de cantitatea de ondulație pe care o veți obține dintr-o sursă de energie comercială nereglementată ieftină și este mult mai proastă decât pentru o sursă de alimentare bună reglementată. Morala acestei povești nu este că celulele AAA sunt o alegere proastă pentru alimentarea amplificatoarelor pentru căști, doar că a merge cu celule mici și a pune multe în serie are un dezavantaj. La urma urmei, mulți oameni folosesc fericit o pereche de alcaline de 9 V în serie pentru a alimenta amplificatorii pentru căști, cu o impedanță inițială de aproximativ 3 Ω .

Impedanța efectivă a celulelor NiCd și NiMH reîncărcabile este mult mai mică decât pentru alcaline. Este de ordinul a zeci de milioimi pe durata de funcționare a celulei. Să presupunem că aveți 18 celule în serie și la sfârșitul încărcării lor au până la 50 mΩ fiecare. Aceasta este 0,9 Ω în total, deci în exemplul anterior (0,5 V în 32 () cel mai rău caz de ondulare ar fi de aproximativ 14 mV. În timpul majorității timpului de rulare al celulelor, ondularea ar fi de aproximativ jumătate din această valoare.

Dacă puneți două baterii în paralel, impedanța pachetului este împărțită la jumătate. Ele pot servi fie cerințe de curent mai mari cu aceeași cantitate de ondulare, fie pot servi un anumit nivel de curent cu o ondulare mai mică decât o singură baterie.

Pentru aplicațiile audio cu amplificator op, problema cu modularea sarcinii nu este critică, deoarece înseamnă că șinele electrice vor fluctua în funcție de muzică, ceea ce afectează muzica, dar este complementară acesteia. Efectul este un sunet „mai blând” și o creștere a diafragmei stereo. Contrastați o ondulație constantă de 120 Hz, așa cum obțineți de la unele surse de alimentare de perete: acest lucru va adăuga un ton constant de 120 Hz muzicii, care este mult mai audibil. Îndepărtarea ondulației modulate de încărcare este un obiectiv nobil, deoarece va îmbunătăți sunetul, dar este ceva de care nu ar trebui să vă faceți griji la fel de mult ca și alte surse de defecte audio.

Surse de alimentare nereglementate de perete

Pentru a obține curent continuu de la curentul de perete (CA), cea mai simplă soluție este alimentarea nereglementată. Iată cum funcționează:

Prima etapă a unei surse de alimentare tipice neregulate de curent alternativ la curent continuu este de a reduce tensiunea de perete (120 V c.a. în America de Nord) la nivelul de tensiune scăzut dorit. Pentru a reduce 120 V c.a. la 20 V c.a. ca în acest exemplu, ați folosi un transformator 6: 1.

Următorul pas este de a converti tensiunea alternativă redusă în curent continuu cu un redresor de punte. Acesta este doar un aranjament de diode care „răstoarnă” toate oscilațiile negative ale formei de undă AC, astfel încât să obțineți o formă de undă DC pulsatorie.

Vrem un nivel plat de tensiune DC, deci următorul pas este de a netezi DC-ul pulsator. În cel mai simplu tip de surse de alimentare DC nereglementate, circuitul de netezire este doar un condensator mare. Acest lucru are ca rezultat o formă de undă mai plată, dar există încă unele variații; aceasta se numește ondulare. Pentru a reduce ondularea, puteți utiliza condensatori mai mari și mai buni și puteți adăuga alte componente de filtrare, cum ar fi inductoarele.

Iată componenta ripple de la o sursă de alimentare tipică nereglementată: