Site Loader

Содержание

Операционный усилитель Burson Audio HD Opamp

Интегральные схемы — не лучшее решение для аудио техники

В среде аудиофилов бытует распространенное заблуждение, что усилители построенные на интегральных микросхемах — точно такие же, а зачастую даже лучше, чем усилители на дискретных элементах. Ничто не может быть дальше от истины, чем это утверждение!

Интегральные операционные усилители имеют ряд ограничений, обусловленных технологическими процессами при их изготовлении, и являются весьма посредственной альтернативой качественным усилителям с дискретной конструкцией.

В случае с интегральными микросхемами весь операционный усилитель сконструирован на одном единственном кусочке кремния, который имеет размеры меньше чем рисовое зернышко. Маленькие размеры и невозможность организации хорошего теплоотвода делают невозможным применение качественных аудио транзисторов, таких как A970 или K170, которые используются в дискретной конструкции Burson Audio.

Во время производства дискретных транзисторов к каждому кусочку кремния применяется процесс технологической оптимизации, соответствующий его предназначению (NPN или PNP). Этот оптимизационный процесс крайне важен для качественной работы готовой детали. Кроме того при сборке усилителя на дискретных элементах производится диагностика транзисторов по вольт-амперным характеристикам, коэффициенту усиления, подбор комплиментарных пар и т.п.

В случае с интегральными микросхемами данный оптимизационный процесс невозможен, поскольку в них все транзисторы собраны, по сути, на одном и том же кусочке кремния. Это – один из основных недостатков интегральных микросхем в сравнении со схемами на дискретных элементах.

Все активные и пассивные электронные компоненты интегральной микросхемы сформированы на едином маленьком кусочке кремния, при помощи химических и технологических процессов. Такой производственный процесс не может обеспечить по-настоящему высокого качества, которое можно найти в пленочных резисторах с допуском всего лишь в 1 % или в сверхстабильных конденсаторах из серебряной фольги. В интегральных микросхемах все электронные компоненты подключены друг к другу изначально (т.к. интегрированы в одной детали), а следовательно не могут индивидуально тестироваться и настраиваться.

В интегральных микросхемах проводящий слой, соединяющий все ее элементы, образуется путем осаждения паров алюминия и имеет толщину меньше, чем водяная пленка на запотевшем стекле. Этот проводник является самым настоящим «убийцей тишины», и это крайне негативно сказывается на передаче музыкальной текстуры.

Слишком близкое расположение электронных компонентов в интегральной микросхеме так же представляет настоящую проблему для аудио сигналов, поскольку мелкие музыкальные детали, которые так хотят услышать ценители качественного звука, полностью теряются из-за электромагнитного шума.

В конце концов, потребитель получает усилитель, который, по сути, собран из множества второсортных деталей, соединенных между собой тоненьким слоем алюминиевой фольги.

Таким образом, усилитель на интегральных микросхемах – это весьма посредственное решение, которое используется в аудио технике только для того, чтобы снизить стоимость производства, и которое мы в Burson Audio ненавидим всей душой!

Открытие, которое приводит нс в ярость

Роль операционных усилителей в выходном каскаде так же важна, как линза кинопроектора. Вне зависимости от того, насколько хороши заявленные технические характеристики аудио устройства, посредственный операционный усилитель очень серьезно испортит качество работы аппарата, внося искажения в каждый децибел формируемой звуковой картины.

Очень многие из наших собратьев по аудиофильскому сообществу рано или поздно приходят к мысли о необходимости проведения апгрейда микросхемы операционного усилителя, установленного в их оборудовании. После посещения многочисленных форумов и изучения прайс-листов производителей они чаще всего приходят к ошеломляющим выводам. Оказывается, скромная пара интегральных операционных усилителей, установленная в их аппаратах, стоит меньше, чем банка кока-колы. Их замена на другую пару более качественных интегральных операционных усилителей и стоимостью чуть меньше гамбургера из МакДональдс, существенно улучшает общее качество воспроизведения их аппаратов, за которые зачастую отдана не одна тысяча долларов!

В этот момент нашим друзьям аудиофилам приходит на ум один единственный вопрос:

Неужели производители, чьи бренды заслужили всемирную известность, и на которых работают лучшие в мире (во всяком случае, по их собственному утверждению) ученые и инженеры, не знают о том, что простая замена операционного усилителя способна качественно улучшить работу их продуктов? Почему бы им самим не использовать «тот» операционный усилитель, который при этом увеличил бы производственную стоимость не более чем на 1 %?

Попытки ответить на эти вопросы приводят нас к обескураживающим выводам. Конечно, все производители аудио техники прекрасно знают об этом, но их основной и единственной целью является получение прибыли. Устанавливая на свою аппаратуру такие цены, чтобы получать колоссальную маржу, производители, движимые исключительно чувством жадности, никогда не стесняются еще больше снизить стоимость производства, пусть даже и ценой качества воспроизведения музыки! Так что, даже заплатив действительно высокую цену за то, что по идее должно было быть приличным аудио устройством, наш увлеченный аудио энтузиаст все равно вынужден идти на риск и брать в руки паяльник для того, чтобы произвести апгрейд и получить звучание, хоть сколько-нибудь устраивающее его своим качеством.

Наверное, мы действительно живем в мире, которым правят деньги, но когда наши ожидания от аудио систем высшей ценовой категории не оправдываются, поскольку их производители принесли качество звучания в жертву прибыли, мы приходим в ярость!

А теперь вся правда!

К сожалению, все вышесказанное, это еще не вся правда об интегральных микросхемах. Вся правда заключается в том, что операционные усилители на интегральных микросхемах применяются в аудио устройствах по одной единственной причине.

Их применяют для того, чтобы снизить стоимость производства за счет качества воспроизведения музыки!

Интегральные микросхемы стоят дешево, и применение операционных усилителей на микросхемах в печатных платах существенно упрощает конструкцию аппарата в целом, сборку и контроль качества. Между тем, операционные усилители на интегральных схемах имеют бесчисленное количество ошибок и недостатков, что абсолютно неприемлемо для применения в качественной аудио технике. Ниже мы приведем лишь несколько из этих них:

  • Операционные усилители на интегральных схемах разрабатываются без фокуса на применение в аудио устройствах
  • Операционные усилители на интегральных схемах имеют крайне нестабильное качество
  • Операционные усилители на интегральных схемах имеют плохие электрические соединения и портят музыкальный сигнал на всех этапах
  • Операционные усилители на интегральных схемах очень сильно подвержены влиянию электромагнитного излучения

Дискретные модульные операционные усилители Burson HD Audio Opamp

Мы в Burson Audio давно знаем про посредственное качество операционных усилителей на микросхемах.

Мы любим музыку всей душой, наша философия заключается в том, чтобы улучшать качество звучания везде, где это только возможно. Мы знаем, что единственной возможностью решить проблему операционных усилителей на интегральных схемах является замена их на качественную схему, построенную на дискретных элементах.

Производство Burson Audio HD Opamp

Команда разработчиков Burson Audio развивает проект Burson HD Audio Opamp на протяжении нескольких лет. В течение всего этого времени, начиная с самой первой версии, мы вносим в конструкцию Burson HD Audio Opamp изменения и усовершенствования, которые являются этапами нашего сложного пути к совершенству.

В основе конструкции Burson HD Audio Opamp лежит принципиальная схема дифференциального усилителя напряжения. Для его изготовления применяются транзисторы и резисторы аудиофильского качества. Такая конструкция гарантирует минимальную звуковую окраску и великолепную динамику, но в то же время очень сильно усложняет производство: если компоненты не очень хорошо согласованы друг с другом звучание аппарата будет разбалансированным.

Мы используем только резисторы с допуском в 1%. Перед тем, как припаять их к печатной плате, мы пропускаем их через специальное «прогревочное» устройство. После 50 часов прогрева каждый резистор повторно тестируется на соответствие заданным характеристикам и лишь затем попадает на линию сборки. В результате такого процесса проверки качества мы отсеиваем еще 10% деталей. Отметим, что этот серьезный и очень дорогой процесс ПРОГРЕВА и СОГЛАСОВАНИЯ обеспечивает абсолютную стабильность электрического контура. Он гарантирует великолепный звуковой баланс по всему частотному диапазону. Кроме того, он обеспечивает стабильную и реалистичную пространственную звуковую картину за счет правильного баланса между акустическими системами.

При монтаже плат мы используем припой самого высокого качества, не содержащий свинца, температура пайки строго контролируется. Это позволяет избежать чрезмерного перегрева чувствительных электронных компонентов. Кроме того, мы не используем паяльных ванн, которые применяются на крупномасштабных производственных предприятиях, и таким образом снижаем вероятность коротких замыканий при пайке до минимума.

Производители, которые фокусируются на получении прибыли, никогда не будут применять подобный подход из-за существенного роста стоимости производства. Между тем, Burson Audio отдает себе отчет в том, что только при такой высокой степени контроля качества можно производить модульные операционные усилители, достойные нести на себе логотип фирмы. Только такой уровень контроля качества позволяет нам производить, без преувеличения, лучшие операционные усилители на рынке.

Качество звучания

Для разработчиков, входящих в команду Burson Audio, воспроизведение музыки на аппаратуре, использующей операционные усилители на интегральных микросхемах, является таким же нелепым занятием, как прослушивание симфонического оркестра через замочную скважину или просмотр картины Мона Лиза, воспроизведенной на почтовой марке.

Модульный дискретный операционный усилитель Burson Audio HD превосходит усилители, выполненные на микросхемах, в плане разрешения, детальности и передачи музыкальной текстуры. При этом он позволяет воспроизводить очень глубокий, насыщенный и в то же время отлично контролируемый бас. Контрабас становится очень четко очерченным и прекрасно локализуется в 3-мерном звуковом пространстве. Воспроизведение классической музыки становится гораздо более реалистичным, ведь, например, секция струнных инструментов передается как группа индивидуальных музыкантов, а не просто как абстрактная группа. В целом, операционный усилитель Burson Audio, построенный на дискретных элементах, является очень музыкальным. Он абсолютно не утомляет слух даже при длительном прослушивании, и это очень важно, поскольку его звучание настолько увлекает, что при воспроизведении любимых композиций можно легко потерять счет времени.

Введение. Модель идеального операционного усилителя / Хабр

Даже после появления цифровых вычислительных машин вычисления и обработка сигналов зачастую производились средствами аналоговой электроники. Основу этих устройств составляли операционные усилители.

Операционные усилители как класс появились в качестве унифицированных элементов аналоговых вычислительных машин (АВМ) после Второй Мировой войны. На них собирались звенья, производящие математические операции: сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.п. Слово «операционный» в названии появилось в силу этого факта. В качестве входного сигнала использовалось напряжение.

Вычисления могли быть достаточно сложными и требовать большого количества звеньев, что выдвигало достаточно жёсткие требования к унификации и стабильности характеристик операционных усилителей. Выполнение требований стабильности характеристик достигалось введением в схемы звеньев отрицательной обратной связи (ООС). Для унифицированных операционных усилителей применялась внешняя обратная связь. Характеристики такого звена определялись исключительно параметрами цепи обратной связи.

Массовое применение операционных усилителей началось со второй половины 60-х годов прошлого века, когда был налажен серийный выпуск относительно недорогих интегральных ОУ. Использование микросхем операционных усилителей стало тогда экономически целесообразным сначала в промышленной электронике, а затем и в бытовой технике.

В качестве КДПВ использована фотография советского аналога операционного усилителя LM101, одного из первых массовых интегральных ОУ.

▍ Идеальный операционный усилитель

Обычно операционный усилитель имеет два входа, инвертирующий и неинвертирующий, и один выход. ОУ усиливает разность напряжений на входах. Коэффициент передачи операционного усилителя с отключенной ООС – порядка 10

4

…10

6

(80…120 dB) в цепях постоянного тока.

Принцип действия ОУ наиболее наглядно раскрывается на модели «идеального операционного усилителя». Модель обладает следующими свойствами:

  1. Входы идеального ОУ не оказывают влияния на входные сигналы и имеют бесконечно большое сопротивление и бесконечно малую ёмкость.
  2. Выход идеального ОУ имеет нулевое сопротивление и может обеспечить на нагрузке любое напряжение и любой ток.
  3. Коэффициент передачи идеального ОУ стремится к бесконечности и не зависит от частоты входных сигналов.
  4. Время задержки распространения сигнала в идеальном ОУ равно нулю, сдвиг фаз отсутствует.
  5. Охваченный ООС идеальный ОУ стремится установить равное напряжение на входах.

Схема операционного усилителя без обратной связи представлена ниже:

Идеальный ОУ, включенный без обратной связи, работает следующим образом: напряжение на выходе равно разности напряжений на входах, умноженной на коэффициент передачи идеального ОУ без обратной связи:

Выразим разность напряжений на входах идеального ОУ через напряжение на выходе и коэффициент передачи идеального ОУ без обратной связи:

Поскольку, согласно свойству 3 модели идеального операционного усилителя коэффициент передачи G

о

стремится к бесконечности, получаем подтверждение свойства 5 модели и для идеального ОУ, неохваченного ООС:



▍ Идеальный инвертирующий усилитель

Инвертирующий усилитель является пропорциональным (усилительным) звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.

Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R1 и R2:

Из свойства 5 модели следует, что напряжение на инвертирующем входе ОУ U

вх-

равно напряжению на неинвертирующем входе U

вх+

. Поскольку, неинвертирующий вход ОУ подключен к общему проводу, на инвертирующем входе образуется потенциал 0 В.

Согласно свойству 1 модели идеального операционного усилителя, инвертирующий вход ток не потребляет, следовательно, падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению Uвх, падение напряжения на резисторе R2 равно напряжению Uвых, токи через резисторы делителя равны.

Получаем следующее соотношение:

из которого следует:

Согласно формуле

(5),

коэффициент передачи инвертирующего усилителя:

Из формулы

(6)

видно, что коэффициент передачи идеального инвертирующего усилителя может быть в пределах от 0 до — ∞.

Входной импеданс идеального инвертирующего усилителя равен сопротивлению резистора R1, поскольку, согласно свойству 1 модели идеального усилителя на ОУ входы не потребляют ток, и на инвертирующем входе установлен потенциал 0 В согласно свойству 5.

При равенстве сопротивлений резисторов в цепи обратной связи получаем инвертирующий повторитель.

При соотношении сопротивлений резисторов R1 > R2 схема работает как инвертирующий аттенюатор, т.е. начинает «ослаблять» входной сигнал.

▍ Идеальный неинвертирующий усилитель

Неинвертирующий усилитель, как и инвертирующий усилитель, является пропорциональным звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.

Усилитель охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R1 и R2. Сигнал с делителя напряжения подаётся на инвертирующий вход:

Из свойства 5 модели следует, что напряжение на инвертирующем входе ОУ U

вх-

равно напряжению на неинвертирующем входе U

вх+

. При этом U

вх+

равно входному напряжению U

вх

.

Согласно свойству 1 модели идеального операционного усилителя, входы ОУ ток не потребляют, следовательно, падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению Uвх, а падение напряжения на последовательно включенных резисторах делителя напряжения R1 и R2 равно напряжению Uвых.

Получаем следующее соотношение:

Согласно формуле

(7)

, коэффициент передачи неинвертирующего усилителя:

Из формулы

(8)

видно, что коэффициент передачи идеального неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы.

Входной импеданс идеального неинвертирующего усилителя равен импедансу неинвертирующего входа, который согласно свойству 1 модели идеального усилителя на ОУ стремится к бесконечности.

Частным случаем схемы неинвертирующего усилителя на ОУ является схема повторителя, где сопротивление R1 = ∞, а R2 = 0:

Схема имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление, что позволяет согласовать, например, высокоомный источник сигнала с низкоомной нагрузкой.

▍ Сравнение схем инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Обе схемы усилителей, инвертирующего и неинвертирующего, являются пропорциональными звеньями, осуществляющими операцию умножения входного сигнала на коэффициент k.

Принципиальные различия между схемами заключаются в том, что:

  1. Инвертирующий усилитель изменяет знак входного сигнала, а неинвертирующий усилитель знак входного сигнала не изменяет.
  2. Коэффициент передачи инвертирующего усилителя может быть меньше единицы, а коэффициент передачи неинвертирующего усилителя меньше единицы быть не может.
  3. Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется входным сопротивлением применённого ОУ, а входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резисторов в цепи обратной связи.

Исходя из вышесказанного, инвертирующие усилители целесообразно применять в схемах, требующих согласования с низкоомными источниками сигнала, а неинвертирующие – для согласования с высоомными источниками сигнала, а также на входах измерительных устройств для минимизации влияния на измеряемый сигнал.

Увеличение входного сопротивления инвертирующего усилителя резистором R1 требует пропорционального коэффициенту передачи k увеличения сопротивления резистора R2. Предотвратить чрезмерное увеличение сопротивления резистора R2 можно применением в цепи ООС усилителя Т-моста:

Коэффициент передачи инвертирующего усилителя с Т-мостом:

Входное сопротивление инвертирующего усилителя с Т-мостом приблизительно равно сопротивлению резистора R1.

При k = 10 и сопротивлении R1 = 500 кОм в схеме инвертирующего усилителя с делителем напряжения в цепи обратной связи сопротивление резистора R2 должно быть 5 МОм.

В случае инвертирующего усилителя с Т-мостом, при k = 10, сопротивлении R1 = 499 кОм и сопротивлении R4 = 100 Ом, сопротивление резисторов R2 и R3 будет равно 22.6 кОм. Расчёт цепи обратной связи в этом случае сложней, но применение Т-моста в цепи обратной связи при больших значениях сопротивления резистора R1 обеспечивает более стабильную работу усилителя.

▍ От автора

Данный цикл публикаций состоит из шести частей. Краткое содержание публикаций:

  1. Предпосылки появления ОУ. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель. < — Вы тут
  2. Отличия «реального» ОУ от «идеального». Основные характеристики реального ОУ. Ограничения реального ОУ.
  3. Суммирующий усилитель. Разностный усилитель. Измерительный усилитель. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Схема выборки-хранения.
  4. Активный детектор. Активный пиковый детектор. Логарифмический усилитель. Активный ограничитель сигнала. Компаратор на ОУ. Источник опорного напряжения. Источник тока. Усилитель мощности.
  5. Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры на ОУ. Генераторы сигналов на ОУ.
  6. Однополярное включение ОУ. Входные помехи, «развязки» и защиты входных цепей, экранирование.

Использованные источники:
  1. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988
  2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993
  3. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982
  4. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Мир, 1991

Поддельные аудиофильские операционные усилители — OPA627 / Хабр

Покупая всякую всячину на ebay, я совершенно случайно наткнулся на OPA627. Это довольно старый, популярный и качественный операционный усилитель, который иногда используют в усилителях аудиофилы (и не только). Однако меня смутила цена — у производителя (Texas Instruments / Burr Brown) они по 16-80$ (в зависимости от исполнения), а на ebay их продавали по 2.7$, включая доставку.

Сразу ясно, что там что-то не то, но интересно было узнать, что именно. Заказал 1шт, а для сравнения — OPA627 в металлическом корпусе за 5$, явно откуда-то выпаянную. Результаты сравнения внутренностей — под катом.

Пластиковый корпус пришлось травить, а металл — можно просто спилить:

Сначала оригинал. Видно по меньшей мере 4 подрезаемых лазером резистора — становится понятно, откуда такая стоимость. Подстраиваемые лазером резисторы нужны т.к. при производстве микросхемы параметры компонент немного «плавают», а в операционных усилителях их нужно согласовывать очень точно.


«Китайская» микросхема за 2.7$. Подстраиваемый лазером резистор тут только 1, однако смущают надписи AD (Analog Devices) и B744 — вероятно номер модели. Если мы откроем datasheet на AD744 — то на приведенной там фотографии кристалла увидим полное совпадение.

Китайцы пораскинули мозгами, и нашли более дешевую замену OPA627 — это оказался AD744. У AD744 — аналогичная скорость работы (500нс до точности 0.01%), тот же тип (*FET), и поддерживается внешняя коррекция напряжения смещения. У AD744 также есть возможность внешней частотной коррекции — это нужно для высокочастотных применений с большим усилением, но этот вывод просто не вывели наружу (т.к. у него нет аналога в OPA627).

При этом AD744 хуже по шумам (в 3 раза) и напряжению смещения (0.5мВ против 0.1мВ).

Китайцы не поленились, купили AD744 в виде кристаллов, упаковали и промаркировали как OPA627. Не уверен, что они заработали на этом много денег — это больше похоже на экономическую диверсию. А ведь могли и что-то уровня LM358 воткнуть — тогда подвох заметить было бы намного проще…

Так что будьте осторожны и внимательно следите за поставщиками компонент — иначе все «прооптимизируют» за вас 🙂

PS. Также смотрите предыдущую серию с поддельной FT232RL.

Апгрейд операционных усилителей — audioGO

Апгрейд ОУ в ЗК: зачем и на что?

Качество воспроизведения звука… сколько копий уже сломано, и сколько ещё сломят – страшно представить. Благодаря повсеместному использованию персональных компьютеров качественный звук стал значительно доступнее, чем, скажем, лет 10 назад. А прогресс мультимедийной акустики можно наблюдать невооруженным ухом, звуковые карты семимильными шагами догнали недорогую бытовую технику. Причем по заявленным характеристикам (используемым цифроаналоговым преобразователям, далее – ЦАП) более-менее дорогие звуковые карты даже превосходят многие проигрыватели компакт-дисков, только вот на поверку это превосходство зачастую не подтверждается. В чем причина?

Существует распространённое заблуждение, что в компьютере очень неблагоприятный электрический фон, который и не позволяет ему хорошо звучать. Измерения профессиональных карт это опровергают – при наличии качественного блока питания и нормальной материнской платы спектры сигналов идеально чистые.

Гораздо более грамотным объяснением является используемая элементная база. Компьютерные инженеры слабо подкованы в аудиотехнике, поэтому зачастую используют типовые схемы включения и самые доступные компоненты. Тогда как адепты от электроники щепетильно высчитывают режимы работы каждого каскада и их согласованность между собой, используя ровно такое количество и качество компонентов, которое не повредит общим характеристикам изделия.

Значит ли это, что звуковую карту нельзя улучшить без полной переделки? Отнюдь! Получить ощутимое улучшение качества можно и с минимальными затратами. В этой статье я хочу конгламерировать опыт множества людей, подкрепив его теоретическими изысканиями.

Тракт воспроизведения в современных звуковых картах построен следующим образом: PCM-кодированный звуковой поток (например с Audio CD) поступает на ЦАП, где преобразовывается цифровым фильтром в меньшую разрядность, но значительно большую частоту (до 33 МГц), затем фильтруется цифровыми алгоритмами для отсечения составляющих выше половины частоты дискретизации исходных данных (как того требует теорема Котельникова), после чего преобразовывается в аналоговый сигнал дельта-сигма конвертерами. Для чего все эти сложности – тема отдельная, однако на выходе ЦАП мы получаем некий аналоговый сигнал со спектром, на порядки шире звукового диапазона. Ультразвуковые составляющие затем отфильтровываются аналоговым усилителем на операционных усилителях, которые не должны ухудшать паспортные характеристики ЦАП. А вот тут-то есть загвоздки. Операционные усилители в массовых звуковых картах не удовлетворяют даже элементарным требованиям в данной области применения!

Простейший пример: для полноценной работы фильтра низких частот после ЦАП, полоса усиления ОУ должна превышать частоту среза хотя бы в 100 раз. Аналоговый фильтр, чтобы не вносить дополнительных искажений АЧХ и ФЧХ в звуковой диапазон, обычно ограничивается вторым порядком и настраивается на частоту не менее 50 кГц. Если же он, по совместительству, является и усилителем напряжения до стандартной в аудиотехнике величины 2 В, то требования к полосе усиления необходимо увеличить ещё минимум в два раза. Итого получаем цифру 10 Мгц как минимально-допустимую. Тогда как у большинства из встречающихся на звуковых платах ОУ полоса усиления даже в идеальных условиях меньше.

Исключением здесь выглядит NJM4580, который используется на таких известных звуковых картах, как Terrateс Aureon Sky/Space, Audiotrak Prodigy 7.1, M-Audio Revolution 5.1, ESI [email protected] и Maya 44. Только вот у этого операционного усилителя далеко не идеальные характеристики по искажениям…

Как я уже упоминал, искажения ОУ при заданном коэффициенте усиления (обычно 1 или 2), должны быть ниже, чем искажения ЦАП. Причём заметно ниже в звуковом диапазоне, и очень желательно, не принципиально выше в сверхзвуковом, в связи со спецификой дельта-сигма преобразователей. Наведённый ими ультразвуковой шум, умноженный и обогащенный искажениями усилителя, обязательно увеличит интермодуляционные искажения в звуковой области. Кроме того, специфика музыкального сигнала требует, чтобы уровень искажений мало зависел от амплитуды сигнала, а возможность подключения наушников непосредственно к звуковой карте требует ещё и слабой зависимости искажений от сопротивления нагрузки. Тут ещё следует делать поправку на максимальное усиление ОУ: чем оно выше, тем глубже получается обратная связь и тем меньше уровень искажений в стационарных условиях, в которых обычно проводятся измерения. Однако лучше будет звучать тот усилитель, который обеспечивает заданный уровень искажений при меньшей глубине обратной связи, т.е. имеющий меньший коэффициенте усиления.

Удовлетворить всем этим требования способен редкий ОУ. Давайте рассмотрим кандидатов, проходящих по первому критерию – полосе усиления. Первым по алфавиту идёт Analog Devices. Воспользуемся очень удобным параметрическим поиском по следующим параметрам:
Vcc-Vee 24 Вольта. В звуковых картах ОУ чаще всего питаются прямиком от блока питания.
Amplifiers Per Package 2. Нам нужно заменить штатные без переделки платы.
V or I Feedback Voltage, по той же причине.
Отсортируем список по Small Signal Bandwidth. Этот параметр не всегда равен частоте единичного усиления, но за неимением в поиске другого…

Парад открывает малоизвестный в аудиофильских кругах AD8019.
До 92 дБ и 80 МГц усиления.
Уровень гармоник ниже -85 дБ даже при нагрузке 10 Ом и коэффициенте усиления 10, причем очень слабо зависят от амплитуды напряжения и тока, а также частоты.
Очень ровная фаза в широком диапазоне частот.
Учитывая его малошумность, выглядит очень заманчивым вариантом, с двумя оговорками: очень слабое подавления пульсаций питания и только SOIC исполнение.

Вторым по списку следует как раз хорошо известный и получающий самые лестные отзывы AD8066.
До 114 дБ и до 65 МГц усиления.
Очень удобно, что искажения приведены и для двукратного усиления: уровень гармоник значительно ниже -95 дБ при нагрузке более 150 Ом.
Амплитуда тока на выходе до 30 мА, что может быть не достаточно для части низкоомных наушников. Хорошее подавление пульсаций.
Универсальный и очень качественный по звуку операционный усилитель. Для звуковых карт это один из главных кандидатов в любом включении.
Доступен как в SOIC, так и в MSOP корпусе.

AD8022
Усиление до 72 дБ и до 100 МГц!
При КУ=1 на нагрузке 500 Ом уровень гармоник не превышает -110 дБ!
Сверхмалошумящий, плюс имеет вдвое большую нагрузочную способность, чем AD8066 и по всем признакам, должен звучать как минимум не хуже его. Единственное “но” – посредственное подавление пульсаций напряжения.
Доступен как в SOIC, так и в MSOP корпусе.

AD828
Компенсирован для КУ=2 (-1) и более!
Усиление до 80 дБ и до 100 МГц!
Способен обеспечить 2 В амплитуды даже на нагрузке 10 Ом! Без искажений выдаёт в нагрузку до 50 мА тока.
Уровень гармоник при КУ=2 плавно стремится к -100 дБ, что также можно считать великолепным результатом.
Малошумен и обладает хорошим подавлением пульсаций.
Обилие восклицательных знаков должно к чему-то обязывать. И правда, по отзывам, ОУ звучит замечательно, но далеко не во всех схемах стабилен, поэтому может быть разумным не уповать на везение и присмотреться к другим ОУ.
Доступен в SOIC и DIP корпусах.

AD8034
Усиление до 96 дБ и до 40 МГц.
На нагрузке 1 кОм уровень гармоник находится ниже -100 дБ, однако уже на 500 Ом подскакивает до -85. Причем третья гармоника по уровне заметно больше второй, что не есть хорошо.
Остальные параметры весьма приличные, архитектурно чип является родственником AD8066 и, скорее всего, характер звука будет схожий.
Доступен в SOIC корпусе.

AD8397
Усиление до 96 дБ и до 35 МГц.
Уровень гармоник при КУ=2 и нагрузке 25 Ом ниже -100 дБ! Зависимость искажений от частоты и амплитуды сигнала очень слабая.
В придачу ко всему, усилитель сверхмалошумящий.
Но без ложки дёгтя, как всегда, не обошлось – подавление питания оставляет желать лучшего.
Доступен в SOIC корпусе с металлическим “брюшком” для улучшения теплоотвода.

AD826
Усиление до 77 дБ и до 50 МГц.
Фактически является скомпенсированным для единичного усиления AD828, со всеми его достоинствами, но значительно более стабильный! Небольшая потеря в уровне подавления пульсаций питания компенсируется способностью легко выносить ёмкостную нагрузку.
Доступен в DIP и SOIC исполнениях.

AD827 фактически является клоном предыдущего, с ослабленным выходным каскадом и в другом корпусе. При этом стоит в полтора раза больше 🙂

Широкоизвестный в узких кругах AD8620 на фоне уже рассмотренных моделей блещет не особо: огромный коэффициент усиления (более 105 дБ) при полосе до 25 МГц, искажения менее 0.001%, но резко растут с уменьшением сопротивления нагрузки. Его звучанием многие довольны, только вот для наушников обязательно будет нужен дополнительный усилитель тока (буфер).
Неприлично высокая цена объясняется его превосходными характеристиками по постоянному току (что для звука совершенно не актуально) и их температурным постоянством, а также потрясающе низкой чувствительностью к ёмкостной нагрузке, отличным подавлением пульсаций и непревзойдённой стабильностью в любых включениях.
Доступен только в SOIC корпусе.

Новинка! AD8599
Сверхмалошумящий с усилением до 10 МГц и 116 дБ. Искажения менее 0.0005% на нагрузке 2 кОм, но возрастают до 0.002% при 600 Ом. Зато очень либерально относится к ёмкостной нагрузке, имеет отличное подавление питания и выходной ток до 50 мА.
Доступен только в SOIC корпусе.

AD823
Усиление до 95 дБ и до 9 МГц.
Искажения ниже -100 дБ, но при выходных токах более 20 мА лавинообразно растут. Соответственно, на нагрузке 32 Ома отдаваемая без искажений мощность составит всего 6 мВт, что явно не достаточно для комфортного прослушивания.
По всем остальным параметрам, кроме подавления пульсаций питания, ОУ очень хорош, его звук хвалят за мягкость.
Доступен в DIP и SOIC исполнениях.

AD746
Компенсирован для КУ=2 (-1) и более!
Имеет большой коэффициент усиления (до 118 дБ), но полоса усиления лишь 10 Мгц, т.е. в наши требования он уже вписывается со скрипом.
Искажения в звуковом диапазоне не превышают -110 дБ, ОУ обладает неплохим подавлением пульсаций, работоспособен при низкоомной нагрузке (при токах менее 20 мА), однако сам производитель почему-то рекомендует его максимум для 14-битных ЦАПов. Скорее всего это относится к стадии I/U преобразования, которое в большинстве звуковых карт уже встроено в ЦАП, посему данный ОУ как минимум достоин рассмотрения.
Характер вносимых искажений близок к пресловутому звучанию Burr-Brown.
Доступен в DIP и SOIC исполнениях.

AD712
Компенсированная для единичного усиления версия предыдущего усилителя.

AD8676
Усиление до 72 дБ, полоса до 10 МГц.
Сверхмалошумящий, имеет отличное подавление пульсаций, но очень слабый выход (до +-20 мА тока). Данных об искажениях не приводится.
Доступен как в SOIC, так и в MSOP корпусе.

AD8672
Выглядит “ускоренной” версией предыдущего. Огромаднейший коэффициент усиления (135 дБ), полоса усиления до 10 МГц. Искажения крайне низки, но выходной каскад не справляется с большой амплитудой сигнала при низкоомной нагрузке.
Доступен как в SOIC, так и в MSOP корпусе.

OP275
Весьма популярный в аудиофильских кругах продукт. Усиление до 104 дБ, полоса до 9 МГц, хорошее подавление пульсаций, искажения ниже 0.001% в широком диапазоне выходных напряжений при сопротивлении нагрузки выше 100 Ом. Однако с ним есть сложность: при неинвертирующем включении необходимо подбирать сопротивление резисторов обратной связи пропорционально выходному сопротивлению предыдущего каскада (в нашем случае ЦАП, а для них выходное сопротивление не афишируется), чтобы избежать значительного роста искажений на частотах выше 1 кГц. Проблема неактуально, если ОУ применяется в инвертирующем включении или как дифференциальный сумматор.
Доступен в DIP и SOIC исполнениях.

OP285
Копия предыдущего, что-то вроде отборных зёрен (селекция по напряжению смещения), за счет чего и стОит гораздо дороже. Доступен только в SOIC корпусе.

AD8512
Усиление до 100 дБ, полоса до 8 МГц.
Хороший выходной ток (до 70 мА), отличное подавление пульсаций, малошумящий, искажения на высокоомной нагрузке ниже 0.0001%. Однако насколько они увеличатся при подключении наушников – не известно. По отзывам, звучит немного грубее AD823, с меньшей натуральностью высоких частот, но лучшей проработкой баса.
Доступен как в SOIC, так и в MSOP корпусе.

Необходимо заметить, что производитель предлагает всем желающим ознакомиться со своей продукцией бесплатно, осуществляя рассылку ограниченного количества (по две штуки не более трёх наименований) микросхем средствами TNT International. Доставка в Москву занимает около месяца.

Ещё один известнейший производитель продукции с музыкальным уклоном – National Semiconductor. Компания также предлагает бесплатные образцы продукции для ознакомления, но берёт деньги за доставку (около 20 долларов).

LM4562
Усиление до 140 дБ, полоса до 30 МГц.
Сверхмалошумящий, с невероятно низким заявленным уровнем искажений. Нагрузку в 600 Ом переносит без увеличения искажений, выходной ток до 20 мА, отличное подавление пульсаций. По отзывам, звучит фантастически, без малейших признаков окрашивания. Звук стерилен до такой степени, что некоторые предпочитают другие ОУ. Однако независимые тесты показали, что ему свойственна проблема, описанная выше для OP275. Впрочем, если ОУ используется в качестве сумматора после ЦАП с дифференциальными выходами, звучание получается ощутимо лучше, чем с OPA2132/4.
Доступен в DIP и SOIC исполнениях.

Практически идентичными параметрами обладают LME49720 и LME49860. Последний отличается способностью работать при напряжении питания 44 В, в отличие от 34 В у двух предыдущих.

LM6172

Усиление до 86 дБ, полоса до 100 МГц!
Малошумящий, искажения ниже -100 дБ на нагрузке 100 Ом, до 50 мА выходного тока. Мечта аудиофила, если бы не склонность к самовозбуждению – усилитель далеко не всегда стабилен. Однако когда разводка платы подходящая, его звуком довольны все.
Доступен в DIP и SOIC исполнениях.

LM6152

Ничем не примечательный ОУ, не обращайте внимания.

LM7372

Усиление до 85 дБ, полоса до 120 МГц!
Выходной ток до 150 мА, уровень гармоник в 100 дБ, вроде всем хорош… но при сопростивлении нагрузки ниже 150 Ом искажения начинают резко расти, преодолевая в итоге планку -80 дБ.
Компенсирован для КУ=2 (-1) и более!
Доступен в SOIC корпусе.

LM833

Усиление до 115 дБ и до 10 МГц.
Малошумящий, хорошее подавление пульсаций, но слабый выходной каскад. Искажения превышают 0.001% уже при нагрузке 1 кОм.
Очень старый ОУ. Отзывы о звучании противоречивы.

Linear Technology не столь известна, как Analog Devices или National Semiconductor, но выпускает продукцию не менее интересную с точки зрения звука и, что немаловажно, также предлагает бесплатные образцы продукции для ознакомления.

Воспользуемся параметрическим поиском по следующим критериям:
Channels = 2
GBW >= 10
Type != CFA
Vs Max > 12
Av Min Stable = 1

В получившемся списке оказались несколько позиций, несовместимых по цоколёвке или назначению, их я пропущу.

LT1208 DIP, SOIC

Усиление 77 дБ до 8 кГц, полоса 45 Мгц, нарастание до 400 В/мкс, хорошее подавление и выходной ток, стабилен с ёмкостной нагрузкой, но overshoot более 20%. Искажения менее -0.002% в звуковом диапазоне, далее резкий рост.

LT1211 SOIC

LT1213 SOIC

LT1215 SOIC

Семейство из трёх ОУ с низкими входными токами и разным быстродействием (от 14 МГц и 7 В/мкс до 23 МГц и 50 В/мкс).
Усиление до 130 дБ, отличное подавление, искажения 0,0007% до 4 кГц, далее рост как у LT1208.
Рекомендуются производителем для I/U. LT1213 отличается повышенным overshoot, а LT1215 повышенными смещениями.

LT1352 DIP, SOIC

Искажения больше 0.002%

LT1355 DIP, SOIC

LT1358 DIP, SOIC

LT1361 DIP, SOIC

LT1364 DIP, SOIC

Семейство из четырёх ОУ с малым (LT1355 и LT1358) и очень малым (LT1361 и LT1364) временем установки, различающихся быстродействием (от 12 МГц и 400 В/мкс до 70 МГц и 1000 В/мкс).
Неплохое подавление, повышенная стабильность при ёмкостной нагрузке, искажения в неинвертирущем включении порядка 0,0007% до 2 кГц.
Звучание LT1364 хвалят.

LT1469 DIP, SOIC

Экстремально низкий уровень искажений на высокоомной нагрузке и отличное подавление, усиление более 110 дБ, полоса до 45 МГц, нарастание до 22 В/мкс.
Малый выходной ток и небольшая индифферентность к ёмкостной нагрузке. Превосходный вариант для I/U.

LT1498 DIP, SOIC

LT1630 DIP, SOIC

LT1632 DIP, SOIC

LT1678 SOIC

Малошумящий, с огромным усилением, отличным подавлением, малым overshoot. Но искажения резко растут уже с 1 кГц.

Среди операционных усилителей с низкими входными токами обнаруживаются несколько потенциально интересных микросхемы.

LT1057 DIP, SOIC
SR=14 В/мкс, GBW=5 МГц, Av=110 дБ, нулевой overshoot, неплохое подавление

LT1457 DIP, SOIC
практически по всем параметрам повторяет предыдущий, но SR=4 и GBW=1.7

LT1169 DIP, SOIC
SR=4.2, GBW=5.3, Av=133, THD<0.0004% на частотах ниже 1 кГц и плавный рост. малошумящий, неплохое подавление, минимальный overshoot, растущий только при ёмкости нагрузки больше 100 пФ, входная ёмкость менее 2 пФ

LT1113 DIP, SOIC
практически по всем параметрам повторяет предыдущий, но SR=3.9, GBW=5.6 и Cin>14 пФ

В ассортименте Texas Instruments также очень много интересной продукции, они тоже рассылают бесплатные образцы, причем в количестве от 5 до 10 штук 8 разных позиций, а доставка через FedEx занимает менее недели. В пятницу заказал – в понедельник получил 🙂

THS4012 MSOP, SOIC

THS4032 MSOP, SOIC

THS4042 MSOP, SOIC

THS4052 MSOP, SOIC

THS4062 MSOP, SOIC

THS4082 MSOP, SOIC

THS6042 MSOP, SOIC

THS6062 MSOP, SOIC

THS6072 MSOP, SOIC

OPA2211 MSOP, SOIC

OPA2132 DIP, SOIC

OPA2134 DIP, SOIC

Будьте внимательны при выборе микросхемы, предварительно удостоверьтесь, какой тип корпуса подходит к вашей карте.
Операционные усилители от NJR, устанавливаемые на подавляющее большинство звуковых карт, встречаются в следующем исполнении:
SSOP8 длина корпуса 4.4 мм, ширина 3.5 мм, шаг выводов 0.65 мм, длина выводов 1 мм
DMP8 длина корпуса 5 мм, ширина 5 мм, шаг выводов 1.27 мм, длина выводов менее 1 мм
EMP8 длина корпуса 4 мм, ширина 5 мм, шаг выводов 1.27 мм, длина выводов 1 мм
DIP очень крупный корпус, выводы загнуты вниз (вставляется в “кроватку” или впаивается в отверстия на плате)
Операционные усилители от Analog Devices имеют следующие габариты корпуса:
SOIC_N (R8) длина корпуса 4 мм, ширина 5 мм, шаг выводов 1.27 мм, длина выводов более 1 мм
MSOP (RM8) длина корпуса 3 мм, ширина 3 мм, шаг выводов 0.65 мм, длина выводов менее 1 мм

Статья дорабатывается по мере возможности. Замечания/предложения приветствуются в ветках по доработке звуковых карт на форумах Overclockers и iXBT:
http://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?t=126233&sid=e3d390de8f35f94aee743f57c8696953
http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=12:22570

Другие полезные материалы по теме:
http://www.sg-acoustics.ch/analogue_audio/ic_opamps/index.html
http://audioportal.su/forums/showthread.php?t=7276
http://musatoffcv.narod.ru/Docs/FiltersOpAmp.htm
http://musatoffcv.narod.ru/Docs/OA_For_WT192X.htm
http://musatoffcv.narod.ru/Docs/DescNoLinerOfOpAmp.htm

Оригинал статьи GReY 13.12.2006 14:57 на people.overclockers.ru

Новые интересные портативные усилители для наушников

Дата публикации: до первой звуковой революции

На Алиэкспресс появились новые интересные портативные усилители для наушников со сменными операционными усилителями и в разных исполнениях. Речь идет о двух моделях, каждая из которых выпускается в стандартном варианте и в бюджетном, т.е. без корпуса и аккумулятора.

Усилители недорогие, особенно если брать дешевые модификации; собраны на достаточно приличной элементной базе и, что немаловажно, позволяют изучить влияние на качество выдаваемого звука разных операционных усилителей, поскольку, как отмечалось выше, последние не припаяны, они лишь вставлены в специальные панели. Таким образом, их можно извлечь, а на освободившееся место поместить другие. Следует отметить, что стоят операционные усилители недорого и выбор их достаточно велик.

Первую модель с операционными усилителями JRC5532 можно купить здесь:

Полный комплект за 31$
Без корпуса и аккумулятора за 22$



Вторую модель с операционными усилителями OPA2604 и на биполярных транзисторах MJE15032 и MJE15033 можно купить здесь:

Полный комплект за 37$
Без корпуса и аккумулятора за 24,5$



Кстати, особо любознательным можно купить оба усилителя сразу – одну модель без корпуса, а другую в корпусе и с аккумулятором. Поскольку размеры и места расположения входов, выходов, светодиодов и элементов управления у обеих моделей одинаковые, то в единственный корпус можно будет помещать необходимую в данный момент плату.

Советуем прочитать:

— Ingping H60. Обзор наушников.
— Mannhas E170. Обзор гарнитуры.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии.

Обзор лучших мобильных ЦАПов на начало 2022 года

Интро

Подводя аудиофильские итоги за прошедший год, я решила составить топ самых лучших по звучанию портативных ЦАПов с усилителем. Сейчас устройства данного форм-фактора являются безумно популярными, и тому есть несколько причин. Во-первых, такие ЦАПы позволяют использовать со смартфоном, лишенным аудиоразъема, проводные наушники, если вы хотите избежать традиционной потери качества при передаче сигнала по Bluetooth. Во-вторых, они обычно имеют бюджетную стоимость и компактный размер. В-третьих, их можно подключать к разным источникам, поэтому владельцу будет доступен одинаково хороший звук и с телефона, и с планшета, и с компьютера, и даже с игровой консоли. Ассортимент «свистков» огромен, перечислить абсолютно все занятные модели сложно, так что перед вами небольшая подборка моих фаворитов.

FiiO KA3

Знакомство с моделью

Здесь у нас ЦАП для смартфона от компании FiiO и ее дочернего бренда Jade Audio. Эта долгожданная новинка предлагает нейтральный звук, премиальные характеристики, балансный выход и адекватную стоимость, у нас около 110$.

Корпус FiiO KA3 цельнометаллический, удлиненный, с четкими гранями. Он весит 17.5 г, по форме напоминает маленькую зажигалку или упаковку жевательной резинки. Обратите внимание, это не крошечный переходник, а именно отдельное устройство, но пользоваться им все равно достаточно удобно. Из преимуществ — наличие двух наушниковых выходов, стандартного 3.5 мм и балансного 4.4 мм, съемный витой кабель Type-C, гарантирующий большую долговечность, и адаптер на полноразмерный USB в комплекте.

Модель имеет отличный чип ESS ES9038Q2M, который встречается у Hi-Res плееров и даже у некоторых стационарных комбайнов. Поддерживается предельное разрешение сигнала 32 бит/768 кГц и DSD512. Двойные независимые Hi-Fi операционные усилители выдают мощность 130 мВт на 32 Ом через обычный выход и впечатляющие 240 мВт на 32 Ом по балансу. Питание происходит от источника.

Благодаря функции Plug&Play, FiiO KA3 готов работать с Android, iOS, Windows и MacOS. В некоторых случаях понадобится установка драйверов на компьютер, но лично у меня ноутбук сразу распознал ЦАП и без этого. А с приложением «FiiO Control» вы сможете переключаться между двумя уровнями усиления, высоким и низким, выбирать любой из 7 цифровых фильтров и регулировать баланс каналов.

Звучание

Характер FiiO KA3 техничный, нейтральный и честный. Вау-эффект от него получат скорее аудиофилы, любящие прозрачность, а не массовые пользователи, привыкшие к зашкаливающему драйву. Но, лично на мой взгляд, эта модель — лучшее вложение денег в своем классе. Если вам нужны какие-то акценты, их можно будет добавить с помощью эквалайзера или подбора наушников.

Итак, аппарат играет линейно и достоверно, выстраивая вполне масштабную сцену. Высокие частоты у него естественные, довольно протяженные, разделенные, неожиданно изысканные и переливчатые, при этом комфортные. Середина имеет хорошее разрешение, она энергичная, телесная, в меру детальная, ее уровень позволяет выслушивать даже мелкие нюансы, но общая динамика не теряется. Тембры чистые и прохладные. Басы спокойные, основательные, рельефные, но без подкачки или оглушительной раскатистости. Устройство подойдет для любых жанров, однако есть небольшая критичность к качеству записи.

iBasso DC05

Знакомство с моделью

Перед вами наследник династии компактных ЦАПов известного аудиофильского бренда iBasso. Это уже пятое устройство в хитовой серии DC. Новинка выделяется тем, что получила максимум современных технологий, при этом ценник остался вполне заманчивым, у нас он составляет около 75$.

Корпус модели полностью сделан из алюминиевого сплава с матовой поверхностью, он имеет узнаваемую удлиненную форму, унаследованную от предшественников. Вес — всего 9 г. Провод из посеребренной меди по-прежнему несъемный, как и во всей линейке, но здесь он укреплен дополнительным слоем мягкой изоляции. Выход на наушники — небалансный 3.5 мм, вход — USB Type-C, в комплекте есть адаптер на USB Type-A для подключения к компьютеру.

Установлены сразу 2 энергоэффективных чипа ES9219C, поддерживается разрешение сигнала PCM до 32 бит/384 кГц и DSD до 256. Пользователи стриминговых сервисов оценят наличие полного декодирования формата MQA 16X. Применение японских фемтосекундных кварцевых генераторов NDK обеспечивает низкий фоновый шум, при этом мощность iBasso DC05 составляет 93 мВт на 32 Ом. Встроенного аккумулятора нет.

Модель совместима с любыми операционными системами: iOS, Android, Windows, MacOS.

На официальном сайте доступны актуальные обновления прошивки, рекомендую не забывать о них. Также для более точной регулировки громкости на смартфонах с Android можно скачать фирменное приложение «iBasso UAC», оно дает шкалу на 64 шага.

Звучание

Почерк iBasso DC05 энергичный, драйвовый, яркий, по-хорошему агрессивный и напористый. Здесь нет такой ювелирной микродетализации, как у DC03, зато общая картина стала голографичнее, многослойнее, весомее и натуральнее. Акцентирование области верхних частот правильно уравновешивается уверенными, собранными и ударными басами, при этом динамичная, чуть высветленная середина обладает отличной скоростью, хорошей палитрой тембров с красивыми полутонами, вкусной упругостью звонких нот, эффектной пластичностью и живостью.

Для меня звук модели оказался крайне вовлекающим, хотя обычно я предпочитаю больше нейтральности и подчеркивания мелких деталей. Но DC05 можно назвать достаточно универсальным, всеядным к жанрам, по-аудиофильски харизматичным. За свои деньги он предлагает неплохую трехмерную сцену, вполне взрослое разрешение, цельную акустическую панораму, в которой все же сохранена точная очерченность контуров партий. Опять же, быстрота и легкость подачи, естественность тембров инструментов и насыщение мелодии нюансами позволяют получить от прослушивания настоящее наслаждение. Разве что для убежденных ВЧфобов может оказаться излишне много искристости, но большинство пользователей, думаю, останутся довольны.

Shanling UA2

Знакомство с моделью

Флагманский ЦАП от компании Shanling тоже попал в мой топ. Насколько мне известно, на данный момент это самый миниатюрный «свисток» на рынке, предлагающий одновременно два наушниковых выхода, обычный и балансный. Его ценник у нас составляет 100$, так что устройство является крайне интересным.

Вес Shanling UA2 — всего 12.6 г, продолговатый алюминиевый корпус имеет приятные скругленные грани, за компактность я могу его только похвалить. Экранированный кабель из очищенной меди в тканевой оплетке на этот раз съемный, а среди аксессуаров, конечно же, присутствует адаптер с USB Type-C на полноразмерный USB. Как я уже упоминала, выходов для наушников несколько: 3.5 мм стандартный и 2.5 мм сбалансированный.

Как и у модели FiiO, для флагманского ЦАПа Shanling применяется чип ES9038Q2M, встречающийся у многих Hi-Fi аудиоплееров. Поддерживается максимальное разрешение сигнала 32 бит/768 кГц и DSD512. Следует отметить наличие отдельного усилительного каскада, построенного на микросхеме RT6838, имеем отличные показатели напряжение и мощности: 2 V и 125 мВт на несимметричном выходе, 2.5 V и 195 мВт на симметричном. Питание происходит от источника.

Разумеется, Shanling UA2 тоже способен работать с любой операционной системой, в данном случае съемный провод — это вдвойне полезно, вы сможете, при необходимости, докупить кабель для Lightning и подключить вместо стокового. Из необычных козырей — добавлен режим Hi-Fi для геймеров, аппарат был разработан так, чтобы вы могли использовать его с портативными игровыми консолями Nintendo Switch. Кроме того, установка приложения «Eddict Player» дает доступ к настройкам усиления, цифровых фильтров, громкости и баланса каналов.

Звучание

Shanling UA2 играет тепло, комфортно, драйвово и гармонично, без мониторной сухости, строгой техничности или выраженного фокусирования на микроконтрасте. Первая отличительная особенность устройства — крайне широкая и трехмерная сцена, по данному критерию это лидер в сегодняшнем топе. Второе преимущество — отработка вокала, он выразительный, сочный, богатый обертонами, на хороших записях можно получить огромное удовольствие.

Подача модели цельная, с аккуратными, гибкими, мягкими верхними частотами, лишенными дополнительной яркости, с очень глубокими, текстурными и весомыми басами, с эмоциональной, насыщенной и телесной серединой. Почерк далек от чеканности, однако картина остается чистой и прозрачной. Окрас звука, пожалуй, скорее вкусовой, но поклонники аналоговости и бархатности его оценят.

Shanling UA1 Pro

Знакомство с моделью

Здесь у нас младший представитель линейки портативных ЦАПов от Shanling. Он очаровал меня грамотным балансом цены и качества звука, да и по эргономике аппарат весьма хорош. Его стоимость у нас составляет примерно 60$, эти деньги он честно отрабатывает.

Корпус Shanling UA1 Pro имеет оригинальную ромбовидную форму, в использовании он чрезвычайно удобен. Материал: алюминий, изготовленный с помощью фрезерования с ЧПУ, гальваники и других процессов. Его вес очень легкий — всего 8.3 г, это серьезный плюс. Кабель из 18 медных жил высокой очистки несъемный, но зато у него есть прочная тканевая оплетка. Наушниковый разъем — несимметричный 3.5 мм, стандарт подключения к источнику — Type-C. Переходник на USB-A в комплекте есть.

Shanling UA1 Pro получил чип ESS ES9219C, совмещенный с усилителем. Максимальное разрешение сигнала: 32 бит/384 кГц и DSD256. Мощность составляет 80 мВт на 32 Ом, это не слишком много, так что рекомендую владельцам отдавать предпочтение прослушиванию с IEM или легкими на раскачку накладными моделями. Зато этот «свисток» разряжает аккумулятор смартфона медленнее, чем его конкуренты.

Ожидаемо, имеем полную совместимость с любыми операционными системами. И есть еще один бонус — поддержка фирменного приложения «Eddict Player» для настройки уровня усиления, цифровых фильтров и других параметров.

Звучание

Подача у Shanling UA1 Pro вовлекающая, музыкальная, но, в то же время, выразительная и отчетливая, без навязчивой мутной дымки. Здесь нет запредельного разрешения, сцена по масштабу также не рекордная, однако сам звук я могу назвать весьма приятным. Сочные теплые тембры, хорошая макродинамика, умение держать темп, подчеркнутый щелчок, вкусная протяженность нот — все это соединяется гладко и аккуратно.

Расстановка акцентов у модели чуть V-образная, верхние частоты обладают усиленной насыщенностью, хлесткостью, яркостью и переливчатой звонкостью, а басы кажутся панчевыми, плотными, слегка округлыми. При этом, середина имеет достаточную ясность, неплохой контроль и тонкую проработку тембральной гаммы. Вокал выделен, он живой и эмоциональный. В целом, аппарат не для ВЧ-фобов, зато он играет по-меломански весело, да и к выбору жанров всеяден.

Astell&Kern USB-C Dual DAC Cable

Знакомство с моделью

Итак, встречайте: первый ЦАП для смартфона от знаменитой корейской компании Astell&Kern, выпускающей культовые аудиофильские устройства. Эта новинка мне, в целом, понравилась, но она имеет ряд своеобразных особенностей. К примеру, ее ценник составляет у нас почти 170$, данный сегмент не для всех может быть близок.

Также обратите внимание, что полированный корпус Astell&Kern USB-C Dual DAC Cable, сделанный из цинкового сплава, имеет сравнительно более тяжелый вес — 25 г. Впрочем, он чертовски красив по дизайну, тут есть знакомые фирменные изящные грани, и даже штекер USB-C сделан в том же стиле. Четырехжильный кабель из посеребренной меди несъемный, но крепкий, он армирован арамидным волокном. Адаптера на USB-A в комплекте нет. Наушниковый выход — небалансный 3.5 мм.

Модель получила двойной ЦАП, о чем тонко намекает ее название. Имеем отличные чипы Cirrus Logic CS43198 MasterHIFI, поддерживается разрешение PCM 32 бит/384 кГц и DSD256. Всю электронную начинку устройства удалось разместить на небольшой шестислойной печатной плате размером 14×41 мм. Были использованы танталовые конденсаторы и микрорезисторы, эксклюзивно созданные для Astell&Kern, они же применяются в плеерах данного производителя. Усиление выхода для наушников: 2 V, тут, несомненно, рекомендую отдавать предпочтение прослушиванию с внутриканалками. Питание только от источника.

На самом деле, Astell&Kern USB-C Dual DAC был разработан как дополнение к Hi-Res плеерам компании. Но функция Plug&Play обеспечивает аппарату совместимость со смартфонами на Android и с компьютерами на Windows или MacOS. А вот для iPhone и iPad этот ЦАП не подойдет, будьте внимательны.

Звучание

Почерк Astell&Kern USB-C Dual DAC Cable мягкий, объемный, певучий и теплый. Если вы хотите получить тот самый фирменный астелловский окрас средних частот в портативном ЦАПе, это вариант для вас. Модель имеет узнаваемую палитру тембров, бархатную и чуть приглушенную, контуры партий немного сглажены, чтобы добавить натуральности, а широкая сцена и хороший динамический диапазон делают картину более контрастной, живой и вовлекающей.

Подача, прежде всего, является комфортной и деликатной, без ухода в техничность или микродетализацию. Высокие частоты переливчатые, протяженные, вкусные, чуть приукрашенные. Они не образцовые по разрешению, но на живых композициях спектр отрабатывается очень нежно и воздушно. Середина музыкальная, гладкая, насыщенная и красочная, с правильной весомостью инструментов. Басы упругие, рельефные и ударные, с приятной тактильной отдачей и неплохой вариативностью текстур. Конечно, характер звука не универсален, но он обладает привычным обаянием Astell, многим это понравится.

Cozoy Takt Pro

Знакомство с моделью

Подозреваю, вы и так уже знакомы. Легендарный Takt Pro — это давно не новинка, но аудиоустройства Cozoy не устаревают. И раз уж этот ЦАП попал ко мне в руки, пусть он тоже будет в моей подборке. Если судить по звуку, он этого однозначно заслуживает. Это абсолютно уникальный аппарат, так что не пропустите его, если увидите в продаже. Из замечаний к нему — только не самая щадящая стоимость, даже со скидками составляющая у нас около 230$, а также спорная комплектация.

Корпус Cozoy Takt Pro представляет собой миниатюрную, буквально крошечную невесомую палочку из матового алюминия. Модель предельно компактная, но, вместе с тем, она единственная в моем списке имеет на верхней панели механические кнопки управления воспроизведением и громкостью. Выход для наушников — небалансный 3.5 мм. В комплекте мы получаем только два съемных кабеля: с MicroUSB на полноразмерный USB и с MicroUSB на MicroUSB. Владельцу придется докупить более актуальные переходники на USB-C или Apple Lightning отдельно, сама компания тоже выпускает эти аксессуары.

Takt Pro получил чип ES9018Q2C, разрешение сигнала — 32 бит/384 кГц и DSD256. Мощность наушникового выхода: 1.5 V на 32 Ом, показатель не рекордный, так что тугие на раскачку полноразмеры желательно не использовать. Своего аккумулятора у малыша нет, но батарею смартфона он разряжает сравнительно медленно.

Работа с любой операционной системой безупречная. Если бы все нужные переходники прилагались в стоке, было бы вообще идеально.

Звучание

Подача Cozoy Takt Pro нейтральная, техничная, кристальная и очень детализированная. Она имеет умеренно светлый окрас, ее изумительно чистые, изящные и очерченные ВЧ превосходят ожидаемый уровень для этой цены. Хотя чувствительным к спектру людям следует послушать модель перед покупкой. В целом, почерк устройства немассовый, он ориентирован не на шквал эмоций или развлекательную веселость, а на внимательное выслушивание мелких нюансов, бархатных затуханий, сложных послезвучий и переливов нежных нот.

Takt Pro умеет раскрывать потенциал качественных Hi-Fi наушников, его утонченная мелодичность и ультимативная прозрачность прекрасно подходят под самые разные жанры. Средние частоты здесь несколько суховатые, зато разделенные и информативные, с отличным разрешением, а басы плотные, рельефные, упругие, разборчивые, с достоверной вариативностью текстур и хлесткостью удара. Также впечатляет широкая, вполне трехмерная сцена. Но к качеству материала модель привередлива, учитывайте это.

Итоги

Конечно, разговор о лучших компактных ЦАПах на этом не исчерпан. На рынке есть отличные модели из более высокого ценового сегмента, как, например, Lotoo PAW S2, L&P W2 или Cayin RU6, есть целая категория прекрасных Bluetooth-ресиверов, они чуть универсальнее по функционалу, есть множество похожих между собой бюджетных новинок, сменяющих друг друга с невероятной скоростью. Но, надеюсь, моя подборка поможет вам сориентироваться, когда нужно будет быстро сделать выбор. По крайней мере, все модели здесь являются качественными, в приоритете у них надежность и красивый звук. Но я рекомендую слушать любой из вариантов самостоятельно, у нас у всех разные вкусовые предпочтения. Удачи, ребята.

Непобедимые операционники

В. Л. Шило

Некий наивный человек предполагал, что операционные усилители совершенно необходимы хирургам, чтобы делать операции. На самом деле с помощью этих усилителей можно решать операторные уравнения. Но их используют и в медицинской технике: например, без высококачественного усилителя немыслим кардиоскоп!

Весна, война и усилители Ловелла

Одним из первых изобретателей операционного усилителя (ОУ), оформленного как независимый ламповый модуль, по-видимому, был инженер «Белл Телефон Лабораториз» (БТЛ) Кларенс А. Ловелл (Clarens A. Lovell). Он сделал хороший модуль ОУ (т. е. «железо»), однако над «бумажным» обеспечением — описанием возможных способов использования многоцелевого ОУ (сейчас такие книжки называются «Инструкция по применению» — Application Report) — Ловелл работал денно и нощно, но безуспешно. С помощью его ОУ можно было дифференцировать и интегрировать сигналы, манипулировать ими. Однако за окнами нью-йоркской штаб-квартиры БТЛ была тревожная весна 1940 г., и надежд на широкое применение какого-то наивного усилителя было маловато. Лучшие американские радиоэлектронщики (без сомнения это были БТЛовцы) отчаянно пытались приспособить свои мирные изделия к нуждам фронта. Совсем неожиданно нашлось место и для ОУ Ловелла.

Вещий сон Паркинсона

В это же время 29-летний инженер БТЛ Дэвид Б. Паркинсон (David B. Parkinson) был так сильно озабочен судьбой своего аппарата — автоматического регистратора уровней быстро меняющихся сигналов, что по легенде, зафиксированной в истории техники, ему даже приснился вещий сон.

Он якобы попал на батарею к зенитчикам, которые умели ловко сбивать самолеты противника чуть ли не с первого выстрела. Однако при наводке орудия артиллеристы никакие маховички с обычным отчаянием не крутили. Командир показал Паркинсону, в чём дело. К зенитке был приспособлен регистратор Дэвида, который и гарантировал столь хорошую точность стрельбы.

Главное — идея. Уже в декабре 1941 г. был испытан образец системы, а к началу 1943 г. фирма «Вестерн Электрик» (Western Electric, WE — тогдашнее опытное производство для БТЛ) уже «клепала» М-9 — серию приборов управления артиллерийским зенитным огнем ПУАЗО. До конца второй мировой войны на WE было изготовлено более 3000 комплектов М-9.

Сигналы наводки в первых сериях ПУАЗО М-9 поступали от оптических датчиков, а в дальнейших — от радиолокационных. Но причем же здесь изделия Ловелла? Именно его ОУ по координатам предыдущего положения самолета непрерывно рассчитывали последующее, вполне возможное место встречи обреченного аэроплана с зенитными снарядами.

Инженеры БТЛ на 28 операционных усилителях Ловелла реализовали для системы М-9 одну из первых аналого-вычислительных машин (АВМ). Отметим, что выходные текущие трехмерные сигналы этой АВМ меняли положение движков прецизионных проволочных потенциометров, имевших диаметр по полметра!

Эти потенциометры автоматической наводки, которые и были фирменными изобретениями Паркинсона, питали двигатели управления положением стволов зениток. Маховички наводки (как тогда во сне!) крутились сами. Какова же была эффективность М-9? Без этого ПУАЗО на один самолет зенитчики расходовали до 1000 снарядов. Теперь оказалось достаточно сделать 100 выстрелов, но на малогабаритную ракету «Фау-1» расходовали 200 снарядов.

Сами прикиньте, сколько же модулей Ловелла было тогда изготовлено (учтите ЗИП, да и то, что промышленность союзников не бездельничала!).

АВМ работают быстро, но с памятью у них плоховато

В послевоенные годы перспективы АВМ выглядели оптимистично, для их реализации делали множество ОУ — ламповых модулей. Все структурные варианты схем ОУ: прямого усиления, с модуляцией, с прерывателем (чоппером), с коррекциями — появились еще в ламповых вариантах.

Еще с 30-х годов сменные модули — усилители сигналов рассогласования — применяли в самолетных автопилотах. Сменный модуль позволял починить автопилот даже в условиях полевого аэродрома.

Однако из-за того, что для АВМ так и не изобрели надежную и развитую память, процесс остановился. Но стоило посмотреть, какие красивые и ветвистые «деревья» рисовали тогдашние энтузиасты АВМ!

Переход на транзисторные модули суть дела не изменил. Одной из первых, выпустившей на рынок транзисторные модули — ОУ общего применения, была небольшая фирма «Филбрик» (Philbrick). Профессор Филбрик, ее создатель, систематизировал метрику параметров транзисторных ОУ, расширил поле базовых схем их применения, что способствовало увеличению объема продаж модулей его конструкции. Популярной была замечательная книжка Филбрика по применению этих модулей.

Был в этой истории и занятный случай. Знаменитая и ныне транснациональная корпорация Analog Devices, выпускавшая множество отличных модулей на отобранных (и подобранных) транзисторах, перешла на монолитную технологию одной из последних.

Чудесное спасение линейной техники

К 60-м годам цифровая микроэлектроника окончательно «задавила» идею АВМ, но только не сами ОУ! Успехи пяти лет (1958-1963г.г.) производства, применения, а главное, наращивания объема продаж первых серий цифровых микросхем стимулировали потребность в изобретении некой многоцелевой аналоговой микросхемы. После шараханий и поисков оказалось, что панацея — все тот же ОУ (американизм: operational amplifier — Op-Amp).

Первые монолитные полупроводниковые аналоговые микросхемы энтузиасты по простоте душевной пытались делать на цифровых технологических линейках и если не сразу терпели фиаско, то и мало хорошего получали (как по технике, так и от начальства). Как оказалось, следовало перейти на высокоомный кремний, разработать для него аналоговый технологический процесс, придумать новые полупроводниковые структуры.

Особый разговор — новая схемотехника. Транзисторы теперь следовало не экономить, а размещать их на кристалле как можно больше. Избыточность позволила зафиксировать параметры ОУ. Они теперь стали хорошо работать как в «жутком» диапазоне температур (от -60 до 125°С), так и при пятикратных пределах изменения питающих напряжений.

Эти пионерные задачи удалось решить «отцу» монолитных ОУ первых поколений молодому специалисту Роберту (по-свойски, Бобу) Видлару (Robert J. Widlar).

Боб Видлар

Основоположник линейной интегральной схемотехники, автор многих ныне базовых полупроводниковых структур Роберт Видлар, родился 30 ноября 1937 г. в городе Кливленд, штат Огайо. Итак, он северянин по рождению.

Но в 1962 г. Боб закончил Колорадский университет в Боулдере, а это место — в самом центре США. Учебу с 1959 до 1961 гг. Видлар совмещал с работой техническим инструктором на авиабазе ВВС США (помните, на автопилотах применяли операционные усилители?). Затем он работал в компании Ball Brothers в том же Боулдере. Там разрабатывали управляющую систему для орбитальной солнечной обсерватории (и здесь без ОУ не обойтись).

Казалось бы, всё хорошо у молодого специалиста!

Но в конце 1963 г. Боб переехал на самый юго-запад США, в Калифорнию, в город Маунтин-Вью, в Кремниевую Долину. Он поступил на фирму «Файрчайлд» (Fairchild) и возглавил там отдел линейных интегральных схем.

«Файрчайлд» в 40-е годы делал даже самолеты и телескопы. Полупроводниковую тематику на «Файрчайлд» занесли специалисты, сбежавшие (в буквальном смысле!) в конце 50-х годов от Шокли из фирмы Shockley Semiconductor. Между прочим, именно в этом своем «сарайчике» Шокли впервые наладил промышленное изготовление транзисторов. Шокли — истый калифорниец — открыл свою фирму именно в Маунтин-Вью, хотя транзистор изобрел в Нью-Йорке, работая в БТЛ (1948 г.). «Сарайчик» и положил начало Кремниевой Долине.

Вообще, к началу 60-х годов американская электроника «переехала» из смогового Нью-Йорка на «юга»: в Калифорнию и Техас. Началась и «электронная война» этих штатов. Кое-какие усилительные микросхемы на «Файрчайлде», конечно же, делали и до прихода Видлара, но без особого успеха, что, впрочем, относилось и к файрчайлдовским цифровым микросхемам дотехасских серий (имеются в виду серии SN54/74 фирмы Texas Instruments). Полная цифровая Виктория была тогда за техасцами.

Но вот аналоговый бой выиграл Видлар, почти в одиночку! За три года работы на «Файрчайлде» Боб разработал и внедрил в производство свою всемирную «линейную серию» (в скобках указаны советские репликаты этих классических изделий): мА702 (14ОУД1), мА709 (153УД1), мА710 (521СА2), мА711 (521СА1), мА723, мА726.

В мире было выпущено по каждой позиции от 10 до 100 млн. шт. Но Видлару нужна была чисто полупроводниковая фирма (как Texas Instruments). И в 1966 г. он стал одним из основателей National Semiconductors Linear IC Group (сокращенно NS) — не только чисто полупроводниковой фирмы, но и специализированной линейной (г. Санта-Клара, Калифорния).

Видлар занял в NS должность директора по перспективным схемам и сделал микросхемы следующего поколения: LM101 (153УД2), LM108 (104УД14), LM118(140УД10,) LM102, LM109, LM111(521СА3). Вместе с Видларом в NS работали другие весьма талантливые люди: Боб Добкин, Карл Нельсон, Джордж Эрди, Минео Яматаке. Друг Яматаке поддерживал Боба до его последних дней.

С 1963 по 1971 гг. Видлар написал более полусотни статей по линейной тематике (как описание «внутренностей» ОУ, так и способов их применения). Он стал держателем десятков персональных патентов на интегральные структуры: это, например, боковой p-n-p, опорный элемент band-gap, супер-бета-транзистор, низковольтные (1,2 В) усилители и т. д.

Даже в далеких Москве, Риге, Киеве с нетерпением ждали его новых статей: «Что еще Боб придумал?». Он был для нас свет в окошке (библиотечном). Но в начале 70-х Видлар… исчез.

В 2002 г. он мог бы выйти на пенсию

В 1971 г. изобретатель переселился (куда уж южнее?) в Мексику, где начала работать его новая фирма Linear Technology Corp.(сокращенно LTC) Говорили, что в Мексике налоговый пресс был нежнее, чем в США. Так или иначе LTC сейчас — транснациональная корпорация с необычайно широким спектром аналоговых изделий.

Последние 20 лет своей жизни Р. Видлар работал по контрактам с NS и занимался какой-то неопределенной отработкой процессов производства. Реально, согласно изучению патентных справочников, оказалось, что в 1971 г. Видлар получил 4 патента. Это был последний всплеск настоящей видларовской активности! Потом было многолетнее молчание. До конца 1989 г. (за 18 лет) он оформил 8 патентов на изобретения. И все!

Последнюю свою статью в IEEE Journal of Solid-state circuits, (1991, v. 26, № 8) Роберт Видлар прочитать уже не смог. Он скончался 27 февраля 1991 г. в мексиканском городке Пуэрто-Валларта. Было ему 53 года. До пенсии оставалось 12 лет.

Ор-Аmр жил, жив и будет жить

Аналоговый мир «переехал» в XXI век вполне благополучно. Конечно, можно добраться до квантовых структур любых сигналов, можно пересчитать по битам эти квантики, но температуру, давление, скорость и т. п. удобнее измерять в их непрерывном аналоговом течении, т. е. в реальном времени. И для этого нам просто необходимы нынешние ОУ, параметры которых приблизились к идеальным: входных токов почти нет, разбалансы подгонкой сведены к нулю, коэффициент усиления весьма «приблизился» к бесконечному значению, а ток потребления зачастую столь мал, что его и измерить трудно.

Такие ОУ могут «вытянуть» сигнал любого датчика с эквивалентной разрешающей способностью до 25 бит. Есть гигагерцовые ОУ, пригодные для цифровых осциллографов, телекамер и радиолокаторов.

Мощные ОУ работают в контурах авторегулирования и в промоборудовании.

Словом, слава непобедимым операционникам и великая благодарность энтузиастам-изобретателям!

Статья опубликована 03.10.2002 г.

Выбор лучших по звучанию операционных усилителей с минимально возможным THD+N — действительно лучший способ?

Выбор ОУ с наилучшим звучанием для минимально возможного THD+N — действительно лучший подход ??

Сначала несколько выдержек из рубрики «Интегрированные операционные усилители и их свойства» (со страниц 109-165 в книге «Small Signal Audio Design» — перейдите на
Facebook
от Mr. DOUGLAS SELF)

Введение:
Audio дизайн в течение многих лет опирался на очень небольшое количество интегрированных типов операционных усилителей; TL072
и 5532 в течение многих лет доминировали на рынке аудио слабого сигнала.
TL072 с его входами JFET использовался везде, где были важны его незначительные входные токи смещения и низкая стоимость. Долгое время 5534/5532 были намного дороже, чем TL072, поэтому последний
использовался везде, где это было возможно, в аудиосистеме, несмотря на его меньший шум, искажения и возможности управления нагрузкой
. 5534 (предшественник TDA1034 — см. техническое описание
TDA1034NB)
был зарезервирован для критических частей схемы. Хотя на
ушло много лет, цена на 5534 теперь упала до такой степени, что вам нужна очень веская причина, чтобы выбрать операционный усилитель любого другого типа для работы со звуком.
TL072 и 5532 — сдвоенные операционные усилители; одиночные эквиваленты — TL071 и 5534. Двойные операционные усилители
используются почти повсеместно, поскольку пакет, содержащий два, обычно дешевле, чем пакет
, содержащий один, просто потому, что он более популярен.
Однако существуют и другие операционные усилители, некоторые из которых могут быть полезны, и здесь рассматривается выбранный диапазон
.

Свойства операционных усилителей: искажение
Относительно небольшое количество дискуссий о поведении операционных усилителей касается нелинейных искажений, возможно,
, потому что это сложный вопрос.«Точность» операционных усилителей тесно связана, но термин
часто применяется только к работе на постоянном токе. Точность здесь часто указывается в битах, поэтому «20-битная точность
» означает ошибки, не превышающие одну часть от 2 до 20, что составляет -120 дБ или 0,0001%. Искажение звукового сигнала
, конечно, является динамическим явлением, очень чувствительным к частоте, и характеристики
DC совершенно бесполезны для его оценки.
Искажение всегда выражается в виде отношения и может указываться в процентах, в виде числа
децибел или в частях на миллион.С появлением цифровой обработки стало более популярным рассматривать искажение как ошибку квантования
, возникающую из-за использования заданного количества битов.
Рисунок 4.2, как мы надеемся, дает возможность сохранять перспективу при работе с этими различными показателями
.

Существует несколько различных причин искажения в операционных усилителях. Сейчас мы их рассмотрим.

Внутреннее искажение операционного усилителя:
Это то, что можно назвать основным искажением, создаваемым выбранным вами операционным усилителем.
Даже если вы тщательно избегаете проблем с отсечением, ограничением нарастания и синфазным сигналом, операционные усилители
не лишены искажений, хотя некоторые типы, такие как 5532 и LM4562, имеют очень низкие уровни
.
Если искажение появляется, когда операционный усилитель работает с шунтирующей обратной связью, чтобы предотвратить
синфазных напряжений на входах и с очень малой выходной нагрузкой, то, вероятно,
полностью внутреннее, и с этим ничего нельзя сделать, кроме выбора лучше операционник.
Если искажение выше ожидаемого, причиной может быть внутренняя нестабильность, вызванная установкой
емкостной нагрузки непосредственно на выход или пренебрежением развязкой по питанию.Классическим примером последнего эффекта
является 5532, который показывает высокие искажения, если рядом с корпусом нет конденсатора
на шинах питания; Обычно достаточно 100 нФ. На выходе с помощью осциллографа общего назначения реальных ВЧ-колебаний
не видно, поэтому проблема
может заключаться в нестабильности одного из промежуточных каскадов усиления.

Искажение, ограничивающее скорость нарастания
Хотя это, по существу, состояние перегрузки, ответственность за это полностью лежит на разработчике.Если пользователи
будут повышать усиление до тех пор, пока сигнал не окажется на грани клиппинга, они все равно должны быть в состоянии
предположить, что ограничения по нарастанию никогда не произойдет, даже с агрессивным материалом, наполненным высокими частотами
.
Организовать это не так уж и сложно. Если на шинах установлено обычное максимальное напряжение
, т. е. ±18 В, то максимально возможная амплитуда сигнала составляет 12,7 В (среднеквадратичное значение) без учета напряжения насыщения
выходного каскада. Для чистого воспроизведения этого уровня на частоте 20 кГц требуется минимальная скорость нарастания
, равная всего 2.3 В/мкс. Большинство операционных усилителей могут работать намного лучше, хотя с OP27
(2,8 В/мкс) вы плывете довольно близко к ветру. Старый LM741 выглядит так, как если бы
был совершенно непригоден для использования, так как его очень ограниченная скорость нарастания 0,5 В/мкс позволяет использовать полный размах выходного сигнала
только до 4,4 кГц.
Ужасно, как сейчас это может показаться, аудиотракты, заполненные LM741, были довольно распространены в начале
1970-х годов. Целые микшеры были построены без каких-либо других активных устройств, и жалобы, которые были
, как правило, касались шума, а не искажения.Причина этого в том, что полноуровневые сигналы на частоте
20 кГц в реальности просто не встречаются; хорошо известно, что энергия на ВЧ-конце звукового спектра намного ниже, чем на низкочастотном конце.
Предполагается, что ограничение нарастания имеет резкое начало по мере увеличения уровня, подобно отсечению.
В общем так и есть. По мере увеличения входной частоты и приближения операционного усилителя к ограничению нарастания входной каскад работает все активнее, чтобы удовлетворить требования компенсационной емкости.Существует абсолютный предел количества тока, который может подавать этот каскад, и
, когда вы нажимаете на него, искажения резко возрастают, так же, как это происходит, когда вы нажимаете на шины питания, а
вызывает ограничение напряжения. Прежде чем вы достигнете этой точки, линейность может ухудшиться, но
обычно лишь незначительно, пока вы не приблизитесь к пределу. Обычно нет необходимости сохранять
большой запас прочности при работе с ограничением нарастания. Если вы используете обычные
подозреваемые в мире аудио операционных усилителей — TL072, 5532 и LM4562, с максимальными скоростями нарастания
13, 9 и 20 В/мкс соответственно, вы, скорее всего, не столкнетесь с какой-либо скоростью нарастания
без -линейность.

Правильный выбор операционного усилителя
До недавнего времени предпочтение отдавалось 5532. Он есть практически в каждом микшерном пульте и в большом количестве предусилителей
. Искажения очень низкие, даже при нагрузке 600 Ом. Шум
очень низок, а баланс напряжения и тока шума во входном каскаде хорошо соответствует
звукоснимателям с подвижным магнитом; во многих приложениях дискретные устройства не дают значительного преимущества
. Производство в больших количествах привело к снижению цены до такой степени, что для выбора любого другого устройства требуется веская причина
.
Однако модель 5532 не идеальна. Он страдает от синфазных искажений. Он имеет высокие токи смещения и смещения
на входах, что является неизбежным результатом использования биполярного входного каскада (для низкого уровня шума) без какой-либо схемы компенсации смещения. 5532 не в авангарде точности по постоянному току, хотя
на самом деле не так уж и плох. Спецификация напряжения смещения составляет 0,5 мВ типичное, 4 мВ максимальное, по сравнению с
3 мВ типичное, 6 мВ максимальное для популярного TL072. На самом деле я использовал 5532 для замены TL072
, когда напряжение смещения было проблемой, но повышенный ток смещения был приемлемым.
С ужасной неизбежностью сама популярность и отличные технические характеристики
5532 привели к критике со стороны субъективистов, которые ухитрились убедить себя
в том, что они могут отличить операционные усилители, слушая музыку, воспроизводимую через них. Это всегда заставляет меня смеяться над
, потому что, наверное, нет ни одной музыки на планете, которая не прошла бы через сотню или более
5532 на пути к потребителю.
LM4562 представляет собой настоящий шаг вперед по сравнению с 5532.Тем не менее, он все еще намного дороже
и не идеален — кажется, что его легче повредить избыточными синфазными напряжениями, и есть некоторые свидетельства того, что он более восприимчив к демодуляции ВЧ.
В некоторых приложениях, таких как недорогие микшерные пульты, биполярные токи смещения
представляют собой настоящую неприятность, поскольку для предотвращения царапающих шумов
их удаление от потенциометров эквалайзера требует
неподходящего количества блокировочных конденсаторов. Существует множество входных операционных усилителей JFET около
с незначительными токами смещения, но нет явно превосходящего устройства, эквивалентного
или 5532.TL072 используется в этих приложениях уже много лет, но его ВЧ-линейность
не является первоклассной, а искажения во всем диапазоне сильно ухудшаются по мере увеличения выходной нагрузки.
Однако операционные усилители во многих секциях эквалайзера работают в конфигурации шунтирующей обратной связи с
отсутствием напряжения CM на входах, что значительно снижает искажения. Когда требуются низкие токи смещения
с превосходными характеристиками, часто хорошим выбором является OPA2134,
, хотя он как минимум в четыре раза дороже, чем TL072.

Исследованные операционные усилители: типы входов BJT
В оставшейся части этой главы рассматриваются некоторые типы операционных усилителей и анализируются их характеристики, при этом
5532 обычно используются для сравнения. Показанные здесь детали не обязательно предназначены для аудио операционных усилителей
, хотя некоторые, такие как OP275 и OPA2134, были специально разработаны для
как таковые. Однако все они в разном количестве использовались в аудиоприложениях. Биполярные входные операционные усилители рассматриваются в первую очередь.

Операционный усилитель LM741
LM741 включен сюда только из-за его исторического интереса; в свое время это была очень значительная разработка и, на мой взгляд, первый действительно практичный операционный усилитель.Он был представлен Fairchild в 1968 году и считается операционным усилителем второго поколения, а 709 — первым поколением. LM741 имел (и действительно имеет) эффективную защиту от короткого замыкания и внутреннюю компенсацию стабильности при единичном усилении, и с ним было намного проще работать в реальной схеме, чем с его предшественниками. Было ясно, что это было шумно по сравнению с дискретной схемой, и вам иногда приходилось снижать уровень выходного сигнала, чтобы избежать ограничения нарастания, но с осторожностью это можно было использовать в аудио.Вероятно, последнее место, где LM741 задержался, было в интеграторах фильтров эквалайзера с переменным состоянием, где ни посредственные шумовые характеристики, ни плохая способность поворота не являются серьезной проблемой; см. главу 15 для более подробной информации об этом приложении. LM741 представляет собой одиночный операционный усилитель. Двойная версия — LM747. На рис. 4.19 показана область между 100 Гц и 4 кГц, где искажения увеличиваются на 6 дБ/октаву. Это результат обычной схемы компенсации Миллера с доминирующим полюсом. Когда начинается ограничение по нарастанию, наклон увеличивается, а THD быстро растет с частотой.

Операционный усилитель NE5532/5534
Операционный усилитель 5532 представляет собой сдвоенный биполярный операционный усилитель с низким уровнем шума и искажений, с внутренней компенсацией для стабильности единичного усиления. 5534 представляет собой одинарную версию с внутренней компенсацией для усиления до трех раз, и для стабильности единичного усиления можно добавить внешний компенсационный конденсатор; 22 пФ — обычное значение. 5532 обеспечивает стабильность единичного усиления за счет наличия резисторов дегенерации в эмиттерных цепях входных транзисторов для уменьшения коэффициента усиления без обратной связи, и поэтому он более шумный, чем 5534.Синфазный диапазон входов составляет ±13 В, при превышении которого не возникает проблем с инверсией фазы. Он имеет значительно более высокое энергопотребление, чем TL072, потребляя около 4 мА на секцию операционного усилителя в состоянии покоя. Версия DIL заметно нагревается в состоянии покоя на шинах ±17 В. 5534/5532 имеют входные устройства на биполярных транзисторах. Это означает, что он дает низкий уровень шума при низком сопротивлении источника, но потребляет относительно высокий ток смещения через входные контакты. Входные устройства являются NPN, поэтому токи смещения текут в микросхему с положительной шины.Если вход подается через значительное сопротивление, то входной контакт будет более отрицательным, чем земля, из-за падения напряжения, вызванного током смещения. Входы соединены встречно-параллельными диодами для защиты от обратного напряжения; и не следует насильно тянуть к разным напряжениям. 5532 предназначен для линейной работы, и его использование в качестве компаратора не рекомендуется.
Как видно из рисунка 4.20, 5532 почти не имеет искажений, даже при максимальной нагрузке 500 Ом.Внутренняя схема 5532 никогда официально не объяснялась, но, похоже, состоит из вложенных циклов Миллера, которые допускают высокий уровень внутренней отрицательной обратной связи. 5532 является двойным по сравнению с 5534 и используется гораздо чаще, чем одиночный, поскольку он дешевле в пересчете на операционный усилитель и не требует внешнего компенсационного конденсатора при использовании с единичным коэффициентом усиления. 5532/5534 производится несколькими компаниями, но не все они одинаковы. У Fairchild, JRC и ON-Semi значительно более низкий THD на частоте 20 кГц и выше, и здесь мы говорим о коэффициенте два или три.Операционные усилители 5532 и 5534 требуют адекватной развязки по питанию, если они хотят оставаться стабильными; в противном случае они кажутся подверженными каким-то внутренним колебаниям, которые ухудшают линейность, но не видны на обычном осциллографе. Существенным требованием является развязка шин +ve и -ve с конденсатором 100 нФ между ними на расстоянии не более нескольких миллиметров от операционного усилителя; обычно один такой конденсатор устанавливается на корпус как можно ближе к нему. Нет необходимости, а часто и нежелательно иметь два конденсатора на землю; каждый конденсатор между шиной питания и землей несет в себе риск проникновения шума шины в землю.

Операционный усилитель LM4562
LM4562 — это новый операционный усилитель, который впервые стал доступен бесплатно в начале 2007 года. Это продукт National Semiconductor. Это сдвоенный операционный усилитель — одиночной или счетверенной версии нет. Он стоит примерно в десять раз дороже, чем 5532. Входное шумовое напряжение обычно составляет 2,7 нВ/√ Гц, что значительно ниже, чем 4 нВ/√ Гц у 5532. Для подходящих приложений с низким импедансом источника это приводит к полезному шуму. преимущество 3,4 дБ. Ток смещения обычно составляет 10 нА, что очень мало и обычно означает, что используется компенсация смещения с сопутствующими проблемами шума.Тем не менее, в ходе тестирования я не обнаружил признаков избыточного шума, а в технических характеристиках этот вопрос умалчивается. Никаких подробностей о внутренней схеме до сих пор не было опубликовано и, вполне вероятно, никогда не будет. Он не привередлив к развязке, и, как и в случае с 5532, 100 нФ на шинах питания рядом с корпусом должны обеспечить стабильность ВЧ. Скорость нарастания обычно составляет ±20 В/мкс, что более чем в два раза быстрее, чем у 5532. Первый график THD на рис. 4.22 показывает, что LM4562 работает с коэффициентом усиления замкнутого контура, равным 2.2 раза в режиме параллельной обратной связи, при высоком уровне 10 Вскз. Верх шкалы THD составляет 0,001%, чего вы не увидите ни с одним другим операционным усилителем в этом обзоре. Кривая холостого хода едва отличима от выходного сигнала AP SYS-2702, и даже при большой нагрузке 500 Ом при 10 В среднеквадратичное значение дополнительных нелинейных искажений очень небольшое, достигающее 0,0007% на частоте 20 кГц. На рис. 4.23 показан LM4562, работающий с усилением в 3,2 раза в режиме последовательной обратной связи, причем оба режима имеют усиление по шуму в 3,2 раза. Есть небольшое дополнительное искажение от 500 Ом.
Для рисунков 4.22 и 4.23 сопротивления обратной связи были равны 2 кОм и 1 кОм, поэтому минимальное сопротивление источника, подаваемое на инвертирующий вход, равно 687 Ом. На рис. 4.24 последовательно с входным трактом были включены дополнительные сопротивления источника (как это было сделано с 5532 в разделе выше, посвященном синфазным искажениям), и это выявило замечательное свойство LM4562 — он гораздо более устойчив к общим помехам. -mode искажения, чем у 5532. При 10 В (среднеквадратичное значение) и 10 кГц, с сопротивлением источника 10 кОм 5532 генерирует 0.0014% THD (см. рис. 4.6), но LM4562 дает только 0,00046% при тех же условиях. Я сильно подозреваю, что LM4562 имеет более сложный входной каскад, чем 5532, вероятно, включающий каскодирование для минимизации влияния синфазных напряжений. Обратите внимание, что только восходящие кривые справа представляют фактическое искажение. Повышенные уровни горизонтальных дорожек на конце НЧ вызваны шумом Джонсона от дополнительного последовательного сопротивления. Потребовалось невероятно много времени — почти 30 лет — чтобы появился лучший звуковой операционный усилитель, чем 5532, но, наконец, это случилось.LM4562 превосходит почти по всем параметрам, но имеет гораздо более высокий токовый шум. В настоящее время он также имеет гораздо более высокую цену, но, надеюсь, это изменится.

Операционный усилитель AD797
AD797 (Analog Devices) — это одиночный операционный усилитель с очень низким уровнем шума и искажений напряжения. Похоже, что он был разработан в первую очередь для бесплатного применения подводного гидролокатора, но он очень эффективно работает с обычным звуком — если вы можете позволить себе его использовать. Стоимость примерно в 20 раз выше, чем у 5532.Двойная версия недоступна, поэтому соотношение стоимости секции операционного усилителя составляет сорок раз. Это удивительно тихое устройство с точки зрения шумов напряжения, но шумы тока соответственно высоки из-за больших токов во входных устройствах. Ранние версии оказались довольно сложными для стабилизации на ВЧ, но нынешний продукт не сложнее в применении, чем 5532. Возможно, была доработана конструкция, а с другой стороны, мое впечатление может быть полностью ошибочным. AD797 включает оригинальную функцию подавления внутренних искажений.Это описано в техпаспорте производителя. Рисунок 4.25 показывает, что это работает эффективно.

Операционный усилитель OP27
Операционный усилитель OP27 от Analog Devices представляет собой одиночный операционный усилитель с биполярным входом, в первую очередь разработанный для обеспечения низкого уровня шума и точности постоянного тока. Он не предназначался для использования в аудио, но, несмотря на это, его часто рекомендуют для таких приложений, как RIAA и предусилители магнитных головок. Это печально, потому что на первый взгляд кажется, что OP27 тише, чем 5534/5532, так как en равен 3.2 нВ/√ Гц по сравнению с 4 нВ/√ Гц для 5534, на практике это обычно немного шумнее. Это связано с тем, что OP27 фактически оптимизирован для характеристик постоянного тока и поэтому имеет схему подавления входного тока смещения, которая генерирует синфазный шум. Когда импедансы на двух входах сильно различаются, как в случае с предусилителями RIAA, шум CM не подавляется, и это, по-видимому, значительно ухудшает общие шумовые характеристики. Для биполярного входного операционного усилителя наблюдается высокий уровень синфазных входных искажений, достаточный, чтобы скрыть выходные искажения, вызванные нагрузкой; см. рис. 4.26 и 4.27. Вполне вероятно, что это также связано со схемой компенсации смещения, поскольку в 5532 этого нет. Максимальная скорость нарастания низка по сравнению с другими операционными усилителями и обычно составляет 2,8 В/мкс. Однако это не та проблема, которая может показаться. Эта скорость нарастания позволила бы получить максимальную амплитуду на частоте 20 кГц 16 В (среднеквадратичное значение), если бы это позволяли шины питания. Особых сложностей с развязкой или стабильностью OP27 я не встречал.

Операционный усилитель OP275
Analog Devices OP275 — один из немногих операционных усилителей, специально предназначенных для аудиоустройств.Его наиболее интересной характеристикой является входной каскад Батлера, который сочетает в себе биполярные и полевые транзисторы. Идея состоит в том, что биполярные транзисторы обеспечивают точность и низкий уровень шума, а JFET обеспечивают скорость и «качество звука JFET». Эту последнюю фразу не очень приятно видеть в техническом описании крупного производителя; звук JFET (если есть) будет звуком с высоким уровнем искажений. Просто предоставьте нам факты, пожалуйста. OP275 — это двойной операционный усилитель; ни одна версия не доступна. Он довольно дорогой, примерно в шесть раз дороже 5532, и его производительность во многих отношениях уступает.Он более шумный, имеет более высокие искажения и не любит больших нагрузок (см. рис. 4.30 и 4.31). Диапазон CM составляет всего около двух третей напряжения между шинами питания, а смещение I высокое из-за биполярного транзистора входного каскада. Если вы не думаете, что во входном каскаде BJT/JFET есть что-то волшебное — а я совершенно уверен, что это не так — его, вероятно, лучше избегать.
THD на частоте 10 кГц с нагрузкой 600 Ом составляет 0,0025 % для шунтирующей и 0,009 % для последовательной обратной связи; во входном каскаде присутствуют значительные синфазные искажения, которые почти наверняка исходят от JFET (я понимаю, что выходные уровни не одинаковы, но я думаю, что это составляет лишь небольшую часть разницы THD).JFET не только не добавляют магических свойств входному каскаду, но и делают его только хуже.

Опрошенные операционные усилители: типы входов JFET
Операционные усилители с входами JFET, как правило, имеют более высокий шум напряжения и меньший шум тока, чем типы входов BJT, и, следовательно, обеспечивают лучшие шумовые характеристики при высоком сопротивлении источника. Их очень низкие токи смещения часто позволяют упростить схемы.

Операционный усилитель TL072
Операционный усилитель TL072 — один из самых популярных операционных усилителей с очень высоким импедансом на входе и практически нулевыми токами смещения и смещения.Входные устройства JFET демонстрируют наилучшие шумовые характеристики при среднем импедансе в диапазоне от 1 кОм до 10 кОм. Он имеет скромное энергопотребление, обычно 1,4 мА на секцию операционного усилителя, что значительно меньше, чем у 5532. Скорость нарастания выше, чем у 5532, 13 В/мкс против 9 В/мкс. TL072 — это двойной операционный усилитель. Существует единственная версия под названием TL071 со смещенными нулевыми выводами. Однако TL072 не является свободным от THD, как 5532. При использовании звука искажение зависит в первую очередь от того, насколько сильно загружен выходной сигнал.Максимальная нагрузка — это компромисс между качеством и экономичностью схемы, и я бы поставил 2 кОм в качестве нижнего предела. Этот операционный усилитель не лучший выбор для использования в аудио, если только почти нулевые токи смещения (которые позволяют экономить схему, делая ненужными блокировочные конденсаторы), низкая цена или скромное энергопотребление не являются доминирующими факторами. Особенностью этого устройства является то, что входной синфазный диапазон не простирается полностью между шинами. Если синфазное напряжение находится в пределах нескольких вольт от напряжения V–, в операционном усилителе происходит инверсия фазы, и входы меняют свою полярность.Могут быть действительно ужасные клиппинги, когда выходной сигнал попадает на нижнюю направляющую, а затем взлетает вверх, чтобы попасть на верхнюю, или сцена может просто защелкнуться, пока питание не будет выключено. TL072 относительно спокойно относятся к развязке шин питания, хотя иногда они демонстрируют очень заметные колебания, если они находятся в конце длинных тонких линий питания. Для решения этой проблемы обычно достаточно одного или двух развязывающих конденсаторов (например, 100 нФ) на несколько сантиметров, но обычная практика заключается в том, чтобы не рисковать и использовать один конденсатор на корпус, как и в случае с другими операционными усилителями.Из-за синфазных искажений TL072 в шунтирующей конфигурации всегда более линейный. В частности, сравните результаты для нагрузки 3k3 на рисунках 4.32 и 4.33. При более высоких нагрузках разница едва заметна, потому что большая часть искажений исходит от выходного каскада. Операционные усилители TL072/71 склонны к ВЧ-колебаниям, если сталкиваются со значительной емкостью на землю на выходном контакте; это особенно вероятно, когда они используются в качестве буферов с единичным усилением со 100% обратной связью. Иногда бывает достаточно нескольких дюймов гусеницы.Это можно исправить с помощью изолирующего резистора в диапазоне от 47 до 75 Ом, последовательно с выходом, расположенного на конце дорожки операционного усилителя.

Операционный усилитель OPA2134
OPA2134 — продукт Burr-Brown, двойная версия OPA134. Производитель утверждает, что он имеет превосходное качество звука благодаря входному каскаду JFET. К сожалению, но не удивительно, что никаких доказательств, подтверждающих это утверждение, не приводится. Входное шумовое напряжение составляет 8 нВ/√ Гц, что почти вдвое больше, чем у 5532. Скорость нарастания обычно составляет ±20 В/мкс, чего вполне достаточно.Похоже, что он не оптимизирован для точности постоянного тока, типичное напряжение смещения составляет ±1 мВ, но этого обычно достаточно для работы со звуком. Я много раз использовал его в качестве сервопривода постоянного тока в усилителях мощности, низкие токи смещения позволяют использовать резисторы с большими значениями и, соответственно, небольшие конденсаторы. OPA2134 не показывает инверсии фазы нигде в диапазоне синфазных сигналов, что сразу же указывает на то, что он превосходит TL072. Два графика THD на рисунках 4.36 и 4.37 показывают устройство, работающее с трехкратным усилением как в режимах шунтирующей, так и последовательной обратной связи.Очевидно, что проблема проявляется в последовательном графике, где коэффициент нелинейных искажений выше примерно в три раза при 5 В среднеквадратичного значения и 10 кГц. Это искажение увеличивается с уровнем, что сразу же указывает на синфазные искажения во входном каскаде. Искажение увеличивается даже при умеренной нагрузке; см. рисунок 4.38.
Это относительно современный и сложный операционный усилитель. Когда вам нужны входы JFET (обычно из-за значительных входных токов смещения), это определенно лучше, чем TL072; однако он в четыре-пять раз дороже.

Операционный усилитель OPA604
Операционный усилитель OPA604 от Burr-Brown представляет собой операционный усилитель с одним JFET-входом, специально разработанный для обеспечения низкого уровня искажений. Упрощенная схема внутренней цепи в техпаспорте включает в себя загадочную коробку с интригующей надписью «Схема подавления искажений». Это, по-видимому, «линеаризует отклик без обратной связи и увеличивает коэффициент усиления по напряжению», но никаких подробностей о том, как это делается, не приводится; все, что там находится, похоже, было запатентовано, поэтому его можно отследить.Однако, несмотря на это, искажение не очень низкое даже без нагрузки (см. рис. 4.39) и заметно уступает 5532. OPA604 не оптимизирован для точности постоянного тока, типичное напряжение смещения составляет ±1 мВ. OPA2604 — это двойная версия, в которой отсутствуют смещенные нулевые контакты. Спецификация включает в себя обсуждение, которое пытается показать, что входы JFET производят более приятный тип искажения, чем входы BJT. Это необъяснимо упускает из виду тот факт, что гораздо более высокая крутизна биполярных транзисторов означает, что они могут быть линеаризованы путем вырождения эмиттера, так что они производят гораздо меньше искажений любого типа, чем вход JFET [7].Учитывая, что OPA604 стоит в пять раз дороже, чем 5532, не очень ясно, при каких обстоятельствах этот операционный усилитель будет хорошим выбором.

Операционный усилитель OPA627
Операционный усилитель OPA627 от Burr-Brown представляет собой входной операционный усилитель JFET с лазерной подстройкой и превосходной точностью по постоянному току; входное напряжение смещения обычно составляет ±100 мкВ. Искажения очень низкие, даже при нагрузке 600 Ом, хотя они увеличиваются из-за обычных синфазных искажений, когда используется последовательная обратная связь. OP627 представляет собой одиночный операционный усилитель, двойная версия недоступна.OPA637 представляет собой декомпенсированную версию, стабильную только для коэффициентов усиления с обратной связью, равных пяти или более. Если вы можете себе это позволить, из этого операционного усилителя можно сделать великолепный сервоусилитель постоянного тока для усилителей мощности; он стоит примерно в 50 раз дороже, чем 5532, что в 100 раз дороже на секцию операционного усилителя и примерно в 20 раз больше на операционный усилитель, чем OPA2134, который я обычно выбираю для работы сервопривода постоянного тока. Токовый шум в in очень низок, самый низкий из всех операционных усилителей, рассмотренных в этой книге, по-видимому, из-за использования входных устройств Difet (диэлектрически изолированные JFET), и поэтому он будет давать хорошие шумовые характеристики при высоком сопротивлении источника.Шум напряжения также очень приличный на уровне 5,2 нВ/√ Гц, лишь незначительно больше, чем у 5532. Случай последовательной обратной связи едва ли имеет больше искажений, чем шунтирующий, и только на крайнем ВЧ конце. Похоже, что технология ввода Difet также хорошо работает для предотвращения нелинейности ввода и искажений CM. См. рисунки 4.40 и 4.41.

Задаваемые вопросы можно найти в сообщении #2

Интересные URL-адреса в этом случае:
Survival Between Microphone and Voice Coil от Bruno Putzeys
перейдите на страницу 9, сообщение #84 под
https://www.diyaudio.com/forums/sol…ooks-overview-google-books-9.html#post6739509
и
https://www.analog.com/media/en/training-seminars/design-handbooks/Op- Amp-Applications/SectionH.pdf
https://convexoptimization.com/TOOLS/groner.pdf
Profusion Audio Semiconductors — Руководство по аудиооперационным усилителям | Profusion
https://www.nanovolt.ch/resources/ic_opamps/pdf/opamp_distortion.pdf
ESP SIM (монитор звуковых искажений)

Лучший операционный усилитель для аудио (гитары)

Я не могу не думать, что этот вопрос должно быть действительно неважно.Идея операционного усилителя состоит в том, чтобы создать стандартный компонент схемы черного ящика, свободный от субъективных эффектов. Если вы разрабатываете схему, которая позволяет им клиппировать, значит, вы выходите за рамки их компетенции. Они будут звучать по-разному, так как имеют разные характеристики отсечения, но их НЕ следует использовать таким образом. Они и не должны быть!

Почему бы не поставить очень мягкую схему ограничения с плавным прогрессивным лимитированием в начале процесса, перед любым операционным усилителем, который когда-либо подвергался риску ограничения, и предотвратить проблему с самого начала?

Создайте лестницу примерно из 5 или 6 уровней диодов с различными последовательными резисторами для каждого, и вы сможете добиться действительно постепенного мягкого ограничения по мере того, как они вступают в игру один за другим, постепенно уменьшая усиление, а не просто отсекая верхние части любого сигнала.

Это также даст предсказуемый максимальный уровень сигнала, который может быть расположен чуть ниже уровня ограничения для следующих операционных усилителей (или, лучше, следующих более простых дискретных каскадов BJT/FET!). Они никогда не будут перегружены и никогда не станут частью «звуковой подписи». (Сказано с парой пальцев, покачивающих в воздухе, как речевые знаки яппи). Их вклад будет полностью перекрыт другими эффектами, такими как ограничитель или клиппирование усилителя мощности (не очень приятно) или эффекты источника питания.

Немного усложнив схему, разделив диодную цепь на 2 противоположные половины с разными характеристиками, вы даже можете сделать ее асимметричной, как и должно быть, для моделирования передаточных характеристик тех простых ламповых схем, которые мы все так любим.

Немного лампового звука, встроенного без учета характеристик перегрузки операционного усилителя, и вам не нужно использовать операционный усилитель, чтобы получить дисторшн!

Я видел только один реальный пример того, что должно быть одним из лучших методов проектирования клиппирования сигнала гитарного усилителя.Кто будет настолько дилетантом, чтобы обрезать сигнал одним диодом, а то и двумя последовательно? Он всегда будет звучать грубо и грубо и даже не приближаться к изящной перегрузке лампового усилителя. Единственное место, где я видел использование этого подхода, находится здесь, его стоит посмотреть:

http://www.dogstar.dantimax.dk/tubestuf/graphics/dz_tone.gif

Не пугайтесь остальных схемы, вас действительно интересует только секция на основе диодов справа, никакие активные схемы не нужны, у нас есть хорошие операционные усилители с чистым нейтральным звучанием, чтобы позаботиться об этом.

«Работающий операционный усилитель» в усилителе для наушников Objective 2

Или… Мои приключения по испытанию бутиковых операционных усилителей стоимостью 240 долларов в комплекте усилителя за 60 долларов.

Мне было любопытно, что такое «операционный усилитель , переходящий в », с тех пор, как несколько лет назад меня укусила ошибка лампового усиления. Ламповые парни постоянно собирают эзотерические и дорогие лампы, чтобы попробовать их в своих усилителях, и все с намеченной целью погони за этим «идеальным» звуком.

Катящиеся трубки, хотя и не имеют абсолютно никакого отношения к физическому вращению круглой трубки по поверхности, возможно, были названы в честь кругового качательного движения, используемого для извлечения трубки из гнезда.«Вращение» имеет еще меньше смысла, когда используется для включения и выключения микросхем в твердотельной схеме усиления. Как бы то ни было, энтузиасты и аудиофилы часто упоминают операционные усилители , выпускающие , как достойный способ модернизации усилителей для наушников.

Операционные усилители SparkOS Labs SS3602 и NJR Corporation NJM2068 .

Начнем с самого начала: что такое операционный усилитель?

Операционный усилитель (операционный усилитель) является одним из самых основных строительных блоков в схемах.Операционный усилитель обычно представляет собой ИС (интегральная схема — эквивалент множества транзисторов, резисторов и конденсаторов в одной крошечной микросхеме), которая усиливает сигналы. Многие операционные усилители (также известные как двойные операционные усилители ) содержат два операционных усилителя в одном кристалле, по одному для усиления каждого стереоканала: левого и правого.

При обсуждении качества операционных усилителей часто упоминаются несколько технических терминов:

  • Усиление
  • Скорость нарастания
  • Импеданс
  • Напряжение

Отношение входного сигнала (нижний) к выходному сигналу (верхний) описывается как коэффициент усиления операционного усилителя.В идеальном операционном усилителе выходное напряжение должно измениться мгновенно, однако в действительности термин «скорость нарастания » описывает, насколько быстро операционный усилитель может изменять выходное напряжение . Идеальный операционный усилитель также будет иметь бесконечно высокий входной импеданс , в то время как выходной импеданс будет пренебрежимо мал (0).

Поскольку ни один из этих идеалов невозможен, мы соглашаемся на достаточно высокую скорость нарастания с достаточно высоким входным импедансом и достаточно низким выходным импедансом.

Теоретически, чип с лучшими параметрами должен звучать лучше, однако схема, в которой он находится, должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать.

Схема операционных усилителей из http://henrysbench.capnfatz.com

Как появился термин «поворот операционных усилителей»?

Операционные усилители

используются почти во всех устройствах с разъемом для наушников (за исключением ламповых конструкций). В зависимости от устройства могут использоваться дешевые операционные усилители и другие детали; поэтому замена на операционные усилители с лучшими характеристиками является часто предлагаемым аудиофильским вариантом для модернизации усилителей для наушников. Это особенно легко для конечного пользователя, если операционные усилители вставлены в гнезда на плате, а не припаяны на месте.Так родилось понятие «катящегося» операционного усилителя. Так же, как трубка прокатывает в ламповых усилителях, это практика замены различных частей (чипов или ламп), чтобы увидеть, изменится ли качество звука.

Таким образом, это неизбежно приводит к следующему вопросу: существуют ли слышимые различия между операционными усилителями?

Цена большинства операционных усилителей варьируется от 1 до 20 долларов, но есть несколько дорогих эксклюзивных операционных усилителей, предназначенных для высокопроизводительных аудиоприложений. Двойной дискретный операционный усилитель SS3602 от SparkOS Labs является простой заменой многих распространенных микросхем формата DIP с 8 выводами (двойной линейный корпус с прямоугольным корпусом и двумя параллельными рядами электрических соединительных контактов).Обратите внимание, что SS3602 не являются отдельными микросхемами (интегральными схемами), а состоят из отдельных компонентов и плат (именно это делает их «дискретными»).

SS3602 имеют квадратную форму приблизительно 15 мм и высоту 15 мм от кончиков штифтов до верха. Это означает, что они намного больше, чем типичный чип операционного усилителя (примерно 8 мм в длину, 9 мм в ширину и 7 мм в высоту), но подходят для многих непортативных усилителей, которые обеспечивают достаточный зазор. Чипы SparkOS, несмотря на то, что они в несколько раз дороже монолитных операционных усилителей IC (Integrated Circuit), требуют гораздо более высоких характеристик усиления, шума и тока.Они очень хорошо спроектированы и изготовлены, но превосходят ли они звук?

Существуют теории, согласно которым шумы и ошибки ввода вызывают слышимые различия между операционными усилителями. Блок питания может создавать помехи. Тепловые ошибки могут быть вызваны недостаточным рассеиванием мощности при работе с наушниками с низким импедансом. Эти тесты и результаты, как правило, не являются частью спецификаций производителей и требуют сложного испытательного оборудования для объективного определения результатов, однако они могут объяснять некоторые воспринимаемые различия в качестве звука между различными операционными усилителями.

Сборка JDS Labs Objective 2 DIY Kit со стандартными операционными усилителями.

Тестирование

Этот тест ограничен несколькими важными факторами:

Я

У меня нет волшебных ушей. Это может быть потому, что мне около 40 лет, и мой диапазон слуха ограничен. Или это может означать, что я не так критически требователен, как некоторые более натренированные уши. Критическое слушание — это приобретенный навык, и, без сомнения, есть другие, которые более способны различать небольшие различия (честно говоря, я рад, что не обладаю такими способностями — было бы проклятием никогда не быть удовлетворенным чем-либо). но самый-самый лучший)Иногда я нахожу противоречивый опыт со многими компонентами, которые другие могут страстно пренебрегать. Я считаю, что большинство настроек различимы, но общее влияние часто незначительно, и сам преобразователь, который преобразует электрические сигналы в звуковые волны (будь то динамик или драйвер наушников), безусловно, оказывает наибольшее влияние на звук, который вы слышите.

Я отдаю предпочтение ламповым усилителям и винтажному стереооборудованию (хотя не столько звуку винтажных наушников), и, по общему признанию, лампы не имеют линейных размеров и, как правило, предрасположены к теплым искажениям.Я также верю в «отдачу за доллар» и в теорию убывающей отдачи. Отлично звучащее оборудование можно приобрести за разумные деньги, а выжимание последних нескольких процентных пунктов субъективного качества становится экспоненциально (и непомерно) дорогим.

Методология тестирования

Это был далеко не слепой тест. Для того, чтобы поменять ОУ, пришлось поставить музыку на паузу, выключить усилитель, аккуратно вытащить старые микросхемы и так же аккуратно вставить новые, снова включить усилитель и снять музыку с паузы.С практикой я улучшил свою технику. Я расположил усилитель вверх дном, рядом и открытым, чтобы облегчить извлечение и вставку чипа.

Как и все остальные, у меня есть субъективные предубеждения и ненадежная долговременная память на звуковые сравнения (я никогда не придаю значения тому, кто сравнивает то, что он слышал несколько часов, дней или недель назад). Я верю, что слепые, быстрые сравнения A-B одних и тех же музыкальных пассажей хороши настолько, насколько это возможно.

Замена чипов операционного усилителя в усилителе и обратно заняла около минуты (чтобы не повредить хрупкие контакты).Откровенно говоря, я рассказал об этом, ожидая услышать немногое из того, что читал и слышал о чипах SparkOS Labs, а именно: «значительный скачок в качестве звука… совершенно другая лига по сравнению с оригиналом в отношении музыкальности, детализации, звуковая постановка, воздух и присутствие».

Ожидания (большие или маленькие) могут быть проблемой в любом случае. Если вы ожидаете услышать большие изменения, вы можете быть разочарованы скромным улучшением. Если вы ожидаете, что не услышите никаких изменений, вы можете пропустить любые незначительные улучшения.Поэтому, как любой хороший рецензент, я попытался свести к минимуму свои ожидания и предубеждения, не игнорируя при этом, что они могут быть у меня. У меня было меньше ожиданий различий между достаточно уважаемыми (и довольно недорогими) стандартными микросхемами операционных усилителей на ИС, чем между микросхемами, которые стоили в 40-50 раз дороже.

Помните, что этот тест проводится энтузиастами звука, а не тестовой лабораторией. Он субъективен и не включает измеренные данные. Я говорю то, что слышал, а не то, что можно измерить в идеальном состоянии.В этот момент вы можете подумать, что существует очень много отказов от ответственности. Я ожидаю, что эта статья будет несколько противоречивой, и я стремлюсь к прозрачности.

Шестерня

Для тестирования я использовал ряд хорошо зарекомендовавших себя наушников среднего класса:

  • Аудиотехника MSR7NC
  • Мезе Аудио 99 Классика
  • Sennheiser HD650
  • Градо SR325i
  • пара кастомных клонов Grado (деревянные чашки с драйверами Symphones V7 и V8)

Хотя они и не являются первоклассными наушниками для эндшпиля, они представляют множество различных звуковых сигнатур, открытых и закрытых, а также диапазон импедансов.У всех свои сильные стороны.

Наушники, используемые для этого теста.

Я тестировал ограниченное количество чипов, но с приличным диапазоном цен и производителей. Частично это было связано с тем, что я мог запросить в качестве тестовых образцов, и из-за опасений, что тестирование и обзор быстро превратятся в неуправляемый объем работы. Я создал листы для заметок для каждого чипа, ожидая, что буду записывать различия в воспринимаемом звуке и переключаться между чипами, отмечая сравнительные сильные и слабые стороны.Я видел и другие подобные сравнения, перечисляющие слышимые изменения в звуковой сцене, изображении, басах, средних и высоких частотах. Вместо того, чтобы изобретать велосипед, я планировал сделать подобные впечатления.

Я протестировал следующие микросхемы операционных усилителей (цены указаны за микросхему в порядке убывания стоимости):

Другие опции прокатки операционных усилителей

Собранный JDS Labs O2 доступен через Amazon (или напрямую от JDS Labs) или, альтернативно, версия Mayflower Electronics с установленным и собранным NwAvGuy ODAC.

Если вам интересно попробовать этот тест самостоятельно, возможные варианты прокатки операционных усилителей от Amazon включают:

Суть этого обзора может стать самым большим камнем преткновения для некоторых читателей. Я использую усилитель Objective 2 (O2) (собранный мной в виде комплекта от JDS labs). Этот усилитель имеет тенденцию быть поляризационным в сообществе энтузиастов наушников.

Моя очень нестандартная гибридная сборка O2 с ламповым буфером.

Усилитель для наушников The Objective 2 (O2)

Операционные усилители Texas Instruments OPA2107 в наборе DIY O2 Kit от JDS Labs .

Происхождение объектива 2

Если вы каким-то образом пропустили уникальную предысторию его разработки, знайте, что Objective 2 был первоначально разработан и выпущен под лицензией с открытым исходным кодом для публики неизвестным лицом, известным под псевдонимом NwAvGuy . Он исчез с онлайн-сцены персонального аудио в 2012 году, но его продукция до сих пор производится и продается. Поскольку его проекты были выпущены с открытым исходным кодом, он не получает дохода от текущего производства.Он применил противоречивый, а иногда и конфронтационный подход (его запретили на многих форумах энтузиастов) и поставил перед собой цель создать простой, недорогой и (прежде всего) нейтральный усилитель, который мог бы адекватно питать почти любую пару наушников, не добавляя фоновый шум. Цель 2 – результат его труда.

Мой O2 в обычном режиме.

У усилителя для наушников Objective 2 много поклонников и недоброжелателей, но большинство людей согласны с тем, что ему удается добиться очень низкого уровня шума (шипение цепей почти не слышно при увеличении громкости).Это также (в значительной степени по замыслу) нейтральное звучание, означающее, что музыка практически не окрашивается, другими словами, частоты не слышно усиливаются или утапливаются. Эта звуковая характеристика, однако, заставила многих почувствовать, что усилитель звучит несколько скучно и относительно неинтересно. Некоторые описывают O2 как аналитический, холодный и иногда демонстрирующий высокое зерно (что может быть результатом слышимых искажений). Он может разряжаться от батареи, и есть опасения по поводу правильного управления питанием, когда батареи разряжаются, однако размер и форма усилителя, на мой взгляд, делают его более подходящим для настольной работы с выделенным блоком питания.

Так зачем использовать O2 для этого теста? У меня есть такой и в целом он мне нравится. Полное раскрытие: я использовал комплект усилителя JDS Labs O2 для создания гибридного усилителя (ламповый буферный вход, питающий O2), но для этого теста секция лампы была удалена из схемы, поэтому я использовал оригинальные вход и выход O2 3,5 мм. для оценки. На самом деле я предпочитаю звук с ламповым буфером в схеме, но я беззастенчиво являюсь ламповым парнем и предпочитаю такой звуковой почерк.

Нравится вам это или нет, но O2 является недорогим продуктом на рынке усилителей для наушников и, возможно, самым известным и широко используемым энтузиастами усилителем.Часто это шлюз или первый усилитель на пути к лучшему звуку. Низкая цена и повсеместная популярность делают его привлекательным испытательным стендом, чтобы убедиться, что покупка более дорогих операционных усилителей на замену является целесообразным вариантом, а не покупкой более дорогого усилителя.

Объектив 2 спроектирован таким образом, чтобы обеспечить прозрачное и детальное звучание, оставаясь при этом относительно простым в электрическом отношении. Имея это в виду, изменения основного компонента (например, операционного усилителя) должны быть заметны, если новый компонент имеет другую звуковую характеристику.В усилителе для наушников O2 используются три двойных операционных усилителя в стиле DIP 8, удобных для самостоятельного изготовления. Для этого требуются операционные усилители, которые могут комфортно работать при +/- 12 вольт (всего 24 вольта). Это исключает отдельные устройства, корпуса для поверхностного монтажа и операционные усилители с более низким напряжением. С технической точки зрения используются двойные операционные усилители, потому что перекрестные помехи внутри микросхемы обычно лучше, чем в остальной части схемы усилителя для наушников, и часто лучше, чем у штекера на самих наушниках.

Операционные усилители SparkOS Labs SS3602 в специальном усилителе O2 — да, в корпусе Mac Mini — и наушники Audio Technica MSR7NC .

Результаты испытаний

Здесь вы найдете мой обширный отчет и заметки обо всех предполагаемых слышимых различиях между операционными усилителями. Различия должны быть перечислены и тщательно детализированы до тошноты. Это, как ожидается, будет заряженным и спорным разделом. Все испытания проводились в течение нескольких недель, в разное время суток и с использованием всего перечисленного выше оборудования. Вот оно.

Не было четких результатов.

Как я ни старался, мне не удалось последовательно воспроизвести ощутимые различия в качестве при замене операционных усилителей в усилителе для наушников O2.Я отмечал, что что-то звучало глубже, более контролируемо, демонстрировало большую звуковую сцену и т. д. Затем я возвращался обратно. Или поменять наушники. Неизбежно я обнаружил, что не могу повторить впечатление. Время от времени я забывал, какие операционные усилители я сейчас слушал, и думал: «Хорошо, я снова слышу улучшение», только чтобы обнаружить, что это был не тот операционный усилитель, которому я ранее приписывал улучшение.

Так этот результат создан ограничениями методики тестирования, оборудования или мной?

Интересно, что тема операционного усилителя , запускающего , довольно подробно раскрыта NwAvGuy в отношении O2.Он прямо заявил, что теория о том, что большинство операционных усилителей звучат по-разному, — это миф. «… При правильном использовании в типичном аудиоприложении я вызову любого на прослушивание и поспорю, что они не смогут отличить три вышеупомянутых операционных усилителя друг от друга. Единственная загвоздка в том, что это будет слепой тест , и слушатель не будет знать, какой операционный усилитель какой». Он утверждал, что операционные усилители должны быть прозрачными и усиливать сигнал, не окрашивая его.

Он заявил, что одна из проблем, которая заставила энтузиастов и обозревателей услышать о различиях между операционными усилителями, заключается в том, что они используются в неправильных приложениях.«Если вы сравните перегруженный операционный усилитель A с перегруженным операционным усилителем B, вы можете услышать некоторые различия в их сильно искаженных характеристиках». Однако при использовании в соответствующем приложении эти различия становятся неслышимыми. Операционные усилители имеют сложную конструкцию и оптимизированы для различных приложений. Хотя они имеют одинаковую конфигурацию выводов, это не означает, что они совместимы во всех случаях.

Некоторые операционные усилители работают лучше, чем другие, когда используются (нагружаются) за пределами их спецификаций. Производители будут склоняться к операционным усилителям, которые максимально стабильны в разработанной ими схеме.Например, большинство современных аудио операционных усилителей практически никогда не испытывают нагрузки по скорости нарастания. «…Любой операционный усилитель со скоростью нарастания 3 В/мкс или выше достаточно быстр практически для любого аудиоприложения на планете. А операционные усилители, такие как 5532, могут легко иметь полосу пропускания до 200+ кГц в большинстве приложений, что приводит к незначительному фазовому сдвигу или «задержкам» в звуковом диапазоне». Использование операционного усилителя, рассчитанного на очень высокую скорость нарастания, в схеме, рассчитанной на более медленную микросхему, может добавить нестабильности и привести к ухудшению характеристик шума и/или искажений.NwAvGuy также заявляет, что скорость нарастания операционного усилителя «… в диапазоне 2,5–5 В / мкс идеально подходит для усилителя для наушников с высокой выходной мощностью, такого как O2».

Операционные усилители SparkOS Labs SS3602 в O2 .

Заключение

Во-первых, позвольте мне поблагодарить Эндрю Спаркса из SparkOS Labs за предоставление чипов операционного усилителя SS3602, а также за его профессиональный и дружелюбный ответ, когда я поделился своими выводами (вероятно, не такими, как он ожидал). Спасибо Analog Devices и Texas Instruments за предоставленные образцы.

Я хочу отметить, что NwAvGuy явно вызывал рецензентов, которые делают именно то, что я сделал для этого теста. Этим тестировщикам «не хватает тестового оборудования, чтобы иметь представление о том, помогают ли их замены операционных усилителей, вредят ли они или являются просто пустой тратой денег. Они просто используют свои уши, с весьма предвзятым зрительным слушанием, и делают всевозможные ошибочные выводы». Я указываю на это, чтобы убедиться, что я (и читатели) осведомлены об ограничениях такого рода тестов. Без возможности измерить результаты работы операционного усилителя изменения, которые создают «другой» звук, в сочетании с ожиданиями слушателя могут быть интерпретированы слушателем как «лучшее» звучание, но при объективном измерении могут на самом деле показать худшую производительность. .NwAvGuy протестировал более двух десятков операционных усилителей при разработке O2 и оптимизировал схему для тех, которые показали лучшие результаты. Его выбор и комментарии:

При усилении менее 4X ничто не могло превзойти NJM2068 [1,15 канадских долларов от Digikey.ca] на этапе усиления O2.

Что касается выходного каскада, NJM4556 [1,39 канадских долларов от Digikey.ca] был непревзойденным среди совместимых сдвоенных операционных усилителей DIP8.

Зачем крупному производителю усилителей для наушников использовать более дешевый операционный усилитель, если лучший операционный усилитель на ИС можно купить всего на несколько долларов дороже? Логично, что они, вероятно, не будут.

Согласно NwAvGuy,

«… у производителя для мало причин не использовать идеальный операционный усилитель . Для и другого у них, вероятно, есть контрольно-измерительные приборы на сумму более 50 000 долларов, и они могут точно измерить различия между операционными усилителями. Они также разработали схему операционного усилителя , в которой находится , поэтому они лучше знают, какие требования наиболее важны. Но, похоже, многие аудиофилы видят только недорогой операционный усилитель на печатной плате, которую нужно заменить.Они могут не понимать остальную часть схемы, не иметь возможности узнать, создают ли они новые проблемы и т. д. »

Следует помнить, что часть намерений NwAvGuy при разработке Objective 2 состояла в том, чтобы четко проиллюстрировать, как более дешевые варианты могут превзойти более дорогие усилители других производителей, поэтому, возможно, был некоторый уклон в сторону использования наименее дорогих деталей при разработке усилителя. О2.

А как насчет высокопроизводительных дискретных операционных усилителей, таких как SparkOS SS3602, специально разработанных для того, чтобы превзойти операционные усилители на интегральных схемах? Тогда возникает вопрос, слышны ли эти преимущества производительности, если учесть ограничения используемого оборудования и ушей на голове? Конечно, мир аудиофилов ценит эти дискретные замены бутиков, и для некоторых они могут дать реальные преимущества.

Однако я утверждаю, что не услышал разницы между операционными усилителями при использовании в Objective 2. NwAvGuy утверждает, что высококачественные операционные усилители «…могут показать свое истинное лицо в критических приложениях, например, внутри аудиоанализатора за 20 000 долларов, [но] трудно представить, где они предлагают какие-либо реальные преимущества внутри усилителя для наушников».

SparkOS SS3602 — это чрезвычайно качественно сделанное и впечатляющее устройство, и в другом сценарии оно может стать идеальным решением для выжимания последнего кусочка производительности из топового оборудования.Однако со скромным O2 покупка более качественных наушников или (возможно) другого усилителя приведет к гораздо более значительному улучшению качества звука, чем вложение средств в замену высококачественных бутиковых операционных усилителей.

Как выбрать операционный усилитель


Доступны, вероятно, тысячи операционных усилителей (операционных усилителей). Но какой из них лучше всего подходит для вашего конкретного приложения? В таблице данных много цифр и графиков, а также много странных акронимов.Эта статья покажет вам, как разобраться в жаргоне и выбрать операционный усилитель, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

Перед тем, как мы начнем, нужно упомянуть некоторые основные предметы. Во-первых, мы рассмотрим только базовые операционные усилители. Мы не будем рассматривать специальные типы, такие как высокочастотные (от 10 до 100 МГц), разность токов или крутизна проводимости. Однако, как только вы поймете, что такое базовый операционный усилитель, остается сделать небольшой шаг к специальным типам.

Еще один момент заключается в том, что вы должны знать, что нужно вашей схеме.Это кажется очевидным, но иногда об этом забывают. Попытка использовать пятивольтовый операционный усилитель в 25-вольтовой цепи обычно гарантирует плохую производительность. Более тонко, использование операционного усилителя, который не имеет надлежащего частотного диапазона или слишком шумит, не является редким явлением. Вы должны полностью понимать свои потребности, чтобы сделать правильный выбор.

Идеальный операционный усилитель не имеет искажений, не потребляет значимой мощности, имеет бесконечное усиление, не генерирует шума, имеет бесконечное входное сопротивление (чтобы не представлять нагрузки для усиливаемого сигнала), имеет бесконечную частотную характеристику, принимает сигналы любого напряжения и , конечно, бесплатно.Хотя современные устройства могут приблизиться к некоторым из этих идеалов, например, входному сопротивлению и малой мощности, ни один усилитель не может достичь их всех.

На рис. 1 показаны некоторые типичные недостатки операционных усилителей.

РИСУНОК 1. Настоящий операционный усилитель не идеален. Выходной сигнал отображает ряд типичных сбоев. Обратите внимание, что проблемы показаны только один раз для простоты. Звон возникает при каждом быстром переходе, в то время как шум непрерывен и т. д.Вы можете себе представить, как выглядел бы выходной сигнал, если бы все эти ошибки применялись ко всему сигналу.


(Обратите внимание, что проблемы показаны изолированно для ясности. В действительности, большинство этих эффектов являются непрерывными и усугубляются.) Это означает, что вы должны выбирать между различными усилителями с различными сильными и слабыми сторонами. Это типичная ситуация инженерного компромисса.

Основные характеристики операционных усилителей

Во всех технических описаниях операционных усилителей есть раздел, озаглавленный «Абсолютные максимальные номинальные значения».Я называю их «точками жарки», потому что работа устройства на этих (или более высоких) уровнях поджарит его. Вы никогда не можете превысить эти рейтинги и ожидать, что произойдет что-то хорошее. Вы всегда должны оставаться значительно ниже этих значений. В техническом описании обычно каким-то образом указываются стандартные максимальные рабочие уровни.

Многие таблицы данных будут иметь «типовые» номера. Хороший инженер в значительной степени игнорирует их. Всегда следует использовать значения для наихудшего случая, чтобы гарантировать правильную производительность. Если вы просто делаете один элемент для собственного использования, вы можете рискнуть и/или вручную выбрать операционный усилитель для своего проекта.Но такой подход неприемлем в профессиональной среде (за исключением редких и очень особых условий).

Таблица технических характеристик в большинстве спецификаций представлена ​​в алфавитном порядке. Это может быть полезно при поиске конкретного значения, но не обеспечивает согласованности информации. Здесь спецификации будут организованы в группы, которые каким-то образом связаны между собой. Будут использоваться четыре основные группы: Мощность, Вход, Выход и Частота. Обратите внимание, что эти группы не являются независимыми друг от друга.Определить свой дизайн с помощью этих четырех факторов довольно просто и интуитивно понятно.

Мощность

В первую очередь следует отметить, что на операционном усилителе нет вывода «Земля». Таким образом, любые операционные усилители могут работать от одного источника питания. Так почему же некоторые операционные усилители указаны как требующие положительного и отрицательного источников питания? Это связано с тем, что предполагается, что вход находится на земле, а входные сигналы переменного тока будут перемещаться над и под землей. Ясно, что если входное напряжение превышает любой источник питания (более положительный или более отрицательный), произойдет что-то плохое.Это одно из тех примечаний, которые упоминаются в записи об абсолютных максимальных рейтингах. Входное напряжение ДОЛЖНО находиться в пределах диапазона источника питания. (Подробнее об этом в разделе «Ввод».)

Рабочее напряжение (обозначаемое как V+ и/или V-) часто указывается в отдельной таблице и/или в тексте спецификации. Давным-давно считалось, что стандартом было ±15 вольт (или даже выше) (биполярные или двойные источники питания). В настоящее время для многих операционных усилителей требуется от +3 до +15 вольт (однополярное или однополярное питание).Это по-прежнему означает, что входы операционного усилителя должны находиться внутри источника питания (хотя те, которые отмечены как операционные усилители с «одиночным питанием», позволяют входу идти на отрицательную шину … обычно на землю).

Таким образом, отрицательные напряжения не допускаются на входах с этой спецификацией одиночного источника питания. Кроме того, обычное использование двух девятивольтовых батарей (одной для V+ и одной для V-) приведет к 18 вольтам между клеммами питания. Это превышает точку жарки для этих устройств. Поэтому будьте внимательны, чтобы правильно прочитать характеристики мощности.Очевидно, вы знаете, какие напряжения доступны, поэтому эта спецификация проста.

Коэффициент отклонения источника питания (PSRR) определяет, насколько операционный усилитель чувствителен к изменениям в источнике питания. Вы не хотите, чтобы шум источника питания (от источников переменного тока) или дрейф (от батарей) влияли на выходной сигнал. Эта спецификация указана в децибелах (дБ), где каждое увеличение на 20 дБ означает 10-кратное увеличение отношения. Таким образом, значение 60 дБ здесь означает, что изменение источника питания на один вольт вызовет 0.001 вольт (или один милливольт) изменение на выходе.

Это значение зависит от фактического напряжения питания, а также частоты шума. Более высокие рабочие напряжения и более низкие частоты шума обычно приводят к лучшим показателям PSRR. Часто таблицы данных предоставляют графики, показывающие эти изменения.

Определить, что вам нужно по этому параметру, не так уж сложно. Если вы используете операционный усилитель с цифровой логикой (которая обычно вызывает сильный шум источника питания), вам понадобится операционный усилитель с хорошим рейтингом PSRR.Если ваш операционный усилитель имеет полностью аналоговую конструкцию с хорошим регулируемым аналоговым источником питания, то этот параметр, вероятно, не слишком важен.

Ток, необходимый для питания усилителя, определяется как ток питания (Is). Это ток покоя. Сюда не входят внешние компоненты или любой выходной ток. Если в одном корпусе несколько усилителей, это обычно относится к одному усилителю. Однако в техпаспорте это будет указано. Очевидно, что схемы с батарейным питанием будут работать дольше с усилителем, потребляющим меньше энергии.Иногда это указывается в милливаттах (или микроваттах) как потребляемая мощность (Pd). Таким образом, вам придется преобразовать его в мА (или мкА), используя напряжения питания, указанные в таблице.

Вход

Существует много входных параметров, и эта группа часто содержит наиболее важные элементы, определяющие характеристики операционного усилителя для конкретного приложения.

Первая базовая характеристика — входное сопротивление (Rin) (иногда его называют входным сопротивлением). Это указывает, какую нагрузку операционный усилитель оказывает на сигнал.Это значение должно быть как можно выше (однако для очень высоких скоростей оно будет относительно низким, поскольку паразитная емкость может значительно повлиять на частотную характеристику). Очевидно, вы не хотите, чтобы ваш операционный усилитель влиял на сигнал, который вы усиливаете. Типичны значения в сотнях мегаом. Некоторые новые операционные усилители имеют настолько высокое входное сопротивление, что его нельзя измерить напрямую… более 10 тераом! (Тераом, или ТОм, равен 1 000 000 МОм.) (Обратите внимание, что входная емкость обычно не указывается, но она очень мала, порядка пФ или около того… в основном из-за лидов.)

Иногда в старых спецификациях указывается только входной ток смещения (Ib), а не фактическое входное сопротивление. Это говорит о том, какой ток необходим для управления входами. Его можно грубо преобразовать во входное сопротивление, используя закон Ома с напряжением питания. Например: если Ib составляет 170 нА (наноампер), а напряжение питания равно пяти вольтам, то закон Ома равен 5 В = 170 нА x Rin. Решение этого дает около 29 МОм в качестве входного сопротивления.

Входное напряжение смещения (Vos) и входной ток смещения (Ios) похожи на входной ток смещения (см. выше), но это очень разные вещи.Они относятся к неточности усилителя и должны быть как можно ближе к нулю. Если оба входа операционного усилителя равны нулю, то выход также должен быть равен нулю. Но поскольку усилитель неидеален, на выходе будет некоторое остаточное напряжение. Так почему бы не назвать это ошибкой выходного напряжения? Это связано с тем, что коэффициент усиления схемы будет влиять на выходной сигнал. Схема с коэффициентом усиления 100 увеличит эту ошибку в 100 раз. Вот почему это относится ко входу, а не к выходу.Это выглядит для схемы как ошибка постоянного тока на входе. На самом деле, определение ошибки смещения — это напряжение (или ток), подаваемое на вход, чтобы заставить выход точно равняться нулю.

Ошибки смещения, как правило, не слишком важны для цепей переменного тока, потому что эффект проявляется как фиксированная ошибка постоянного тока. Поскольку цепи переменного тока обычно имеют емкостную связь, проблема постоянного тока исчезает. Однако большое усиление (1000 или около того) может превратить 5 мВ Vos в 5-вольтовую погрешность постоянного тока на выходе. Это может привести к тому, что усилитель попытается генерировать выходное напряжение, превышающее напряжение питания, что приведет к отсечке.

Ошибки смещения имеют решающее значение в приложениях постоянного тока, поскольку невозможно отделить реальный сигнал постоянного тока от ошибки постоянного тока. Если вы пытаетесь измерить сигнал 5 мкВ от термопары усилителем с восходом 5 мВ, у вас возникнут проблемы.

С Vos и Ios связано изменение этих значений при перегреве (TCVos или TCIos). Опять же, это не слишком важно для приложений переменного тока, но, безусловно, может быть важно для чувствительных цепей постоянного тока.Изменение постоянного тока на 3 мкВ на градус может сделать вашу схему более чувствительной к температуре, чем ваша термопара!

Существуют ограничения на входное напряжение, которое вы можете подать на усилитель и ожидать, что он будет работать правильно (что отличается от точек жарки). Это называется диапазоном синфазного напряжения (CMVR). Многие (вероятно, большинство) новых усилителей имеют входы «rail-to-rail», которые позволяют использовать любое напряжение вплоть до напряжений V+ и V- включительно. И наоборот, многие усилители (особенно старые) ограничивают входное напряжение фиксированным напряжением, меньшим, чем напряжение питания V+ и V- (обычно около 1.5 вольт).

Поддерживать входное напряжение примерно на вольт ниже напряжения питания V+ несложно. Но если вы используете один источник питания, вам, возможно, придется также поддерживать сигнал на уровне вольта или двух выше земли. Это может быть не тривиально. Кроме того, это может ограничить диапазон входного напряжения при использовании низкого напряжения. Например, если вы используете один источник питания +5 В, а усилителю требуется запас ±1,5 В, вы должны поддерживать входной сигнал в диапазоне от 1,5 до 3,5 В. Для работы с однополярным питанием имеет смысл выбрать усилитель, который «включает землю» в CMVR.(Обратите внимание, что некоторые старые усилители инвертируют сигнал, если он становится более отрицательным, чем отрицательный CMVR!)

Еще одна спецификация, которая кажется родственной, но на самом деле ею не является, — это коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR). Это относится к ошибке в балансировке входов. Теоретически, если инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя соединены вместе, выход должен быть равен нулю независимо от напряжения, подаваемого на входы. Опять же, совершенства не достичь.

CMRR указывается в дБ и часто составляет от 60 до 80 дБ или более.Таким образом, КОСС 60 дБ означает, что в балансе между входами может быть ошибка ввода 0,1%. Сигнал пять вольт, подаваемый на оба входа, или Vcm (с 60 дБ CMRR), будет представлять собой сигнал пять вольт, подаваемый на один вход, и сигнал 5,005 вольт, подаваемый на другой. Фактическая ошибка на выходе зависит от коэффициента усиления схемы.

Ошибка CMRR особенно важна при измерении слабого сигнала, встроенного в большой. Например, для контроля тока источника питания необходимо измерить крошечное падение напряжения на маленьком резисторе при наличии полного напряжения источника питания.Это может повлечь за собой измерение долей милливольта при наличии 10 или более вольт. Однако для большинства несимметричных приложений (где один вход подключен к земле) CMRR не так критичен.

Входные характеристики операционного усилителя важны, поскольку они должны соответствовать сигналу, который вы хотите усилить. Это немного сложнее, чем требования к мощности, но как только вы расшифруете жаргон и аббревиатуры, параметры обретут смысл.

Выход

Большой коэффициент усиления сигнала по напряжению (Av или Avo), обычно указываемый в виде значения в дБ, указывает на максимально возможное усиление без какой-либо обратной связи.Эта конфигурация усилителя редко используется как таковая, но этот параметр определяет предел устройства. Очевидно, что если Avo составляет 100 дБ, вы не можете ожидать, что с этим усилителем получится каскад усиления 120 дБ. В реальной жизни очень редко можно получить даже 60 дБ усиления (коэффициент усиления 1000). Иногда Avo указывается как отношение, обычно около 60 В/мВ. Это указывает на усиление 60 000 или около 96 дБ. Современные усилители могут иметь Avo 130 дБ и более. Это коэффициент усиления более двух миллионов!

Максимальная выходная мощность, которую может обеспечить усилитель, обычно указывается как выходной ток короткого замыкания (Isc).Часто это находится в диапазоне от 20 до 40 мА. Однако есть некоторые ранние усилители, которые могут обеспечить только несколько мА. Хуже того, некоторые операционные усилители не выдерживают короткого замыкания на выходе без возгорания. Такая ситуация должна быть указана в техническом описании, но ее может быть трудно найти. Как правило, это будет указано в примечаниях, напечатанных мелким шрифтом внизу, примерно так: «Продолжение работы в режиме короткого замыкания может привести к чрезмерным температурам кристалла, превышающим максимальное номинальное значение».

Максимальное выходное напряжение (Vo) никогда не может достичь пределов напряжения(й) питания.Результат всегда будет меньше. Есть несколько более новых устройств, которые претендуют на выходы rail-to-rail. И они очень близко подходят к рельсам — иногда с точностью до нескольких милливольт. Но всегда есть предел. (Между прочим, искажения значительно возрастают, если эти усилители с шиной «rail-to-rail» доведены до предельных значений выходного сигнала.) Обычно Vo примерно на 1,5 вольта меньше, чем напряжение питания. Таким образом, для пятивольтовой работы с однополярным питанием выходное напряжение не может быть ниже 1,5 вольт или выше 3,5 вольт.

Частота

До сих пор мы обсуждали параметры постоянного тока. Теперь коснемся параметров переменного тока. Это факторы, которые определяют, насколько хорошо усилитель реагирует на фактические сигналы. Есть три основных области спецификаций переменного тока: скорость, шум и искажения.

Скорость усилителя можно измерить несколькими способами, но все они взаимосвязаны. Наиболее типичными показателями являются: скорость нарастания (SR), ширина полосы единичного усиления (BW) и произведение усиления на полосу пропускания (GBW).По сути, скорость усилителя зависит от того, насколько быстро может изменяться выходной сигнал. SR измеряет скорость, с которой это происходит. Обычно он определяется в вольтах/микросекундах. Но здесь есть тонкий момент. Если выходной сигнал небольшой, он не движется так сильно, как большой сигнал, поэтому слабый выходной сигнал может реагировать на более высокую частоту. Это требует небольшого обсуждения.

При усилении сигнала скорость нарастания исходного сигнала увеличивается на величину усиления.Например, если сигнал в один вольт усиливается в 10 раз, то выходное напряжение должно измениться от нуля до 10 вольт одновременно с изменением входного сигнала от нуля до одного вольта. Таким образом, скорость нарастания также увеличивается в 10 раз. Отсюда мы видим, что максимальная выходная частота типичного операционного усилителя напряжения напрямую зависит от коэффициента усиления схемы.

Будет определенная высокая частота, при которой усилитель не сможет справиться с сигналом, а входное и выходное напряжение будут одинаковыми, независимо от схемы внешней схемы.Это точка, в которой усиление равно единице или единичному усилению. Поскольку операционный усилитель имеет самую низкую частоту постоянного тока, самая высокая рабочая частота также является полосой пропускания усилителя. Поэтому мы видим, как получается значение BW.

Прямая связь между SR и усилением означает, что существует простой расчет, определяющий максимальную частоту, достижимую при любом заданном усилении. Видно, что за счет уменьшения частоты в два раза (в примере выше) коэффициент усиления схемы можно увеличить в два раза.Таким образом, произведение усиления и частоты всегда одинаково. Это ГБВ.

Если вы хотите усилить сигнал в 100 раз, то ваша максимальная используемая частота составляет 1/100 полосы пропускания. BW и GBW одинаковы для особого случая, когда коэффициент усиления равен единице. (Обратите внимание, что максимальный коэффициент усиления ограничен коэффициентом усиления без обратной связи (Av) усилителя.)

Поскольку этот параметр часто упускают из виду, рассмотрим простой пример. Предположим, вы разрабатываете оптоволоконный интерфейс.Скорость переключения составляет 100 кГц, и вы должны усилить оптический сигнал в 1000 раз, чтобы сделать его достаточно большим для срабатывания вашей цифровой схемы. Насколько быстрым должен быть усилитель?

Чтобы определить это, просто перемножьте коэффициент усиления и частоту. В результате получается 100 МГц. Вам нужен усилитель с GBW 100 МГц. Поскольку это намного быстрее, чем любой усилитель общего назначения, вам придется либо использовать один дорогой и сложный в использовании высокоскоростной операционный усилитель, либо использовать несколько каскадов усиления.В этом случае два каскада усиления по 32 обеспечат коэффициент усиления 1024 и потребуют двух усилителей — каждый с полосой пропускания 3,2 МГц. Многие распространенные и недорогие операционные усилители имеют этот GBW.

Существует несколько типов шума. И обсуждение шума операционных усилителей может быстро стать очень техническим и подробным. Однако есть два важных типа шума, которые мы кратко рассмотрим. Это шум напряжения (En) и шум тока (In). За исключением того факта, что один представляет собой ток, а другой — напряжение, эти источники шума обрабатываются одинаково.Оба рассматриваются относительно входа. Это означает, что они будут увеличиваться с увеличением усиления или коэффициента усиления. Усилитель с коэффициентом усиления 100 будет иметь шум в 100 раз выше указанного.

Другим моментом этой спецификации является то, что шум связан с пропускной способностью системы. Таким образом, они определяются с помощью «квадратичного корня в герцах» в знаменателе (также называемого корнем в герцах). Широкополосная схема будет иметь больше шума, чем узкополосная.

Существует ряд других типов шума, а также множество других соображений относительно шума.Цель этого обсуждения состоит только в том, чтобы дать общее представление о том, как определяются эти значения шума. Очевидно, что усилитель с меньшим уровнем шума предпочтительнее усилителя с большим уровнем шума. Но это выходит за рамки обсуждения того, как определить, какие шумы тока или напряжения являются наиболее важными в вашей схеме, как определить наилучшую полосу пропускания для вашей схемы и т. д.

Последний набор характеристик относится к искажениям, создаваемым усилителем. Все чаще искажения усилителя указываются непосредственно в техническом описании, что является очень простым методом.(Обычно это не так.) Общее гармоническое искажение (THD) указано в процентах. Обычно это очень низкое значение порядка 0,01% или лучше.

Другой способ указать, насколько точно усилитель реагирует на сигнал, — это параметр «переходная характеристика». Это определяет, как усилитель реагирует на резкое изменение. Практически все операционные усилители будут демонстрировать перерегулирование в этой ситуации. Это превышение указано в процентах от выходного сигнала. Обычно несколько процентов или выше.

Характеристики переменного тока гораздо более тонкие и сложные, чем характеристики постоянного тока. Тем не менее, вы, безусловно, должны знать требования к частоте, которые вам нужны. Факторы шума важны в широкополосных схемах с высоким коэффициентом усиления. Большинство операционных усилителей имеют вполне приемлемые уровни искажений. Однако, если вы используете их для преобразования сигнала в 16-разрядный аналого-цифровой преобразователь (это одна часть из 65 536), вам потребуется коэффициент нелинейных искажений 0,001% или лучше.

Графики

Наконец, в техническом описании представлено множество графиков.Это связано с тем, что многие параметры меняются в зависимости от частоты, напряжения, температуры и т. д. Эти графики показывают ожидаемое изменение характеристик операционного усилителя. Обратите внимание, что это обычно типичные значения, поэтому не ожидайте, что ваша конкретная единица измерения будет точно соответствовать этим измерениям. Графики представлены для отображения тенденций отклика, а не спецификаций отклика. Например, может быть важно знать, увеличивается или уменьшается входной ток смещения с температурой и примерно на сколько.

Затраты и производительность

ОУ LM741 можно купить примерно за четверть.И, честно говоря, этого может быть достаточно для этой задачи. Но у него входное сопротивление всего 300 000 Ом, требуется два блока питания, плохо дрейфует от температуры, а шум даже не указан. Ты получаешь то, за что платишь.

Я открыл свой National Semiconductor Data Book более или менее случайным образом и нашел LPC660. Он имеет примерно ту же скорость, что и LM741, и стоит около 3 долларов. Но по этой цене вы получаете четыре усилителя в одной упаковке, так что стоимость одного усилителя составляет всего около 0 долларов.75. Это усилитель с однополярным питанием (от 5 В до 15 В) с выходами rail-to-rail, входным сопротивлением >1 тераом, дрейфом 1/10 LM741 и потребляет около 1 мВт тока на усилитель (около 1/100 LM741). (Экономия на стоимости батареи намного перевешивает увеличение цены на операционный усилитель.)

Целью этого краткого сравнения является показать, что аналоговая электроника значительно эволюционировала. Это действительно удивительно, что можно купить за доллар или два. Но если вы не знаете, что искать, вы не сможете найти лучшую часть за свои деньги.Если вы хотите, чтобы ваш проект или продукт обеспечивал максимальную производительность и был наиболее рентабельным, найдите время, чтобы посмотреть, что доступно. Потратив немного усилий на начальном этапе, вы сможете добиться невероятной аналоговой производительности.

Заключение

При выборе операционного усилителя необходимо сопоставить ваши потребности с техническими данными операционного усилителя. Слепое предположение, что любой операционный усилитель будет работать в любой схеме, приведет только к расстройству и разочарованию. И наоборот, использование правильного операционного усилителя может позволить вам делать то, что вы никогда не считали возможным. НВ


Операционный усилитель | DIY-Аудио-Небеса

для дома
обратно к усилителям
вернуться к полупроводниковым усилителям

 

Конструкции усилителей на основе операционных усилителей содержат меньше ВИДИМОГО количества компонентов, но нужно помнить, что эти крошечные микросхемы, даже те, у которых всего несколько контактов, могут иметь чрезвычайно сложные высокопроизводительные схемы внутри. Даже при использовании компонентов, скажем, с несколькими излучателями, которые НЕ существуют в дискретных компонентах. Не все операционные усилители подходят для усиления звука . Это связано с тем, что определенные свойства могут быть нежелательными для воспроизведения звука, такие как относительно высокий уровень шума, низкие пределы напряжения питания, низкий выходной ток, ограниченный частотный диапазон, низкая скорость (скорость нарастания) или время установления (время, необходимое для выход становится стабильным после изменения входного напряжения) и это лишь некоторые из них.
Большинство аудиофилов любят менять местами (сворачивать) операционные усилители, но это не всегда может быть самым мудрым решением. Например, операционный усилитель, хорошо работающий в схеме «А», может стать нестабильным или плохо работать в схеме «В», и наоборот.
Субъективно обнаруженные различия между операционными усилителями обычно не могут быть продемонстрированы в (слепых) сравнительных тестах, за исключением, возможно, их поведения при работе ВНЕ их предполагаемых рабочих характеристик.
Когда операционные усилители используются в качестве выходных устройств (которые напрямую управляют наушниками с низким импедансом), эти пределы достигаются довольно легко
.
Наиболее распространенной формой операционных усилителей является DIP-8. Корпус может содержать 1 или 2 независимые цепи. Некоторые корпуса могут иметь даже 4 независимые секции, но они имеют либо 14, либо 16 контактов. Наиболее распространенными усилителями на основе операционных усилителей являются хорошо известные портативные усилители с батарейным питанием, такие как хорошо известный C’Moy .
Поскольку большинство печатных плат используют SMD (устройства для поверхностного монтажа), вы найдете множество операционных усилителей, показанных справа.
Однако не все эти 8-контактные устройства являются операционными усилителями.В одном и том же «корпусе» могут использоваться регуляторы, разветвители шин, зарядные цепи, цепи импульсных источников питания или другие специальные функции.

Здесь вы можете просмотреть/загрузить ОЧЕНЬ обширный тест различных безрецептурных операционных усилителей и дискретных операционных усилителей. Если вас интересуют технические характеристики операционных усилителей, это лучшая работа, с которой мне приходилось сталкиваться.

Некоторые тесты о производительности этих проектов (на самом деле они касаются самых простых проектов, которые вы можете построить) находятся здесь .Как правило, это проекты «сделай сам», но также доступны готовые продукты. Такие бренды, как «Neco», «JDS labs» и более дешевые «Zigis» или китайские предложения, также могут работать хорошо. Существуют также более сложные и более эффективные продукты, использующие операционные усилители, и одним из лучших из имеющихся на рынке является усилитель O2 .

Операционные усилители состоят из тех же базовых строительных блоков , что и большинство усилителей. Ступень усиления напряжения и тока в одном, представленная двумя синими треугольниками, показанными слева.
Имеют 2 входа. 1 положительный (неинвертирующий) и отрицательный вход (инвертирующий). Операционные усилители имеют ОЧЕНЬ высокие коэффициенты усиления (от тысяч до миллионов). Для того, чтобы использовать их в качестве подходящих усилителей с отличной полосой пропускания и характеристиками искажения, а также заметным коэффициентом усиления от 1x до 10x, например, ДОЛЖНА быть применена схема обратной связи (зеленый блок слева) . Обратная связь обычно состоит из 2 (или более) резисторов и, в некоторых случаях, конденсаторов, которые могут понадобиться для стабильности или для создания фильтров или ограничения полосы пропускания.Обычно операционные усилители не могут обеспечить высокие выходные токи и не предназначены для такого использования. Выходной ток большинства операционных усилителей ограничен от 30 мА до 50 мА, но некоторые могут выдерживать даже 100 мА или даже 300 мА. Также существуют специализированные устройства вывода, которые могут достигать выходного тока до 1 А. Также доступны «операционные усилители» более высокой мощности (тока), но они больше похожи на специализированные усилители мощности с разными корпусами, и при установке на достаточно большие радиаторы эти устройства могут выдавать до 100 Вт в громкоговорителях.Однако эти компоненты уже нельзя назвать настоящими операционными усилителями. Для подачи питания также существуют гибридные модули , которые имеют несколько контактов, которым также требуются внешние компоненты для работы в качестве усилителя, но в основном они представляют собой дискретные усилители, построенные на одной (маленькой) керамической «подложке».

Усилители на основе операционных усилителей

, как правило, легче спроектировать и построить, чем дискретные конструкции, и они могут иметь высокие уровни производительности во многих отношениях, за исключением максимальной выходной мощности, хотя существуют конструкции, которые могут обеспечивать уровни выходной мощности выше среднего.Некоторые самодельные конструкции можно найти в разделе усилителей «Сделай сам» . такие как C.H.AMP , усилитель для наушников с OPA627 и BUF634 , портативный усилитель для наушников с OPA2134, портативный усилитель Zigis .

простой усилитель C’Moy с разветвителем шины DIP-8 TLE2426

Ниже изображение операционного усилителя ( CHAMP ), который имеет несколько возможных настроек и, таким образом, настраивается.

Он использует 2 двойных операционных усилителя в качестве выходных устройств (таким образом, всего 4 операционных усилителя-«секции»), включенных параллельно, чтобы увеличить выходной ток до уровня выше приличного.
Блок питания также выполнен с операционными усилителями для обеспечения низкого уровня шума и низкого выходного импеданса блока питания в двойной монофонической конструкции.
Ключевые слова этой конструкции — безопасность (выходная мощность ограничена примерно 200 мВт) и тот факт, что ее можно легко настроить для работы с большим количеством наушников.

При использовании LOT операционных усилителей, работающих параллельно, вы даже можете увеличить выходной ТОК до уровней, при которых можно управлять динамиками.
под изображением дизайна, который я сделал около 30 лет назад.
Усилитель громкоговорителя, состоящий из огромного количества операционных усилителей.

Используемые операционные усилители представляли собой микросхемы драйверов L272M , извлеченные из старых плат драйверов Technics SLP202A CDM4/19 из сборки лазера, и сами по себе могли выдавать 1 А на выход. В режиме повторителя с единичным усилением он имел полосу пропускания более 250 кГц и мог с легкостью управлять динамиками сопротивлением 4 Ом.
Существует также гибридная форма усилителя , которая не подходит ни для всех операционных усилителей, но и состоит не только из дискретных компонентов.Однако эти конструкции никогда не называют гибридными, этот термин, по-видимому, используется для конструкций трубка / нержавеющая сталь.
В большинстве конструкций входной каскад состоит из операционных усилителей, а выходной каскад — из дискретных компонентов (полевых транзисторов или транзисторов) для увеличения выходных токовых характеристик схемы. Чаще всего общая обратная связь используется для «удаления» нелинейности (кроссоверных искажений) в этих выходных каскадах.

Ниже схема, в которой используется дискретный входной каскад, созданный для «плохой» работы в отделе генерации гармоник.
Используется J-FET, который работает очень похоже (но не совсем так же), как лампы. Выходной каскад состоит из операционного усилителя, который может обеспечить высокое выходное напряжение И более чем достаточный ток для управления «сложными» наушниками.
Дизайн называется « проект Polaris » и имеет некоторые свойства, которые настраиваются пользователем.

Вот обзор портативного усилителя Zigis , который продается на e-bay. Это дешевый усилитель типа C’Moy, который хорошо работает и представляет собой модернизацию многих «бортовых» усилителей портативного оборудования.

Обзор усилителя для наушников O2 . Усилитель с батарейным питанием, обеспечивающий большую мощность, позволяющую без проблем управлять большими наушниками.

 

для дома
обратно к усилителям
вернуться к полупроводниковым усилителям

 

Нравится:

Нравится Загрузка…

Операционные усилители и микросхемы – PS Audio

Меня вздрагивает, когда люди приравнивают операционные усилители к микросхемам.

Операционный усилитель описывает топологию, а не микросхему.

Да, топология операционного усилителя часто строится на кремниевой пластине, но мы должны быть осторожны, чтобы не связать их навсегда, если мы не понимаем разницу.

(Если вы технически подкованы, есть отличная статья, подробно описывающая природу операционных усилителей от некоторых моих инженеров, которую вы можете прочитать здесь, или, для менее технических, но все же интересующихся, мой друг и аудио суперзвезда, Нельсон Пасс опубликовал это отличная и понятная работа).

операционных усилителей существуют с 1930-х годов. Первоначально они были построены с использованием электронных ламп. Сам термин операционный усилитель является сокращением от Operational Amplifier.

Существует несколько типов операционных усилителей, но для наших целей мы сосредоточимся на стандартном усилителе напряжения, который так часто используется в аудиосхемах.

Простое описание операционного усилителя представляет собой блок аналоговой схемы, который принимает на вход дифференциальное напряжение и выдает на выходе несимметричное напряжение. Вот простая схема.

 

Там, где вы видите V 1 и V 2 , это входные данные, а там, где вы видите V из  , это выходные данные.R f — значение обратной связи.

С помощью этого блока усиления можно легко создавать всевозможные схемы усиления от симметричных входов до фазовращателей, буферов и фонокорректоров.

(Вот ссылка на древнюю статью, показывающую, как сделать 41 аудиопроект с использованием микросхемы операционного усилителя. Примечание : автор использует в своих разработках операционный усилитель 741. Операционный усилитель 741, пожалуй, самый худший выбор. во всем мире для создания аудиосхем.Может быть, есть что-то хуже, но в мои почти 50 лет я еще не нашел ни одного.Вместо этого используйте почтенный операционный усилитель NE 5532, который звучит великолепно).

Многие продукты PS Audio основаны на топологии операционных усилителей, хотя мы редко полагаемся на версии микросхем, потому что для наилучшего качества звука нам требуется больший контроль над производительностью усилителя. Вместо этого мы часто создаем дискретные версии топологии операционного усилителя, используя шины более высокого напряжения и отобранные вручную устройства, которые наилучшим образом соответствуют нашим потребностям.

Цель этого поста — внести ясность. Операционные усилители не обязательно являются микросхемами, а микросхемы не обязательно являются операционными усилителями.

Я просто защищаю доброе имя и репутацию основного блока усиления звука.

новых операционных усилителей обещают высококачественный звук

16 августа — Новое поколение операционных усилителей (операционных усилителей) и драйверов усилителей мощности от National Semiconductor может привести к значительному улучшению качества звука в широком спектре аудиопродуктов.

Операционные усилители есть везде: линейные каскады предусилителей, проигрыватели компакт-дисков, цифро-аналоговые преобразователи и входные каскады усилителей мощности, и это лишь некоторые категории продуктов.Любой компонент с аналоговыми входными или выходными гнездами, вероятно, использует несколько операционных усилителей.

Многие разработчики продуктов высокого класса сталкиваются с выбором: использовать ли операционные усилители в своих продуктах или реализовать схему с дискретными транзисторами и связанными с ними деталями (резисторы и конденсаторы). Операционные усилители намного меньше, дешевле и проще в реализации, чем дискретные схемы.

Операционный усилитель размером с почтовую марку может заменить дюжину или более дискретных компонентов, занимающих несколько квадратных дюймов площади печатной платы.Исторически операционные усилители не соответствовали качеству звука хорошо спроектированной дискретной схемы (ламповой или транзисторной).

В продуктах высшего класса используются исключительно дискретные схемы; некоторые дизайнеры никогда бы даже не подумали об использовании операционного усилителя. Во многом это связано с тем, что доступные сегодня операционные усилители предназначены для приложений массового рынка, где главным соображением является низкая стоимость.

Но компания National Semiconductor, гигант в области производства интегральных схем (доход которой составляет почти 2 миллиарда долларов), начала поставки нового семейства операционных усилителей премиум-класса, которые были разработаны с нуля для достижения оптимальных звуковых характеристик.

Цель National с самого начала состояла в том, чтобы разработать совершенно новое поколение операционных усилителей, чьи технические и звуковые характеристики соответствовали или превышали характеристики дискретных схем. Результатом стала серия устройств LME49xxx, обладающая характеристиками шума, искажений и полосы пропускания, беспрецедентными для монолитных (интегральных схем) аудиоусилителей.

Например, THD+N (сумма гармонических искажений плюс шум) составляет всего 0,00003%, а полоса усиления составляет 55 МГц.

Как мы все знаем, отличные характеристики не гарантируют отличное качество звука.Удивительно, но National Semiconductor также осознала это и построила специальную комнату для прослушивания, чтобы оценить качество звука своих новых аудиопродуктов. Комната для прослушивания отличается полностью плавающим полом и полной обработкой диффузорами и поглотителями низких частот.

Электроника спроектирована по индивидуальному заказу, а моноблочные усилители мощности управляют громкоговорителями Wilson WATT/Puppy 7. Для производителя интегральных схем, по меньшей мере, необычно проводить прослушивание своей продукции.

Одновременно компания анонсировала LME49810, микросхему на 200 В, которая заменяет дискретный драйвер в усилителе мощности. Драйвер усилителя мощности принимает сигнал линейного уровня и усиливает его для управления выходными транзисторами усилителя. LME49810 заменяет примерно 25 компонентов дискретного драйвера.

Серия операционных усилителей LME49xxx предназначена для высококачественных аудио-видео ресиверов (стоимость которых начинается от 3 тысяч долларов в розницу), высококачественных предусилителей, проигрывателей компакт-дисков, цифро-аналоговых преобразователей и усилителей мощности.Устройства также начинают использоваться в профессиональных продуктах (в записывающей консоли используются сотни операционных усилителей).

National Semiconductor не уточнила, какие производители высокого класса будут использовать эти новые операционные усилители, но предположила, что список читается как «Кто есть кто в высококачественном аудио». (На иллюстрации в литературе National Semiconductor показан продукт Марка Левинсона.)

Компания сообщает, что высококлассные дизайнеры, опробовавшие новые операционные усилители, с большим энтузиазмом относятся к качеству звука новых устройств.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.