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[参考译文] OPA1664:在麦克风输出中使用电容器时,预放大器的输出电压显著降低。

Guru**** 1658350 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA1664, OPA1604, OPA1654
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/635478/opa1664-output-voltage-is-significantly-reduced-from-pre-amplifier-when-capacitor-is-used-in-the-microphone-output

部件号:OPA1664
主题中讨论的其他部件: OPA1604OPA1654

您好,

我计划使用OPA1664作为前置放大器来放大麦克风信号,使用我从TI网络工作台生成的低通Sallen密钥拓扑。 我正在使用双电源(+/-1.5V)。 麦克风输出始终与电容器(C3)耦合 ,以避免为麦克风供电的直流电。 如下所示(图1)  

            图1.

当我在不放置电容器的情况下进行模拟时,我会获得预期的输出。 示意图和结果如下所示(图2 (a)和图(b))

图2 (a)

图 2(b)

放置电容器(C2)时,输出以少量UV代替mV,如 (图3 (a)和图3 (b)所示)

图3 (a)

此致,

餐前小吃

图 3(b)

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    你好,Tapas

    当您将C2插入交流发电机电源和Sallen-Key滤波输入电阻器R7时,OPA1664同相输入的偏置电流的直流路径将被打开。 如果没有偏置电流的直流路径,运算放大器将无法正常工作。 您可以将一个大值电阻器从C2/R7的接头添加到接地,以提供偏置电流返回路径。 确保您选择的电阻器不会显著改变所需的滤波器响应。 仿真应向您展示其效果。

    或者,您可以考虑对过滤器使用多反馈(MFB)低通拓扑。 它具有内置直流偏置电流回路,通过连接在输出和反相输入之间的反馈电阻器。 同相输入接地。 因此,会覆盖偏置电流返回路径。 电容耦合也可以应用于麦克风电路输出和滤波器输入之间。

    TI Webench过滤器工具允许选择MFB拓扑。

    此致,Thomas
    精密放大器应用工程
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    您好,Thomas:

    感谢您的宝贵意见。 我按照建议使用MFB拓扑制造电路,我用 电容器模拟电路。 (原理图和输出如下所示)。并且它正在工作。

    我有一个基本问题要问,即使在Sallen键拓扑中没有电容器的电路中,如上图2 (a)所示,运算放大器的同相输入如何接收直流输入,因为分支4连接到信号源。 为什么只要放电容器就不起作用,直流不会通过同相端子(电容器不允许直流通过,但直流从何处开始), 但是,只要移除电容器无反相输入就会获得直流路径,这种直流来自电容器之前,只有交流信号源存在。

    (是否有任何阅读或文档可以帮助我理解这一概念)

    此致,

    餐前小吃  

    图4 (A)[MFB电路]  

    图 4 (b)[示波器输出]

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    您好,Thomas:

    我是否必须注意OPA1664的输入偏置电流,因为典型值是600nA,我认为这是相当高的。 我认为我必须在同相端子中连接适当值的电阻器。

    此致,
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    你好,Tapas

    在这里重复您的问题:"即使在Sallen钥匙拓扑中没有电容器的电路中(如上图2 (a)所示),我也要问一个基本问题,当分支4连接到信号源时,运算放大器的同相输入如何接收直流输入?"

    理想的电压源,如图 2A,内部阻抗为0欧姆。 对于直流和所有频率,它 似乎是对地短路,尽管它正在生成 交流输入信号。 因此,同相 输入偏压电流通过生成器找到返回接地路径。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    你好,Tapas

    输入偏置电流将流经运算放大器输入电路中的各种直流路径,并将增加运算放大器输出处观察到的整体直流电压偏移。 即使600 nA的IB流过10-kOhm的电阻,这只会增加6 mV的输入偏移,这可能抵消,也可能抵消输入差动输入的自然直流偏移。

    输入偏置电流和由此产生的偏移很可能不是音频应用程序中的问题。 更常见的问题是运算放大器的动态性能,如THD,带宽,噪声等。

    您可以添加一个与同相输入串联的电阻器,以平衡反相输入对直流偏移的IB贡献。 但是,它真的不是必需的,增加电阻会给电路增加额外的热噪声。 如果我在设计电路,我不会包含它。

    此致,Thomas
    精密放大器应用工程
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    您好,Thomas:  

    感谢您之前的重播。 我已经制作了包含OPA1664音频运算放大器的PCB。 在每个阶段的输出中,我获得直流电压和放大信号。 因此,运算放大器输出正极部分在负极部分之前就已饱和。 我在下面发布了带有描述的图片。 我还想了解输出波形(THD)的失真,是否有经验法则来计算它(通过查看示波器,我感觉第四级的失真比其他级多),或者是否有任何设备可以测量它。 为了便于比较,我在下面输入了方波和斜坡信号。

        图 1 Sallen钥匙示意图,但使用的是双电源,未显示。

                                   图2 Sallen钥匙配置中使用的OPA 1664,双电源(+/- 1.5V)

                                        图3来自函数发生器的输出(+/-30mV,100 Hz频率)

      

                                 图4运算放大器1664的输入

                          图5运算放大器第一级的输出, 直流移动56mV  

                       图6来自运算放大器第二级的输出, 直流偏移140 mV  

                     图7第三级运算放大器的输出, 直流移动344 mV  


               图8来自运算放大器第四级的输出, 直流移动700 mV  


     图9并 排输入[青色]和以下输出[黄色],输出为交流耦合(和不同  刻度),因此可以同时看到输入和输出。  


     图 10输入[青色]和输出[黄色](交流耦合);  


     图 11输入[青色]和输出[黄色](交流耦合);  

    此致,

    餐前小吃

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    你好,Tapas

    您提到您的OPA1664有源滤波器使用双电源;这些电源的+/-电源电平是多少? 另外,对于连接到每个OPA1664反相输入的输入电阻器的VCM连接,应用了什么直流电平?

    直流偏移问题解决后,最好解决THD问题。 之后情况可能会有所不同。

    此致,Thomas
    精密放大器应用工程
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    您好,Thomas:

    感谢您的回复。

    V+为1.5V

    V -为-1.5V

    VCM接地。 (下图)  

    我无法理解为什么每个阶段都有直流偏移,如果我们使用交流耦合电容器,那么低频率将 会衰减。 我只是想知道输入偏置电流是否会导致电压偏移。  

    我需要您帮助降低偏移电压,以便在正输入循环中不会提前切断。   

              图 12. OPA 1664的双电源配置

     


            图 13.原理图值更清晰可见,使用的运算放大器是OPA 1664  

     

    此致,

    餐前小吃

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    你好,Tapas

    您看到的每个阶段高输出参考电压偏移的问题是由于OPA1664 输入偏置电流流经滤波器的各种电阻路径。 OPA1664的输入偏置电流通常约为600 nA,最大1.2 uA (TA =25 C)。 这足以导致10千欧电阻器上出现6 mV压降,并且滤波器部分有几个电阻器,它们是 数十千欧的倍数。 然后,每个阶段的增益会放大 与这些跌落相关的偏移量。

    下面,在上部TINA电路中,您可以看到偏置电流如何流经电阻器以及滤波器第一级的输出参考电压偏移。 偏置电流与OPA1664的自然输入电压偏移相结合,产生约58.4 mV的输出偏移,这与您看到的结果一致。

     减少这种影响的一种方法是减少电阻。 在TINA原理图的下部,电阻器减少了10倍。 电容器增加了相同的系数,因此滤波器部分的频率响应保持不变。 您可以在电路右侧的振幅与频率图解中看到这一点。  观察阶段的输出偏移量从58.4 mV降低到5.4 mV。 此缩放比例可应用于整个过滤器。

    我搜索了另一个输入偏置电流低于OPA1664的高性能音频运算放大器。 还有其他具有较低偏置电流1.5 的音频运算放大器,但它们不能使用低至+/-OPA1664的电源工作。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    您好,Thomas:

    感谢您的全面回复。 通过在Sallen键配置中的第四级之后放置交流耦合电容器,似乎是降低直流偏移电压的一种方法,而不是在每个级之后放置交流耦合电容器,这将影响低频性能。 您对它有什么了解?

    同时,我订购了OPA1604和OPA1654,它们的输入偏置电流分别为20nA和10pA,都来自SoundPlus系列。 我还将订购电阻器(值减小10倍)和电容器(值增大10倍)以降低电压偏移,如您在上一个POST中所示。

    此致,
    餐前小吃

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    你好,Tapas

    在第4级之前在信号路径中添加一个耦合电容器将消除前3级的偏移。 然后,信号链的输出处将仅显示第4级的偏移。 第4级输入处的耦合电容器将修改过滤器响应 ,为其添加一个二级高通。 如果 滤波 器仅用于音频频率且高通切断频率较低(低于预期的最低音频频率),则可能不会有太大影响。 如果 您希望避免添加串联电容器,那么我建议的RC缩放应会导致总偏移量低得多。

    如果您可以将电池电压提高到最低+/- 2.25 V,则OPA1604和OPA1654及其较低的输入偏置电流将成为 一种选择。  与 OPA1664相比,其输入偏置电流的偏移贡献将显著下降。  确保其共模输入电压(VCM) 足以满足应用的输入信号范围;尤其是当信号进入后期阶段时。 OPA1604的VCM范围是(V-)+ 2 V至(V+)- 2V,而OPA1654 (V-)+ 0.5 V至(V+)- 2 V

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程