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[参考译文] OPA134:用于实现微控制器音频音调的有用运算放大器

Guru**** 1101210 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV135, OPA134, OPA1604, ISO7710
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/audio-group/audio/f/audio-forum/674664/opa134-useful-opamp-for-audio-tone-from-microcontroller

器件型号:OPA134

尊敬的:

´m、我正在设计采用微控制器的报警音发生器。 微控制器生成1450Hz 的方波信号输出。 该输出具有一个电压分压器和低通滤波器、用于音频频带外频率的音量控制和衰减。  我不确定是否使用刚性运算放大器类型。 图中是 OPA134、但可能是用于阻抗耦合的 OPA1604。 然后、音频由 DRV135以平衡音频进行转换、从而将较大的距离传输到放大器设备。 运算放大器使用隔离式直流/直流转换器的双电源电压+/-15V、而微控制器使用稳压器电压+5V、所有类型的电压都具有独特的24VDC 电源、但基准不同。

我的问题是 、由于运算放大器使用隔离式转换器的基准电压、因此微控制器的音频信号与运算放大器的基准电压不同、我的放大是否有问题? 分压器 P1具有用于音量控制的严格性、在此情况下、转换为平衡的信号将由具有输入麦克风的放大器设备放大?

感谢您的支持。

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    方框图

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    您好、Samuel、
    该图似乎从我的末尾没有经过 您是否介意重新上传?

    如果看不到您的原理图、我只能回答您问题的第一部分:只要微控制器和运算放大器共用一个公共接地连接、那么使用不同的电源运行它们就不会出现任何问题。 如果两者不共用接地端、则需要使用隔直电容器来防止不同的接地电位超出运算放大器的共模范围。
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    方框图

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    谢谢、Samuel、

    我想在 OPA134之后重新定位音量控制。 现在、您的低通截止频率将从~100Hz 变化、音量控制设置为最小值一直到~80kHz、音量设置为最高值。 我建议使用以下电路:

    这保持了与之前相同的80kHz 截止频率、但进行了一些更改。 添加了 C10以阻止微控制器方波输出的直流分量(0-5V 方波为2.5V)。 这很重要、因为随着音量的变化、电位计上的直流电势会导致砰砰声和咔嗒声。

    由于 C10阻断 OPA134输入的直流电流、添加了 R11来为 U1的输入偏置电流提供接地路径。   

    我在 OPA134之后重新定位了音量控制、以便在它和输入之间提供某种程度的隔离、尽管它可以安装在 R11的位置。 除此之外、DRV135配置与原理图中的配置完全相同。  

    专业音频中的典型线路电平信号为+4dBu、其输出电压为~3.47Vpp。 这对应于电位计上大约10%的音量设置。 我假设您的微控制器将输出5Vpp 波形、并假设~10dBu 输出信号应涵盖大多数用例。 为了实现合理的增益范围、我必须添加一个额外的电阻器 R10、该电阻器将此电路的最大增益降至~0dB。 由于 R10需要等于 P1、因此我将两者都降至20k、以帮助降低大电阻器产生的噪声。 我将 R6的值降低到100欧姆、以便为音量设置下限、但如果需要完全静音、则可以完全省略 R6。 如图所示(假设微控制器输出为0-5V)、这将提供~-30dBu 至+10dBu 的音量范围。 如果微控制器输出0-3.3V、则可以减小 R10以实现相同的输出范围。

    如果您想在仿真中测试这个、我将在 这里包含 TINA-TI 文件。  

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    您好、Samuel、

    为了使低通滤波(R7 + C5)更加不受音量设置(P1)的影响、我会将电路中的 R7增大到大约10k、并将 P1和 R6减小10倍。 如果 R7增大、最终 C5应减小。

    然后、增益设置电阻器 R8和 R9太小。 我会选择 R8=R9=10k、或以此类推。

    应将两个信号接地"GND"和"GND_A"连接在一起、以使 DRV135正常工作。 这是问题吗? 您是否仅使用+/-15V 开关来生成更高的电源电压或提供电隔离?

    您是否确实需要 DRV135? OPA134的性能足以驱动长电缆。 或者您是否需要平衡输出信号?

    Kai

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    您好、Alexander、

    感谢您的部分回答。 由于微控制器和运算放大器不共用同一个公共接地、我将使用隔离式数字或光耦合器、您是否可以推荐任何器件?

    您说我需要使用直流膨胀电容器、可以解释如何在不同的接地电位下保护运算放大器共模范围?

    谢谢

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    您好、Samuel、
    看一下您的电源原理图、我不确定在本例中是不是模拟和数字接地分离的原因。 如果您可以将两个接地连接在一起、即使使用电阻器或网带、也允许您单独路由模拟和数字接地、那么我认为没有任何真正的问题。

    如果您无法直接将两个接地端连接在一起、我建议使用两个直流阻断电容器。 一个如我在上面的答复中所示-与 OPA134的输入一致、另一个将两个接地网耦合在一起。 在这种情况下、OPA134和 DRV135应使用模拟接地网、而不是原始原理图中所示的数字接地网。

    为了为信号提供一个返回路径、需要两个阻断电容器。 第一个直流模块将允许微控制器输出的交流分量耦合到放大器的输入中。 需要使用第二个块为返回电流返回微控制器的接地引脚提供一条路径。

    Kai 还提出了一个好的问题、我之前的回答中忘记了这个问题。 如果您确实为 OPA134配置了增益、20Ω Ω 电阻器可能会在其输出上施加过多的负载。 1kΩ Ω 或10kΩ Ω 是一个更典型的值、较低的值会产生更少的噪声。
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    您好、Samuel、

    我同意 Alexander 的看法:为什么使用隔离式模拟和数字接地? 这可能会产生一组问题、而不是解决这些问题。

    此外、请注意 π 型滤波器:如果 ESR 太小、则会产生巨大的振铃。 R >= SQRT (2L/C)是防止过冲和振铃所必需的。

    Kai
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    您好、Alexander、
    好主意、我同意更改 P1的位置。 控制音量至关重要、因为我使用音频多路复用器、在与电台(如一个双向对讲机)连接时、每个电台都设置放大器设备的最低线路电平。
    当为麦克风输入通道选择线路电平信号时、我必须检查输入放大器设备的最大线路电平信号。
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    您好、Samuel、
    另一个需要考虑的问题是、麦克风电平输入的电平通常比线路电平低得多。 如果您正在驾驶的设备具有增益控制、这不应该成为问题、但我不会过多地超出标准+4dBu 专业音频线路电平。
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    您好 Kai、
    我尝试将控制信号和音频信号分开。 双电源电压仅适用于光电二极管和驱动器。 我需要平衡的输出信号、因为我将一段很长的距离从一代音频源路由到放大器设备。
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    你(们)好,Samuel

    我们尚未收到您的回复、因此我们假设您的问题已得到解决。 如果不是、请在下面发布答复、如果这个线程超时、则创建一个新线程。

    谢谢

    Dennis
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    我改进了设计添加了单通道数字隔离器 ISO7710F、以避免不使用公共接地的问题、将低通滤波器中的 R6值增加到100欧姆、以获得约16kHz 的截止频率、并将 R9降低到10欧姆。

    我连接了新电路、对元件进行了重新编号。 我希望这项工作能顺利进行、请验证一下。

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    尊敬的 Dennis:
    我刚刚发布了我的设计中的最后一个修改、因此您可以帮助我进行验证
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    您好、Samuel、
    这看起来应该起作用。 我建议的唯一变化是将 R6增加到1kΩ Ω、并将 C5减少到10nF。 现在、我预计 IC4输出的峰值电流约为50mA、超过了 ISO7710的最大输出电流。 增大 R6将有助于减小该电流。

    除此之外、我看不到任何问题。 如果您有任何疑问、请告诉我。 如果不是、我将继续将此主题标记为已关闭、但您可以通过答复重新打开。
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    您好、Alexander、
    如何计算50mA 的值? 还是使用 TINA?
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    您好、Samuel、
    这是一个粗略的计算。 100Ω C5开始完全放电、当微控制器首次将该输出拉至+5V 时、整个5V 电压将在 R6上下降、从而使5V/μ s = 50mA。 这可能不是稳态电流、因为 C5最终平均电压应约为2.5V、但启动期间的峰值电流可能会更高。 在降低峰值电流的同时、增加 R6和降低 C5以保持相同的截止频率可能更安全。
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    您好、Alexander、
    感谢您的澄清和帮助。