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[参考译文] OPA134:改进微控制器音频音调发生器的电路

Guru**** 2394305 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA134, DRV135, ISO7710, TINA-TI

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/677411/opa134-improve-circuit-for-audio-tone-generator-from-microcontroller

器件型号:OPA134
主题中讨论的其他器件: DRV135ISO7710TINA-TI

您好!

在上一篇文章"OPA134:用于微控制器音频音调的实用运算放大器"中、未完成、现在我使用单通道数字隔离器 ISO7710F 附加了一个经过改进的新设计、以避免在没有公共接地的情况下出现问题、 为了获得大约16kHz 的截止频率、将低通滤波器中的 R6值增加到100 Ω、并将 R9降低到10 Ω、以实现对体积的下限。

我想知道什么是体积范围或如何计算。

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    您好、Samuel、

    ISO177F 是一款数字隔离器、其输出电平将接近0和5V 的极端值。 然后、其数字输出将通过 R6、C5积分器、其中的数字音调将被滤除更高的谐波。 由于低通滤波器仅为一阶滤波器、因此谐波电平的降低将受到限制。 多少取决于谐波频率与滤波器截止频率之间的关系。 请注意、ISO7710F 开关导通电阻和串联输出电阻(~20欧姆)将使滤波器的截止频率从16kHz 稍微降低一些。

    增益计算实际上从低通滤波器的输出到 DRV135的输出开始。 有一个由 C6和 R7组成的高通滤波器、其截止频率低于0.16Hz。 高于该较低频率时、通过高通的增益将为+1V/V (0dB)、通过 OPA134UA 单位增益缓冲级的增益将为+1V/V (0dB)。 R8、P1和 R9构成一个电阻分压器、其增益将小于1V/V

    当 P1的雨刮器位于高端时、高侧的电阻为20k (R8)、低侧为20.01k (P1 + R9)。 但是、DRV135UA 输入阻抗将加载该较低侧电阻、 这被列为10k。与 P1加上 R9并联的10k 会导致总下端电阻约为6.67K。因此、分压器看起来像一个与6.67k 接地电阻串联的 R8。 该分压器的增益为0.25V/V 或-12dB。

    当 P1的雨刮器位于低端时、高侧的电阻为40k (R8 + P1)、低侧的电阻为10欧姆(R9)。 DRV135UA 输入阻抗加载10个电阻器、但其影响很小。 分压器的增益为0.00025V/V 或-72dB。 电阻分压器后面是 DRV135UA、其增益为2V/V 或6dB。

    总增益:

    P1设置为高端 G =(+1V/V)(+1V/V)(+0.25V/V)(2V/V)= 0.5V/V (-6dB)

    P1设置为低端 G =(+1V/V)(+1V/V)(0.00025V/V)(2V/V)= 0.0005V/V (-66dB)

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    尊敬的 Thomas:

     对截止频率进行了良好的分析、但微控制器的输出波频率将约为1、4kHz。 C6块直流组件和 R7用于 OPA134的输入偏置电流。 平衡的音频将应用于放大器设备的麦克风级输入。 P1用于将增益设置为 麦克风级别。

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    您好、Samuel、

    首先、我认为您不再需要 OPA134。 该方案的性能几乎相同:

    然后、我将调整低通滤波器和高通滤波器的转角频率。 如果只传输1.4kHz、则可以增加高通滤波器的转角频率并降低低通滤波器的转角频率。 您的滤波器电路可能如下所示:

    这将在开启方波时略微降低噼啪噪声、并进一步降低谐波并使方波声音不那么苛刻。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    我使用 OPA134进行阻抗耦合、例如在输出信号微控制器和音量控制之间具有高阻抗的 HiFi 音频电路。 在您的电路中、VF2连接到 DRV135?

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    您好、Samuel、

    是的、VF2连接到 DRV135的输入端、就像在您的电路中一样。 VF1连接到 ISO7710的输出端。 我认为 ISO7710也是低欧姆、可以正确驱动音量控制。

    Kai
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    您好、Samuel、

    如果 RC 低通滤波器具有16kHz 截止频率、其1.4kHz 下的峰峰值输出将在很大程度上取决于输入波形特性;振幅、对称和占空比等 不过、请记住、一阶 RC、16kHz 低通滤波器对1.4kHz 方波的影响很小、因为即使是第11个谐波也低于截止频率。 类似包含前9个奇次谐波的波形会产生相当不错的方波。 您可以向下移动滤波器截止频率以提供更多谐波衰减、但简单的一阶低通可能无法提供所需的性能。

    如果您真的想清理微控制器1.4kHz 音调并具有更类似于正弦波的输出信号、则只需将 OPA134UA 缓冲级重新配置为有源二阶低通滤波器即可。 如果需要更高的谐波衰减、甚至可以将单个运算放大器压入三阶低通服务中。

    如果您决定使用有源滤波器解决方案、可以使用 TI 的 FilterPro 或 Webench 滤波器设计器程序来合成滤波器。 如果您需要帮助、我们可以帮助您进行滤波器合成。

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    尊敬的 Kai:

    我使用 ISO7710F、其默认输出为低电平。 当 C3和 C4完全放电并且输出微控制器从低电平变为高电平时、瞬态级中的电压会发生变化、反之亦然。电路在这些级中是否会出现问题?

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    您好、Samuel、

    不存在危险、因为 ISO7710的输出电流以及流入电容器 C3和 C4的电流都受到 R10=20k 的限制。

    Kai

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    尊敬的 Kai:
    在您的电路中、低通滤波器(R10、C3)的截止频率为1.17kHz、但我无法计算高通滤波器的截止频率。 请说明。
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    您好、Samuel、

    让我们运行 TINA-TI 仿真:

    右侧的10k 来自 DRV135的输入阻抗。

    Kai

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    尊敬的 Kai:
    Simulation 正在修复值 P1,可以为 P1的高值和低值运行仿真?“通带”频率范围的峰值是多少? 在图片中、我可以看到380Hz 是中心频率、对吧?
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    Kai

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    尊敬的 Kai:

    如果 R2的值降至10欧姆、会对截止频率产生什么影响?

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    您好、Samuel、

    这不会产生明显的效果。

    Kai

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    尊敬的 Thomas:
    我考虑 Kai 的简单解决方案、因为我不需要对方波产生高效应。 我不知道如果我对微控制器输出频率进行重新编程,那么高通和低通的滑动滤波器截止频率如何以1.4kHz 为中心。
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    您好、Samuel、

    根据 Kai 提供的仿真、对于每个不同的增益设置、1.4kHz 似乎处于高频滚降的开头。 他的仿真显示、P1越高、设置为高端、截止频率上限-3dB 越低。 谐波将根据其在滚降曲线上的位置进行衰减。 低频截止在 P1范围内仅移动几赫兹。

    还有其他您需要的东西吗?

    此致、Thomas
    精密放大器应用工程
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    尊敬的 Thomas:
    没错、1.4kHz 接近高频滚降、因此我希望在高通时将截止频率更改为2kHz、在低通时将截止频率更改为500Hz、在中心位置将截止频率更改为1.4kHz。 我不知道如何计算或放置每个电容器和电阻器的值、您能告诉我如何计算它吗?
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    您好、Samuel、

    我已经为您模拟了我的方案、并突出显示了-3dB 转角频率。 根据20k POT 设置、低通转角频率从2.5kHz 移位至4.8kHz。 这是为了实现这一目的、因为转角频率越高、低通滤波将变得无用、而方波的较高谐波将使您的耳朵失去功能。

    你到底想要什么? 中心频率为1.4kHz 的带通? 还是要将低通转角频率向下移动到较低的频率?

    Kai
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    您好、Samuel、

    无源电路虽然看起来非常简单、但具有非常涉及的传递函数(请参阅下文)。 推导任何部分汽车压实值都非常涉及并且耗时。 更改电位计抽头位置对高端-3dB 截止频率的发生有很大影响、而对-3dB 低频切点的影响则小得多。

    根据目前的设计、-3dB 频率之间的距离很远;低端上大约为15Hz、而电位计处于中间位置时、高端上大约为2.1kHz。 但是、当尝试将低端截止频率提高到500Hz、同时保持接近2kHz 的高端截止频率时、此无源滤波器电路会变得复杂。 基本上、 低频截止的高通极点和高频截止  的低通极点彼此非常接近。 本质上、它们的响应相互切分、   并且在通带内出现区域衰减。

    如果您确实需要具有精确500Hz 和2kHz 截止频率的体面带通响应、以及在调整增益电位器时保持这些响应的能力、我建议改用有源运算放大器滤波器。

    此致、Thomas

    精密放大器应用工程

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    塞缪尔

    我们尚未收到您的消息、因此我们假设这已解决了您的问题。 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