Всем привет!
В очередной раз про ОУ, продолжаем про одноканальные…
Если интересно, начиналось всё тут:
www.drive2.ru/b/468064574919148412/ .
www.drive2.ru/b/593812971008833427/
www.drive2.ru/b/593840183921643636/
www.drive2.ru/b/593840183921653551/
Напоминаю, что пишу посты в основном для себя, чтобы информация всегда была под рукой. Может кому полезно будет. Информация собрана с различных форумов. Верить или не верить ей каждый решает сам…
2) на сегодняшний день таки есть ОДИН тип опера, который в звуковом
диапазоне является «стелсом» – это AD8099. Питалово +/- 5 В. В винил-корректор только, причем даже не на выход. Ну или на выхлоп ЦАПА —
там в самый раз. И никто его там не отличит от куска провода.
А в усилитель – ставить нечего.
3) опер будет «прозрачен» в звуковом диапазоне, если его АЧХ без ООС
будет гладкой (горизонтальная прямая, полное усиление) ВО ВСЕМ
звуковом диапазоне. Тогда – ДА! Но это означает первый полюс АЧХ
на частоте порядка 200 (двести) килогерц. Назовите мне такой опер
(кроме AD8099), и я его с радостью поставлю и в пред, и в драйвер!
АУ! Где он? Нету…
GaLeX
INDIGOtech несколько ускорил события, ибо я отдыхал на лоне природы, а он в сиё время начал ветку. Вместе с коллегой мы попробуем немного систематизировать те разрозненные знания и информацию, по этим удивительным, но в то же время ставшим столь привычными приборами.
Дабы не утомлять уважаемых коллег теорией работы ОУ, по данному вопросу рекомендую почитать информационные материалы фирм AD и TI, там есть очень много в ОЧЕНЬ доступной форме.
Попробую заострить внимание на тех параметрах ОУ, которые желательно принимать во внимание при выборе данных приборов для работы в ПКД и линейных каскадах.
Итак, поехали.
1) АЧХ и устойчивость. В большинстве своем (особенно ОУ 1 и 2 поколений) – это низкочастотные приборы, первый полюс АЧХ которых находится на частотах 1…200Гц. Далее у скорректированного ОУ АЧХ спадает с крутизной 6дБ/окт. Это означет, в первом приближении, что по графику его АЧХ без ООС можно определить глубину ООС на любой частоте при любом усилении.
Для выбора усиления и сохранения устойчивости прибора нужно принимать в расчет кроме АЧХ и ФЧХ. Фазовый сдвиг на выходе ОУ не должен превышать 90 гр в точке пересечения прямой, равной усилению каскада с цепью ООС на постоянном токе и АЧХ усилителя без ООС. Косвенно можно сделать вывод об устойчивости по нахождению второго полюса АЧХ – точки, где скорость спада АЧХ становится равной 12дб/окт. Прямая усиления на пост. токе всегда должна пересекать АЧХ ОУ без ООС выше этой точки.
У хороших ОУ с коррекцией устойчивости до единичного усиления, второй полюс расположен обычно ниже 0дБ на 3…6дБ. К таким из низкочастотных относятся OPA627, AD845, LT1122, AD843, AD841 и ряд других.
В некоторых ОУ, напр. AD843, AD841, более широкополосных по сравнению с аналогичными, повышение быстродействия и смещение первого полюса на частоты около 1кГц достигнуто за счет больших токов питания каскада УН и выхода.
В ОУ 3 и 4 поколений каскады первый полюс расположен на частотах 5…100кГц, но усиление на пост. токе несколько меньше за счет применения не двух, а одного усилительного каскада (каскад УН совмещени с дифкаскадом или образуют сломанный каскод). Это AD817, AD826, AD825 и др. Кроме широкополосности такие ОУ характеризуются повышенной собственной линейностью (без ООС). В ряде подобныхОУ применяется т.н. схема с ТОС и буферизацией инвертирующего входа. Классические примеры (отличающиеся, кстати и превосходными звуковыми свойствами – LM6171 и LT1363.
2) схемотехническое построение ОУ. Как известно, наибольшие искажения вносит каскад с ОЭ. Их большой уровень и жесткий спектр не позволяют ООС, охватывающий усилитель эффективно подавлять высшие гармоники и искажения сигналов частотами выше 1…2кГц. Поэтому нужно обращать внимание, на то, как построен каскад усиления напряжения в ОУ. Лучший вариант – каскод или сломанный каскод (AD797, AD817, AD829, AD825) Несколько хуже – дифференциальный каскад (OPA627) и связка ЭП+ОЭ (AD845, LT1122) либо симметричные токовые зеркала (AD823, AD8041, AD8055). Хуже всего – простой каскад с ОЭ (NE5532, LM833 и клоны (NJM4558 и т.п., отрыжка советского производства 157УД2)
Входной каскад может быть как на биполярных, так и на ПТ. При этом первый, если не приняты специальные меры по линеаризации (резисторы в цепи эмиттеров, классический пример – LM118, AD841, AD817), очень чувствителен к перегрузкам и ВЧ-помехам и может стать основным источником искажений ОУ. В частности, нужно ОЧЕНЬ аккуратно применять AD797, NE5534 и подобные с точки зрения входного каскада без эмиттерных резисторов или с оными малой величины.
Входной каскад на ПТ гораздо менее чувствителен ко всякой дряни на входе, но имеет собственные недостатки. В частности, большая паразитная емкость затвор-подложка, сильно нелинейна в зависимости от синфазного входного напряжения и может вызывать т.н. «водные искажения очень большого уровня на частотах выше 2…5кГц и сопротивлении источника сигналов более 5…10кОм. Причем этот эффект наблюдается только в неинв. включении и тем сильнее, чем больше синфазное входное, т.е. максимален в повторителе. ОУ с диэлектрической изоляцией (ОРА627, AD8610) в заметной мере избавлены от данного эффетка, но, к сожалению, не полностью.
Минимальны входные искажения у ОУ с минимальной входной емкостью, либо изоляцией диэлектриком (OPA627, биполярный повторитель LM110, AD823, AD8610)
Выходной каскад определяет способность работы ОУ на низкоомную нагрузку и цепь ООС. Наилучшими свойствами обладают симметричные каскады типа «параллельного повторителя» (AD797, AD817, LT1363, LM6171, AD845, AD825 и др.) или комплиментарного повторителя со смещением (ОРА627, OPA671, LM833). Неплохо работают квазикомплиментарные каскады с большим током покоя (AD843, LT1122). Хуже всего – комплиментарные и квазикомплиментарные каскады с малым током покоя – они плодят большие и жесткие искажения уже на нагрузках 5.8 кОм и ниже (AD744, NE5532, OPA604, 574УД1).
Особняком стоят ОУ с rail-to-rail выходом. Их вых. каскад – это каскад с ОЭ, но для снижения искажений в современных приборах 3 и 4 поколений используют специальные схемы типа симметричных токовых зеркал. ОУ с такими выходными каскадами могут обеспечивать превосходные параметры и отличное звучание. Как пример можно назвать AD823 и AD8065.
3) Скоростные и частотные свойства. Это весьма важный момент, по сути он определяет частотный диапазон постоянства глубины ООС и спектр искажений усилителя с ООС. Здесь особняком стОят так называемые ОУ с ТОС, обеспечивающие очень высокие скорости нарастания (до 10000В\мкс) и полосу усиления – до 1.5…2ГГц. Среди таких – AD811, THS3001, THS3062, EL2030, OPA603, мощные AD815, LT1795, THS6012 и множество других). Эти ОУ отличае очень низкий уровень и мягкий спектр искажений в звуковом диапазоне, высокая нагрузочная способность, большие входные токи и токи смещения, а также низкоомный инв. вход без ООС. Эти особенности делают данные ОУ крайне удачными для применения в преобразователях ток-напряжение и буферных каскадах при работе с источником сигнала с низким и стабильным выходным сопротивлением.
ОУ с обычной ООС (ООСН) в большинстве своем менее быстродействующие, но имеют эквивалентные входы и меньшие входные токи и токи смещения, что расширяет области их применения. Кроме того, по принципу своей работы, ОУ с ТОС не терпят емкости в цепи ООС, приводящей к самовозбуду, а это сильно ограничивает область их возможного применения.
Из классических широкополосных ОУ с ООСН наиболее известны и распространены AD817, AD829, AD825, AD826, AD8065, LT1363, LT1364, LM6171, LM6181, THS4041, OPA642, OPA671 и низковольтные AD8041, AD8047, AD8055.
Естественно, что у других фирм есть свои
В последние годы появились сравнимые по быстродействию ОУ с классической ООС, напр. THS4302, AD8045, но они, как правило, низковольтные, что определяет резкий рост искажений при увеличении амплитуды сигнала на выходе более +\-1В.
Вкратце примерно так. Конечно, тема ОЧЕНЬ обширна, и охватить ее в одном очень кратком мессе невозможно. Более того, будет интересно прочитать мнения о иных типах ОУ. Далее, в ближайшие дни, попробую коснуться других свойств ОУ, помимо вышеперечисленных.
> 1 – как у AD826 с устойчивостью, может ли он «завестись» в схеме LPF (питание зашунтировано по
> 0.1мф сразу около питательных ног)?
> 2 – нормальна ли рабочая температура около 40–50 градусов для AD826 при питании +/-12в (при
> касании пальцем ощущается легкое жжение)? Не является ли это показателем возбуда (так же, как и
> небольшой недостаток на ВЧ)?
1) AD826 – это два AD817 в одном корпусе с уменьшенными токами каскадов. Они устойчивы до К = 1 с запасом 2дБ, т.е. достаточно большим. Самовозбуд может иметь место при неудачной трассировке или шунтировании питания и обычно легко устраняется полипропиленовыми Wima FKP 2? рядом с корпусом микросхемы, что у Вас уже сделано. Поэтому самовозбуд маловероятен.
Температура 45…50С – нормальная рабочая для большинства широкополосных ОУ. В ряде случаев может быть и выше.
недостаток ВЧ скорее всего связан с тем, что фильтр расчитывался под ОР275, а характеристики фильтра связаны с петлевым усиление ОУ. У 275-го оно на частотах выше 10кГц довольно мало и номиналы ФНЧ будут отличатся от расчетных для идеального ОУ. У 817 петлевое усление уже на частотах выше 1…3кГц значительно выше и ФНЧ нужно пересчитать.
Насчет ОР275 и другиОУ “for audio”. В большинстве случаев такая надпись означает, что данные приборы более ни на что не пригодны…
> Смиренно прошу не разрывать на части. Вопрос: стандартные ОУ типа
> TL-08X могут иметь применение в звуке?
Да, могут. Например в стабилизаторах питания или усилительных каскадах аппаратуры среднего класса.
У них есть очень серьезные недостатки:
1) низкая частота 1-го полюса и малый К на пост. токе, а, соответственно малое петлевое усиление на частотах уже выше 1кГц.
2) Вызванный 1-м пунктом быстрый рост искажений с ростом частоты сигнала и жесткий спектр гармоник, особенно на частотах выше 3…5кГц.
3) Большая и нелинейная входная емкость
4) Большая собственная (без ООС) нелинейность.
5) Большой уровень избыточного шума на низких частотах.
6)Довольно низкая нагрузочная способность и малый ток покоя выходного каскада.
…
В I\U преобразователе OPAMPs следовало бы расположить в следующем порядке: AD811, AD8099, AD825, OPA627. BUF634 для этого устройства вообще непригодны.
Lynx
я думаю, Что Алекс Никитин не обидится на меня, привожу его текст без спроса .
…
разных ОУ в одном и том же применении – на выходе ЦАПа, в данном случае CS43122 (или 4396 – они довольно близки). Примерно те же результаты получились при использовании этих же ОУ в фильтре четвёртого порядка на выходе CS4390. Сразу хочу оговориться, что этот результат только для данных приложений. Я опубликовал эти результаты некоторое время назад на форуме RME-Audio, и несколько человек (профессиональные музыканты или звукорежиссёры) поэкспериментировали с заменой операционников в своих профессиональных АЦП-ЦАПах и звуковых картах произведённых RME, и в целом согласились с моими выводами. Все тестированные ОУ – сдвоенные, и находятся в «разумной» ценовой категории – самый дорогой стоит что-то около 5 долларов.
По порядку от худшего к лучшему:
1) NE5432 и JRC4580 – одни из лучших результатов по измерениям искажений и шумов, но звук – как бы это сказать – «затянутый вуалью», как будто покрытый чем-то.
2) OPA2604 – звук значительно точнее, но приобретает неприятный оттенок «искусственности», особенно в области высоких частот, от него быстро устаёшь.
3) OP275 – мягче чем 2604, но с некоторой «окраской» звука, приятнее, но всё равно не совсем «живой», а просто приукрашенный дохлый .
4) OPA2134 – звук похож на 2604, но неприятный «привкус» на порядок менее заметен. Я использовал 2134 в чисто аналоговых цепях и он весьма «прозрачен», но на выходе ЦАПа условия не слишком подходящие для большинства ОУ и он «не тянет». Хотя конечно сравнить его с 5532 и улучшение заметно. Этот ОУ хорошо работает на входах АЦП.
5) В эту категорию входят несколько «современных» ОУ, в первую очередь разработанных для ADSL. Они похожи высокой скоростью, малыми искажениями при работе на высоких частотах и на низкоомную нагрузку (искажения порядка 0,01 % на 500 кГц – 1 МГц, и, как правило,
Creek Web Site
Продолжение
5) В эту категорию входят несколько «современных» ОУ, в первую очередь разработанных для ADSL. Они похожи высокой скоростью, малыми искажениями при работе на высоких частотах и на низкоомную нагрузку (искажения порядка 0,01% на частотах 500 кГц – 1МГц, и, как правило, менее 0,0005 % на звуковых частотах). Любой из этих усилителей легко обыгрывает в звуке все упомянутые выше и даёт чистый, детальный и в целом приятный звук на выходе ЦАПа, и хотя они таки слегка отличаются друг от друга, я здесь привожу все прослушанные ОУ из этой категории в порядке моего личного предпочтения – опять от «худших» к лучшим:
AD826
LM6172 – очень любопытный «гибрид», сочетающий скорость ОУ с токовой обратной связью – 3000 в/мкс – и простоту применения «нормального» усилителя с ООС по напряжению.
THS4082 – почти так же хорош как 4062, но потребляет только половину мощности.
6) Только один из прошедших через мои руки ОУ – THS4062 -звучал «натурально» – не просто чисто и детально, но как бы без усилия создавая музыку – те же самые диски хотелось слушать снова. Слова, конечно, затасканные, но это именно было моё впечатление каждый раз когда я вставлял эту микросхему. Одна возможная проблема с этим ОУ – он жрёт довольно много мощности, особенно при +/- 15 вольтах питания – порядка 0,6 Ватта без сигнала и требует хорошего охлаждения. Это может быть как раз и причина лучшего звука – похоже выходной каскад работает практически в классе А в этой схеме.
Примечания:
1) эти результаты получены в конкретной схеме, хотя я заменял на 4062 ОУ в других применениях с хорошим результатом, учитывая, разумеется (2)
2) 4062 и остальные ОУ из пункта 5 обладают большими (порядка 1–3 мкА) входными токами и заметным шумовым током, то есть шумы увеличиваются при применении больших номиналов резисторов (более 2–5 кОм) – в целом это не создаёт проблем на выходе ЦАПа.
3) При замене ОУ я, естественно, измерял шумы и искажения в звуковом диапазоне и проверял на отсутствие возбуждения. Мерялись все вышеперечисленные ОУ вполне пристойно – с CS43122 искажения не превышали 0,001% от 20 Гц до 20 кГц (менее 0,0005% на 1 кГц)
Алексей
На этом пока всё.
Продолжение следует…