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Operationsverstärker sind einige der wichtigsten Komponenten in der analogen Elektronik. Mit ihrer Hilfe können wir verschiedene mathematische Operationen mit elektrischen Signalen durchführen. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie der Operationsverstärker TL072 von Texas Instruments uns bei der Implementierung elektroakustischer Schaltungen nützlich sein kann.
Die wichtigsten Parameter des TL072 Operationsverstärkers
- Anzahl der Kanäle: 2
- Spannungsanstiegszeit: 13V/µs
- Unsymmetrische Eingangsspannung: 1mV
- Temperatur-Drift der Nicht-Gleichgewichtsspannung: 2 µV/°C
- Stromverbrauch: 940 µA/Kanal
- Rauschpegel: Vn = 18 nV/√ Hz bei f = 1kHz
- Gesamte harmonische Verzerrung THD: 0,003%.
- Versorgungsspannungsbereich: ±2,25V – ±20V oder 4,5V bis 40V
TL072 - Kopfhörerverstärker Anwendung
Kopfhörer gehören seit vielen Jahren zu unseren alltäglichen Gebrauchsgegenständen, genau wie viele andere Geräte der Unterhaltungselektronik, die wir täglich in die Hand nehmen. Außerdem mag wohl niemand eine schlechte Klangqualität, bei der es manchmal den Anschein hat, dass das Signal-Rausch-Verhältnis nahe bei Eins oder sogar unter Eins liegt – aus diesem Grund lohnt es sich, einen eigenen Kopfhörerverstärker zu bauen, um die bestmögliche Klangqualität zu erhalten. Ein solches Gerät kann mit leicht erhältlichen, preiswerten elektronischen Bauteilen gebaut werden, z.B. mit dem J-FET TL072 Dual-Operationsverstärker von Texas Instruments.
Der TL072-Verstärker zeichnet sich durch eine niedrige Eingangsunsymmetriespannung (typischerweise 1mV), eine hohe Spannungsanstiegsrate (13V/µs) und einen niedrigen Ko-Signal-Dämpfungsfaktor in Bezug auf die positive Versorgungsspannungsschiene aus. Aus diesen Gründen ist der TL072 eine hervorragende Wahl für Anwendungen, bei denen niedrige Herstellungskosten und hohe Leistung entscheidend sind..
Prezentowany tutaj obwód wzmacniacza słuchawkowego Hi-Fi, wykorzystuje niskoszumowy wzmacniacz operacyjny TL072 do selektywnego wzmacniania sygnały z kanału lewego i prawego – ponieważ oba kanały słuchawek są takie same, wyjaśnimy jak działa po prostu jeden z nich.
Am Eingang J1 wird ein Eingangssignal angelegt, das durch den Kondensator C1 geleitet wird, um die Gleichstromkomponente aus dem Eingangssignal zu eliminieren. Die Lautstärke des Eingangssignals wird mit dem Potentiometer VR1 eingestellt. Dies führt zu einer Ausgangsimpedanz von 47k, die dem Widerstand des Potentiometers VR1 entspricht. In dieser Schaltung arbeiten beide Kanäle des TL072 in einer nicht-invertierenden Verstärkerkonfiguration. Der Ausgang des linken Kanals liegt an Pin 1 des TL072-Verstärkers, und der Polarisierungsstrom wird an die Basen der Transistoren Q1 und Q2 angelegt. Die Widerstände R3 und R4 konfigurieren diese Transistoren für den Betrieb in Klasse A. Die wichtigsten Elemente der Topologie, die in Klasse A arbeitet, sind zwei weitere Widerstände, nämlich R5 und R6. Sie werden benötigt, um die Stabilität des Ausgangs zu verbessern, indem der Pegel des Rückkopplungssignals dort eingestellt wird. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers TL072 empfängt das Rückkopplungssignal, wenn der Widerstand R2 eingeschaltet ist. Die Werte der Widerstände R1 und R2 bestimmen die Verstärkung des Operationsverstärkers.
TL072 in der Rolle des Mikrofonvorverstärkers
Auf der Grundlage des TL072 IC können wir auch einen Mikrofonvorverstärker bauen. Das Prinzip dieser Schaltung ist wie folgt: Der Widerstand R1 versorgt das Elektretmikrofon, das Teil eines FET-Verstärkers ist, mit Strom. Hier wird ein Widerstand von 2k bis 10k empfohlen, aber je höher der Wert dieses Widerstands ist, desto besser ist die Kanaltrennung. Ein anderes Mikrofon kann Polarisationsstrom aus derselben Versorgungsspannungsschiene beziehen.
Es hat sich herausgestellt, dass höhere Werte dieses Ausgangswiderstands auch die Verzerrung verringern. Die besten Polarisationsschaltungen werden erreicht, indem man einen Pfad an der Unterseite des Elektretmikrofongehäuses schneidet, um einen zusätzlichen Drain- und Source-Widerstand anschließen zu können. Ein 2,2uF-Kondensator blockiert die konstante Polarisationsspannung vom Eingang und bildet in Kombination mit einem 27k-Widerstand einen Hochpassfilter.
Die Ausgangsimpedanz der Schaltung wird durch zwei 27k-Widerstände und einen 10k-Widerstand eingestellt. Die positive Versorgungsspannungsschiene ist über einen 47uF-Kondensator mit Masse verbunden. Die 27k-Widerstände bilden einen Spannungsteiler, der die Hälfte der Versorgungsspannung an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers anlegt. Es handelt sich also um zwei parallel geschaltete 27k-Widerstände, die zusammen mit einem 10k-Widerstand einen Widerstand von 13,5k ergeben, wodurch die Eingangsimpedanz ca. 6k. Wenn wir die korrekte doppelte Versorgungsspannung bereitstellen, benötigen wir den oberen 27k-Widerstand nicht, da der Eingang nicht mehr gegen Masse gepolt sein muss. Die Rückkopplungsschleife hat hier zwei Widerstände 27k und 1,5k, die den invertierenden Eingang mit Masse verbinden. Wenn beide Widerstände in der Schaltung sind, liegt die Verstärkung knapp unter 2. Der 27k-Widerstand kann mit einem Schalter kurzgeschlossen werden – in diesem Fall bestimmt nur der 1,5k-Widerstand die Verstärkung, indem er auf 23 gesetzt wird. Ein 10uF Kondensator in der unteren Hälfte der Rückkopplungsschleife reduziert die DC-Verstärkung auf ca. Einheit.
Wenn ein DC-Eingangs-Offset verstärkt wird, würde dies zu einem größeren Offset am Ausgang führen, wodurch der Ausgangspegel in Richtung einer der Schienen gedrückt und die Versorgung reduziert würde. Bei einer Verstärkung von 23 ist dies bei den erwarteten Eingangspegeln unwahrscheinlich. Ein optionaler 2pF-Kondensator, bezogen auf den 33k-Widerstand, stellt den Hochfrequenzabfall ein. Die Grenzfrequenz liegt in den Hunderten von kHz. Sie muss über 20 kHz hinausgehen, um eine kleine Phasenverschiebung bei Audiofrequenzen aufrechtzuerhalten, und auch, weil die Ausgangsleistung lange vor dem Abschalten des Signals zu sinken beginnt. Operationsverstärker können bei diesen Frequenzen ohnehin keine ausreichende Verstärkung aufrechterhalten, und ihre Ausgangsleistung nimmt bereits ab, aber die Begrenzung macht die Schaltung stabiler, obwohl sie wahrscheinlich auch ohne sie funktionieren wird. Es ist wahrscheinlich, dass die 2pF-Kapazität direkt von den Leiterplattenpfaden kommt, und die Operationsverstärker sind jetzt ziemlich gut kompensiert, so dass sie nicht wirklich benötigt wird.
Die 100R-Widerstände dienen zum Teil der Strombegrenzung und dem Schutz des Operationsverstärkers im Falle eines Kurzschlusses am Ausgang, aber Operationsverstärker haben ohnehin einen internen Schutz. Sie ermöglichen es dem Operationsverstärker hauptsächlich, kapazitive Lasten ohne Oszillation zu steuern. Ein 2,2uF-Kondensator am Ausgang blockiert den Gleichstrom, wobei der Wert nicht besonders wichtig ist. Dieser Kondensator bildet auch einen Hochpassfilter mit einem 10k-Potentiometer. Diese Anwendung bietet auch einen Verpolungsschutz für die Versorgungsspannung in Form einer Reihengleichrichterdiode.
