¿Por qué es que "una sola tensión de alimentación rara vez se utiliza para mezcladores de audio"?

Estoy leyendo " Una colección de circuito de amplificador operacional de suministro único " y en el párrafo sobre la suma (página 9) leí " un voltaje de suministro único rara vez se usa para mezcladores de audio. Los diseñadores a menudo empujan un amplificador operacional hasta, y a veces más allá de los rieles de voltaje recomendados para aumentar el rango dinámico ".

¿Esto todavía se aplica? ¿Los amplificadores operacionales contemporáneos de un solo suministro tienen un rango dinámico limitado para las aplicaciones de mezcla? Si este es el caso, ¿para cuántos canales el amplificador dinámico de señal suma necesita amplificadores operacionales de suministro dividido?

circuit-design

— John Am
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Debes tener cuidado al hablar usando la palabra ancho de banda con amplificadores operacionales. El ancho de banda se refiere al rango de frecuencia, el rango dinámico se refiere al rango de amplitud.

— jalalipop

¿Por qué se rechaza esto? Parece relevante para el diseño electrónico, y no es un problema de tarea sin el trabajo mostrado.

— Bort

¿Quizás porque no hay amplificadores operacionales de suministro único y doble, solo circuitos de suministro único y doble?

— Finbarr

@Finbarr Hay amplificadores operacionales de suministro único y doble. Claro, todos los amplificadores operacionales tendrán dos rieles de suministro, pero puede optimizar un opamp para trabajar desde el suministro negativo hacia arriba (o incluso por debajo del suministro negativo), que a menudo se denomina "opamp de suministro único" porque están destinados a simplificando los circuitos al permitir que el diseño use solo un riel de voltaje que necesita ser regulado.

— Joren Vaes

Algunos "errores" en el diseño del circuito han llevado a circuitos de sonido populares , y las personas que escuchan esos sonidos no saben o no les importa si se exceden los voltajes recomendados o máximos, por lo que es posible que exceder el voltaje de suministro recomendado para un amplificador operacional conduzca a un tipo específico de sonido que se considera agradable (o apropiadamente agresivo o algo) para muchos músicos y productores, etc. Sin embargo, no puedo citar un circuito de ejemplo específico.

— Todd Wilcox

Respuestas:

¿Por qué un voltaje de suministro único rara vez se utiliza para mezcladores de audio?

Debido a que en los circuitos de audio, los circuitos se vuelven mucho más simples cuando se usan con un voltaje de suministro simétrico (como +/- 15V). Si uno fuera a utilizar una sola fuente de 30 V (por ejemplo), entonces debe tomar medidas para polarizar DC las entradas de los opamps a un voltaje en algún lugar "en el medio", con una fuente de 30 V que sería +15 V.

También puede crear un riel de "CA de tierra" de +15 V a la polarización de CC de todas las entradas, pero a menudo es solo un pequeño paso para que la fuente de alimentación entregue +/- 15 V. Luego, todas las entradas pueden polarizarse de CC a 0 V que es "ordenado" y "fácil". Luego, las señales también se centrarán alrededor de 0 V (tierra) en lugar de agregarles +15 V CC.

Los diseñadores a menudo empujan un amplificador operacional hasta, y a veces más allá de los rieles de voltaje recomendados para aumentar el rango dinámico

¿Esto todavía se aplica?

Sí, en principio lo hace. El uso de la tensión de alimentación máxima realmente proporciona la oscilación de tensión de salida máxima que es lo que se necesita para alcanzar el rango dinámico más grande. Alimente un opamp con +/- 5 V e incluso el mejor opamp está limitado a un voltaje de salida de 10 Vpp. Use +/- 15 V y obtendrá una oscilación de voltaje de salida de 30 Vpp.

Sin embargo, no usar el voltaje de suministro recomendado (sino usar el máximo) podría generar problemas que podrían no estar enumerados en la hoja de datos. Pero, por lo general, no debería haber problemas a menos que exceda el máximo.

Todos los circuitos tienen un rango dinámico limitado, dependiendo del opamp obtienes más rango o obtienes menos.

No puede decir que la cantidad de canales está limitada por el rango dinámico. Siempre que tenga cuidado de que la señal sumada (corriente) esté por debajo de lo que el circuito puede manejar (la salida de opamp no se recortará), básicamente no hay límite en el número de canales.

— Bimpelrekkie
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La cantidad de canales puede estar limitada por el rango dinámico. Agregar entradas no aumenta el nivel máximo de entrada permitido, pero agrega ruido de entrada adicional al sistema. Por lo tanto, reduce su rango dinámico en 3dB cada vez que duplica la cantidad de entradas. Por supuesto, esto supone que el factor de ruido del amplificador es muy pequeño.

— Joren Vaes

@JorenVaes De hecho, eso es cierto suponiendo que sigas sumando señales usando las mismas resistencias de entrada de valor (V a I). Pero entonces también tendría que limitar los voltajes de entrada máximos (antes de sumar), de lo contrario la salida podría recortarse. En mi opinión, opamp en sí mismo no limita el rango dinámico al agregar más entradas. Creo que es más el propio sistema el que determina el nivel de ruido y, por lo tanto, el rango dinámico.

— Bimpelrekkie

De hecho, necesitaría limitar las señales, pero eso requeriría resistencias nuevamente, por lo que podría aumentar nuevamente el ruido. Dicho esto, estoy de acuerdo en que tiene más sentido hablar sobre el sistema en sí, ya que hay demasiadas variables para decir que es solo el amplificador operacional.

— Joren Vaes

¿Cuál es la diferencia entre alimentar un circuito desde -15 / + 15 rieles, o alimentar el mismo circuito desde 0 / + 30 rieles, aparte de donde usted elige medir los voltajes? ¿Seguramente los componentes reales ni siquiera sabrán si estás llamando a los potenciales uno u otro?

— hmakholm dejó a Mónica el

@HenningMakholm De hecho, no hay diferencia excepto por la elección del punto de base. Especialmente si en el caso 0 / + 30V se usaría una "tierra de señal" a +15 V, entonces los circuitos pueden ser idénticos. Solo cuando se conectan varios circuitos entre sí, se debe prestar atención, en lugar de usar el 0V como común, se deben usar +15 V. Esto es un poco contrario a la intuición y no es a lo que estamos acostumbrados. Luego, usar +/- 15 V hace que las cosas sean más fáciles de entender.

— Bimpelrekkie

Porque los diseños de suministro único apestan.

En un suministro dual, puede sesgar sus señales alrededor del suelo. Los condensadores de acoplamiento todavía pueden usarse, pero solo tienen que lidiar con las pequeñas compensaciones de CC que provienen de amplificadores operacionales imperfectos, no con grandes compensaciones de CC deliberadas.

En un sistema de suministro único, debe sesgar sus señales en otro lugar. Esto crea un par de problemas.

Es probable que cualquier fluctuación en el voltaje de polarización se convierta en ruido en la señal.
Es casi seguro que habrá un "ruido sordo" en el encendido cuando los condensadores de acoplamiento se carguen a sus niveles de estado estacionario. A menos que se tenga mucho cuidado, también puede haber golpes similares cuando se ajustan los controles de ganancia.

— Peter Green
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Las señales de audio son solo de CA. Todo por debajo de 20 Hz es ruido y se puede descartar. Por lo tanto, a menudo es conveniente diseñar el circuito de modo que el nivel de reposo de todas las señales sea 0. Eso significa usar un suministro de ±.

Empujar cualquier parte más allá del rango de voltaje especificado es un diseño irresponsable. Como ha habido y seguramente todavía hay ingenieros irresponsables por ahí, probablemente pueda encontrar productos en los que todavía se hace esto.

El ancho de banda de Opamp tiene poco que ver con el voltaje de alimentación. Los suministros bipolares de algunos circuitos de audio son convenientes para manejar señales simétricamente sobre tierra. No tiene nada que ver con el ancho de banda.

No, no vamos a Google para obtener información que debería haber estado en la pregunta. Ese es tu trabajo.

— Olin Lathrop
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Hay instrumentos musicales que pueden producir 8Hz, y 16Hz es relativamente común. Su límite inferior es al menos dos octavas demasiado alto.

— user207421

@EJP Solo si los altavoces o los sacudidores de piso / asiento pueden reproducirlo. Muchas latas de consumo baratas están haciendo bastante bien para alcanzar hasta 100Hz en espacio libre. Los altavoces "profesionales" de uso general a menudo se anuncian alrededor de 50Hz más o menos, con los subwoofers bajando (ligeramente). Además, ~ 20Hz es aproximadamente el límite inferior para escuchar ; todo lo inferior solo se siente, pero aún se suma a la experiencia si se hace bien, el equipo lo soporta y el edificio no se desmorona por el "terremoto". :-)

— AaronD

@EJP: 20 Hz a 20 kHz se considera audio "HiFi". Esta es una convención de la industria, basada en el rango de la audición humana. Incluso los subwoofers de gama alta no suelen llegar a 20 Hz. 20 Hz a 20 kHz es lo que se supone que la electrónica puede manejar para que no sea el factor limitante en un sistema general. Si desea que las personas sientan (no puede escucharlas) frecuencias por debajo de 20 Hz, entonces necesita algo más allá de un sistema de audio de alta fidelidad. Eso probablemente requeriría "agitadores", como se indica a los altavoces para las bajas frecuencias inaudibles.

— Olin Lathrop