Ustawianie impedancji wyjściowej audio dla ochrony wyjściowej

Buduję moduł syntezatora modułowego, zgodnie ze standardem Eurorack . Jest to więc moduł przeznaczony do podłączenia do innych modułów za pomocą kabli krosowych.

Chociaż powyższa strona standardowa nie określa impedancji wyjściowej dla modułów wyjściowych, wydaje się, że ogólnie jest to w zakresie . Impedancja wejściowa jest określona jako 100 k Ohm . Ponieważ moim końcowym stopniem wyjściowym jest wzmacniacz oparty na opampie, muszę specjalnie obniżyć impedancję, ponieważ sam wzmacniacz operacyjny dałby bardzo niską impedancję wyjściową. Ponadto, ponieważ użytkownik może podłączyć dowolne wyjścia i wejścia, należy się spodziewać, że wyjście może być zwarte do dowolnego napięcia w zakresie od - 12 V do + 12 $100\Omega - 1k\Omega$$100\mathrm{k}\Omega$$-12\mathrm{V}$$+12\mathrm{V}$(szyny zasilania systemu) przez użytkownika; na przykład użytkownik może połączyć ze sobą dwa wyjścia i chociaż nie zrobi to nic sensownego, moduły nie powinny zostać uszkodzone.

W Internecie mogę znaleźć dwa różne sposoby, aby to zrobić. Oczywisty obwód wzmacniacza operacyjnego, po którym następuje rezystor:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

lub umieszczenie rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego:

^{zasymuluj ten obwód}

W obu przypadkach ustawia impedancję wyjściową.$R3$

Uzasadnieniem tego drugiego jest to, że ponieważ sprzężenie zwrotne jest pobierane z rzeczywistego węzła wyjściowego, w normalnych warunkach wyjście ma efektywnie bardzo niską impedancję, ale mimo to opornik chroni zbyt duży prąd przed pobraniem: jeśli szyny zasilające wynoszą , następnie co najwyżej $\pm 12 \mathrm{V}$ (dla R 3 = 1 k Ω ) można narysować przed nasyceniem wzmacniacza operacyjnego (chociaż w praktyce TL07x nasyca się wcześniej, ponieważ nie może emitować tak dużej ilości prądu ).$24\mathrm{V}/R3\ = 24\mathrm{mA}$$R3 = 1\mathrm{k}\Omega$

Są tutaj dwa powiązane pytania

1. Czy ten ostatni sposób jest rzeczywiście zalecany i bezpieczny dla mojego modułu i każdego innego (rozsądnie zaprojektowanego) modułu, do którego można podłączyć? Powodem, dla którego mam wątpliwości, jest to, że patrząc na moduły na wolności, pierwszy sposób wydaje się być o wiele bardziej powszechny, więc myślę, że jest jakaś wada, której nie zdaję sobie sprawy. Z drugiej strony, tylko bezpośrednie wyjście ze wzmacniacza operacyjnego wydaje się być dość powszechne ...
2. W tym ostatnim przypadku działa naprawdę jako ogranicznik prądu, więc jestem skłonny faktycznie korzysta znacznie większy opór, powiedzmy około 10 k Ω , tak że prąd maksymalny jest ustawiony przez rezystor, a nie zdolność wyjście op-amp . Czy to rozsądne?$R3$$10\mathrm{k}\Omega$

Aktualizacja:

Aby odpowiedzieć na brakującą specyfikację Olina: użytkownicy nie zakładają, że pasywne mieszanie przez zwarcie wyjść będzie działać (i rzeczywiście impedancja wyjściowa innych modułów jest różna, więc nie jest niezawodna). Zasadniczo każde zachowanie, które nie uszkadza modułów, jest dopuszczalne.

Z drugiej strony, ponieważ wyjście tego modułu i tak nie jest tak naprawdę użyteczne jako napięcie sterujące (ze względu na naturę modułu), niewielka strata z powodu rezystora zewnętrznego nie ma większego znaczenia; dla audio to tylko niewielki spadek głośności.

Na koniec, czytając ten wątek , zauważam, że jednym potencjalnym problemem związanym z drugą opcją jest to, że wzmacniacz operacyjny musi bezpośrednio sterować dowolną pojemnością wyjściową. Ogólnie rzecz biorąc, modułowe kable krosowe są dość krótkie, ale istnieją również moduły wielkości ściany, które mogą wykorzystywać dłuższe kable krosowe.

W końcu myślę, że skłaniam się ku pierwszej opcji, przede wszystkim w celu uniknięcia problemów z pojemnością kabla, a ponieważ wada (niewielka utrata sygnału) nie jest tak naprawdę ważna. Ale wszelkie myśli i spostrzeżenia są nadal mile widziane!

Aktualizacja 2:

The $C_f$$C_L$

Więc wniosek z poprzedniej aktualizacji nadal obowiązuje, pierwszy obwód jest lepszym wyborem, gdy nie znamy obciążenia.

Wybór obwodu zależy od specyfikacji, których nam nie powiedziałeś. Ważnym pytaniem jest, co dokładnie ma się zdarzyć, gdy użytkownik połączy wyjścia dwóch z tych rzeczy?

Jeśli tak naprawdę nie są przeznaczone do połączenia ze sobą, to rezystor służy tylko do ochrony. W takim przypadku Twój drugi obwód jest lepszy. Ustawiasz wartość rezystora tak, aby nie przekraczała zdolności prądu wyjściowego opampa w najgorszych przypadkach.

Jeśli wiele modułów ma być ze sobą powiązanych i musisz uzyskać średni wynik, musisz użyć pierwszego obwodu. Tak byłoby na przykład, gdyby w specyfikacjach dozwolone było połączenie lewego i prawego kanału, aby uzyskać monofoniczny dźwięk. W takim przypadku rezystor musi mieć dowolną określoną impedancję wyjściową każdego modułu. Jeśli mają one uśredniać przez zwarcie, wówczas każda musi mieć określoną i kontrolowaną impedancję. Impedancja musi być określona przez normę.

Na przykład, jeśli wybierzesz 1 kΩ, a ktoś inny wybierze 10 kΩ, wówczas połączenie dwóch modułów nie da średniej zgodnie z przeznaczeniem. Otrzymany sygnał to 10/11 części z twojego modułu i 1/11 części z drugiego modułu. Aby schemat uśrednienia zadziałał, wszystkie impedancje muszą być równe, a zatem uzgodnione z wyprzedzeniem.

Oba obwody reagują inaczej na obciążenie zewnętrzne GND. Wykorzystując ekstremalny przypadek do zademonstrowania, załóż rezystor 1 K do GND jako obciążenie. W pierwszym obwodzie napięcie wyjściowe opampa nie zmienia się, wzmocnienie obwodu nie zmienia się, ale napięcie zewnętrzne spada o 50%.

W drugim obwodzie masz teraz 50% tłumik w pętli sprzężenia zwrotnego. Wcześniej prawy koniec R2 (68K) był podłączony do źródła napięcia zerowego. Teraz jest podłączony do równoważnego napięcia Thevenin, które jest 1/2 napięcia wyjściowego opampa, poprzez równoważny rezystor 500 omów.

Zatem wartość rezystora sprzężenia zwrotnego jest różna, co zmienia wzmocnienie obwodu, a napięcie sprzężenia zwrotnego jest bardzo różne, co naprawdę zmienia wzmocnienie. Napięcie wyjściowe opampa podwoi się (w przybliżeniu) podczas próby zamknięcia pętli. Zewnętrzne napięcie wyjściowe nie spadnie znacznie, dopóki opamp się nie nasyci. Czy coś takiego.

Większość wzmacniaczy operacyjnych ma wbudowane krótkie cct. ochrona już która, gdy używasz negatywnego sprzężenia zwrotnego, jest drugą metodą. Dlatego OA mają tak niski limit prądu.

Wadą jest obciążenie pojemnościowe kabla Ic = CdV / dt wymaga obliczenia napięcia zasilania i. Tutaj, aby zagwarantować, że projekt uniknie ograniczenia nasycenia lub ograniczenia prędkości narastania. Dlatego nierozsądne jest podnoszenie napędu powyżej Zo kabla.

Zrobiłbym pierwszy, ponieważ ładuje on wzmacniacz operacyjny niezależnie, gdy jest sumowany do innego efektu / etapu, gdy inne są połączone równolegle. Dodatkowy efekt uboczny polegający na obciążeniu zwarć wyjściowych (ze względu na podłączenie wyjścia poza punktami łaty) jest również mile widziany. Nie martwiłbym się impedancją, ponieważ wróci do niezrównoważonego wejścia hi-z na mniej niż 3 metry.