Amplifier audio op-amp catu daya tunggal

Saya mencoba membuat penguat op-amp yang akan bekerja dari catu daya 5V tunggal, dan akan dapat memperkuat sinyal audio -100mV menjadi + 100mV menjadi sekitar puncak-puncak 1V atau lebih. Saya menemukan rangkaian ini dari artikel ini , yang sepertinya bisa berfungsi, tetapi saya mengalami kesulitan dalam menghitung nilai aktual:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dari artikel saya membaca bahwa R1 dan R2 keduanya harus sama dan sekitar 42kOhm untuk catu daya 5V. R4 seharusnya R3 + (0,5 * R1) dan itu saja ...

Jadi bagaimana saya akan menghitung kapasitor, nilai-nilai resistor diperlukan untuk sinyal frekuensi yang bervariasi dengan frekuensi maksimum sekitar 20kHz dan gain sekitar 5?

Terima kasih sudah membantu saya!

EDIT:

Dalam artikel tersebut penulis menulis dengan simbol tanah: "* STAR GROUND". Apakah benar-benar penting bahwa saya menggabungkan semua trans tanah dalam skema ke satu titik, atau dapatkah saya menggunakan pesawat ground di seluruh rangkaian?

Anda tampaknya benar-benar menemukan rangkaian yang masuk akal di internet. Saya mendengar ada di suatu tempat di luar sana.

Persamaan yang Anda kutip terlalu ketat. Daripada hanya memberi tahu Anda nilainya, lebih baik menjelaskan apa yang dilakukan setiap bagian.

R1 dan R2 adalah pembagi tegangan untuk membuat 1/2 tegangan suplai. Ini akan menjadi bias DC dimana opamp akan beroperasi. C2 low pass menyaring output dari pembagi tegangan itu. Ini untuk mengatasi gangguan, riak catu daya, dan kebisingan lainnya pada catu 5 V sehingga tidak berakhir pada sinyal Anda. R3 diperlukan hanya karena C2 ada di sana. Jika R3 tidak ada di sana, C2 akan menekan sinyal input Anda juga, bukan hanya gangguan pada catu daya. Pada akhirnya, ujung kanan R3 dimaksudkan untuk memberikan sinyal pasokan 1/2 bersih dengan impedansi tinggi. Impedansi tinggi adalah agar tidak mengganggu sinyal yang Anda inginkan datang melalui C1.

C1 adalah tutup pemblokiran DC. Ini memisahkan level DC pada IN dari level DC opamp menjadi bias.

R4 dan R5 membentuk pembagi tegangan dari output kembali ke input negatif. Ini adalah jalur umpan balik negatif, dan penguatan sirkuit keseluruhan adalah kebalikan dari gain pembagi tegangan. Anda menginginkan gain 10, sehingga pembagi R4-R5 harus memiliki gain 1/10. C3 memblokir DC sehingga pembagi hanya bekerja pada sinyal AC Anda, bukan titik bias DC. Pembagi akan melewatkan semua DC, sehingga DC mendapatkan dari input + dari opamp ke outputnya menjadi 1.

C4 adalah tutup pemblokiran DC lain, kali ini decoupling tingkat bias DC opamp dari output. Dengan dua penutup blok DC (C1, C4), penguat keseluruhan bekerja pada AC dan bias DC apa pun pada IN dan OUT tidak relevan (dalam peringkat tegangan C1 dan C4).

Sekarang untuk beberapa nilai. MCP6022 adalah opamp input CMOS, sehingga memiliki impedansi input yang sangat tinggi. Bahkan MΩ kecil dibandingkan dengan impedansi inputnya. Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah rentang frekuensi yang Anda inginkan agar amplifier ini bekerja. Anda bilang sinyal itu audio, jadi kami akan menganggap apa pun di bawah 20 Hz atau di atas 20 kHz adalah sinyal yang tidak Anda pedulikan. Sebenarnya, itu adalah ide yang bagus untuk menekan frekuensi yang tidak diinginkan.

R1 dan R2 hanya perlu sama dengan membuat 1/2 tegangan suplai. Anda tidak menyebutkan persyaratan khusus, seperti operasi baterai di mana meminimalkan arus sangat penting. Mengingat itu, saya akan membuat R1 dan R2 masing-masing 10 kΩ, meskipun ada peluang besar di sini. Jika ini dioperasikan dengan baterai, saya mungkin akan membuatnya masing-masing 100 kΩ dan tidak merasa sedih karenanya. Dengan R1 dan R2 10 kΩ, impedansi keluaran pembagi adalah 5 kΩ. Anda tidak benar-benar menginginkan sinyal yang relevan pada output pembagi itu, jadi mari kita mulai dengan melihat kapasitansi apa yang diperlukan untuk menyaring hingga 20 Hz. 1,6 μF. Nilai umum 2 µF akan baik-baik saja. Karya yang lebih tinggi juga, kecuali jika Anda terlalu tinggi, waktu startup menjadi signifikan pada skala manusia. Misalnya, 10 μF akan berfungsi untuk menyaring suara dengan baik. Ini memiliki konstanta waktu 500 ms dengan impedansi 5 kΩ,

R3 harus lebih besar dari output R1-R2, yaitu 5 kΩ. Saya akan memilih setidaknya 100 kΩ. Impedansi input dari opamp tinggi, jadi mari kita gunakan 1 MΩ.

C1 dengan R3 membentuk filter lulus tinggi yang harus melewati setidaknya 20 Hz. Impedansi terlihat melihat ke ujung kanan R3 sedikit di atas 1 MΩ. 20 Hz dengan 1 MΩ membutuhkan 8 nF, jadi 10 nF itu. Ini adalah tempat Anda tidak ingin menggunakan tutup keramik, jadi nilai yang lebih rendah cukup berguna. Tutup mylar, misalnya, akan baik di sini dan 10 nF berada dalam kisaran yang tersedia.

Sekali lagi, impedansi keseluruhan pembagi R4-R5 tidak terlalu menjadi masalah, jadi mari kita atur secara sewenang-wenang mengatur R4 hingga 100 kΩ dan menghitung nilai-nilai lainnya dari sana. R5 harus R4 / 9 untuk penguatan amplifier keseluruhan 10, jadi 11 kΩ berhasil. C3 dan R5 membentuk filter yang harus diluncurkan pada 20 Hz atau lebih rendah. C3 harus 720 nF atau lebih, jadi 1 μF.

Perhatikan satu masalah dengan topologi ini. Dari segi frekuensi, C3 bertindak dengan R5, tetapi level DC yang akhirnya akan distabilkan oleh C3 disaring oleh R4 + R5 dan C3. Itu adalah filter pada 1,4 Hz, yang berarti rangkaian ini akan membutuhkan beberapa detik untuk stabil setelah daya diterapkan.

C4 membentuk filter lulus tinggi dengan impedansi apa pun yang akan terhubung ke OUT. Karena Anda mungkin tidak tahu, Anda ingin membuatnya cukup besar. Mari kita pilih 10 μF karena sudah tersedia. Itu bergulir pada 20 Hz dengan 8 kΩ. Oleh karena itu amp ini akan berfungsi sebagaimana ditentukan selama OUT tidak dimuat dengan kurang dari 8 kΩ.

Tidak perlu menjadikan R4 nilai tertentu karena ini adalah op-amp CMOS (tidak ada kecocokan arus bias input).

$\frac{1}{2\pi f_c R}$

Jadi jika fc = 20Hz, dan R1, R2 = 39K. Mari kita sewenang-wenang membuat R3 100K. Maka C = 100nF hampir benar.

C2 tergantung pada apa yang ada di catu daya yang ingin Anda atasi, tetapi katakanlah 1uF untuk itu.

Mari kita pilih R4 = 100K hanya untuk menjaga dua resistor tetap sama. R5 akan menjadi 11K untuk mendapatkan +10.1

Akhirnya, C3 dapat dihitung dari R5 menjadi sekitar 1uF (menggunakan persamaan di atas).

Itu dia!