Ad823 схема включения: AD823 Техническое описание и информация о продукте

alexxlabСхем

AD823 Техническое описание и информация о продукте

Особенности и преимущества

  • Работает с однополярным питанием
    • Rail-to-rail диапазон выходных напряжений
    • Нижняя граница входных напряжений ниже уровня земли
    • Однополярное питание от 3 В до 36 В
  • Высокая нагрузочная способность
    • Работа на емкостную нагрузку до 500 пФ, G = +1
    • Выходной ток 15 мА, размах сигнала до напряжений питания минус 0.5 В
  • Малые искажения: наихудшая гармоника−108 дБн при 20 кГц
  • Низкий шум: 16 нВ/√Гц на 10 кГц
  • Хорошие статические характеристики
    • Входное напряжение смещения 800 мкВ, макс.
    • Дрейф напряжения смещения 2 мкВ/°C
    • Входной ток смещения 25 пА, макс.
  • Превосходные динамические характеристики при потребляемом токе 2.6 мА/канал
    • Ширина полосы по уровню −3 дБ: 16 МГц, G = +1
    • Время установления до 0.01%: 350 нс (ступенчатое изменение напряжения на 2 В)
    • Скорость нарастания 22 В/мкс
  • Эффект обращения фазы при входном напряжении в пределах границ напряжений питания отсутствует

Подробнее о продукте

AD823 — это прецизионный двухканальный операционный усилитель (ОУ) с входным каскадом на полевых транзисторах, имеющий полосу 16 МГц, который способен работать с однополярным напряжением питания в диапазоне от 3.0 В до 36 В или биполярным напряжением питания в диапазоне от ±1.5 В до ±18 В. Он в полной мере поддерживает работу с однополярным питанием, поскольку в данном режиме нижняя граница входных напряжений находится ниже уровня земли. Выходное напряжение может достигать значений, не доходящих 50 мВ до каждого из напряжений питания при I
OUT ≤ 100 мкА, благодаря чему обеспечивается превосходный динамический диапазон входных сигналов.

Благодаря максимальному напряжению смещения 800 мкВ, дрейфу напряжения смещения 2 мкВ/°C, входному току смещения менее 25 пА и малому входному шуму напряжения компонент поддерживает высокую точность в статическом режиме при импедансах источника до ГОм. Компонент также обеспечивает ширину полосы по уровню -3 дБ, равную 16 МГц, уровень полных гармонических искажений (THD) −108 дБ при частоте 20 кГц и скорость нарастания 22 В/мкс, потребляя малый ток (2.6 мА на канал). AD823 способен работать на емкостную нагрузку до 500 пФ в конфигурации повторителя и обеспечивает выходной ток 15 мА при размахе сигнала до напряжений питания минус 0.5 В.

Обеспечиваемая компонентом комбинация статических и динамических характеристик, а также превосходная нагрузочная способность, позволяют получить исключительно универсальное решение для таких областей применения, как драйверы АЦП, широкополосные активные фильтры и другие низковольтные системы с широким динамическим диапазоном.

AD823 работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +85°C и выпускается в 8-выводных корпусах PDIP и SOIC.

Области применения

  • Прецизионные измерительные приборы с питанием от батарей
  • Предварительные усилители сигналов фотодиодов
  • Активные фильтры
  • Системы сбора данных с разрядностью от 12 до 14 бит
  • Медицинские измерительные приборы

Звучание операционных усилителей

Многие из нас любят слушать музыку в хорошем качестве будь то это на компьютере с хорошей звуковой картой или на Hi-Fi аппаратуре с акустической системой или на портативном плеере в наушниках. Все мы ищем подходящий звук в силу вкусовых и музыкальных пристрастий.

Как правило в окрасе звука участвуют основные составляющие: цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), операционные усилители (ОУ) и обвязка схемы. Заменив усилитель на другой можно изменить характер подачи звука, к тому же производитель аудиотехники часто предусматривает легкую установку ОУ в «кроватку».

И даже если усилитель припаян, заменить на другой не составит титанического труда, достаточно уметь пользоваться паяльником. В крайнем случае всегда можно отнести в мастерскую, где за небольшую плату вам заменят ОУ на желаемый.

Кстати, покупайте операционники в проверенных местах, чтобы не попалась подделка и не испортилось впечатление!

Эта статья как раз написана, чтобы помочь сориентироваться в широком выборе операционных усилителей, их особенностей, и самого главного — их звучания. Здесь собраны описания из личного опыта пользователей с просторов интернета к популярным моделям усилителей.

Если у Вас тоже есть опыт прослушанных ОУ, которые не приведены в этом списке, пожалуйста напишите на почту в разделе «Контакты» и поделитесь впечатлением о звуке. В дальнейшем, Ваше оценочное мнение будет размещено здесь.

 

Описание операционных усилителей (звук):

OPA1602 — звучание чистые высокие, воздушная середина, расширенная стерео-база, сцена ближе по сравнению с LME49860, плотный бас. Средние частоты не столь динамичные как LME49860, но переигрывают ее своей музыкальностью и естественностью звучания. Скорость нарастания 20 В/мкс. Данный ОУ представитель линейки SoundPLUS для высококлассных аудио устройств.

 

OPA1612 — звук почти что точный и ровный с небольшим уклоном в басовый регистр, СЧ естественные, ВЧ собранные и детальные. Сверхнизкие искажения 0.000015%, мало-шумный ОУ, скорость нарастания 27 В/мкс, коэффициент усиления 130 дБ. Применяется в профессиональном аудио-оборудовании, контрольно-измерительном оборудовании для аудиотехники, высококачественных AV-ресиверах.

 

OPA1622 — по звуку напоминает OPA1612. Усилитель для профессионального оборудования с отличными показателями: выходной мощностью до 150 мВт и очень низким уровнем нелинейных искажений -135 дБ, скорость нарастания 10 В/мкс. Низкое энергопотребление 2,6 мА позволяют использовать его в смартфонах, планшетах, усилителях для наушников и внешних ЦАП.

 

OPA1642 — звучание по сравнению с OPA2134 еще более проработано во всем диапазоне, прекрасно отрабатывает перкуссионные инструменты, вокал, ударные, смычковые, духовые. Сверхнизкие искажения, коэффициент усиления 134 дБ, скорость нарастания 20 В/мкс.

 

OPA1652 — звук точный, с ультра-низкими гармоническими искажениями 0.00005%, скорость нарастания 10 В/мкс. Данный ОУ представитель линейки SoundPLUS для высококлассных аудио устройств. Амплитуда выходного сигнала до 800 мВ на нагрузке 2 кОм. Нагрузочной способностью до 30 мА. Широкий диапазон питания.

 

OPA1662 — звук почти что точный и ровный с небольшим уклоном в басовый регистр, с ультра-низкими гармоническими искажениями 0.00006%. Скорость нарастания 17 В/мкс. Данный ОУ представитель линейки SoundPLUS для высококлассных аудио устройств.

 

OPA2134 —  звучание слегка смягченное, считается теплым, очень красиво удается середина, вокал, духовые инструменты, но очень тонкие нюансы слегка смазываются, популярный и недорогой. Скорость нарастания 22 В/мкс.

 

OPA134 — точно такой же как и OPA2134, но одно-канальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

 

OPA2132 — звук получше, чем OPA2134, более детальный, очень приятный на слух. Поддерживает нагрузку до 600 Ом, низкие гармонические искажения 0.00008%, скорость нарастания 20 В/мкс.

 

OPA2140 — прецизионные (отборные) OPA2141, немного точнее и менее шумные. Скорость нарастания 20 В/мкс.

 

OPA2141 — по звучанию схожи с OPA1642. Скорость нарастания 20 В/мкс.

 

OPA2211 — звучание нейтральное, точный, аналитичый, детальный звук с отличным тональным балансом и разрешением. Прецензионный усилитель с высоким динамическим диапазоном и чрезвычайно низким шумом. Сверхнизкие искажения 0.000015%, мало-шумный ОУ, скорость нарастания 27 В/мкс, коэффициент усиления 136 дБ.

 

OPA2322 — по звучанию схожи с OPA2132. Скорость нарастания 10 В/мкс.

 

OPA2604 — прекрасное качество звука, сочное, детальное. Очень хороший контроль нижнего регистра, звук играет мышцами. Отличный вокал без явных артефактов, ясность звука выше, чем на LM4562. Слышны тонкие нюансы в работе тарелочек. Усилитель с низким уровнем шума в OPA2604 обеспечивает широкий динамический диапазон даже при высоком импедансе источника.

 

OP27 — звучание винтажное, «жирный», красиво звучит бас и вокал, немного теряются детали, низкая скорость нарастания 2.8 В/мкс. Одно-канальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

 

OP275 — звук хороший, но немного смазан. Усиление до 104 дБ, полоса до 9 МГц, хорошее подавление пульсаций, искажения ниже 0.001% в широком диапазоне выходных напряжений при сопротивлении нагрузки выше 100 Ом. Однако совместим не с любой схемотехникой, особенно при не инвертирующем включении, скорость 22 В/мкс.

 

OP285 — такие же как предыдущий, но отобранные по напряжению смещения (лучшие из OP275).

 

OPA627 — звук очень качественный, высокая детализация, упругость басов, глубина музыкальной сцены, скорость нарастания 55 В/мкс. Одно-канальный, на левый и правый канал ставится по усилителю.

 

OPA926 — звук мягкий, со сглаженными деталями и небольшим уклоном в середину, по сравнению с OPA1612 не хватает воздушности. Изготовлен специально для Fiio, имеет низкие искажения 0.0003% при 32 Ом.

 

LM4562 — звучание имеет специфический холодный оттенок, глубокий и довольно резкий нижний регистр на ударных, и акцентированные верха,  20В/мкс. Усиление до 140 дБ, полоса до 30 МГц. Сверх-малошумящий, с низким уровнем искажений. Нагрузка до 600 Ом без увеличения искажений, выходной ток до 20 мА, отличное подавление пульсаций. Звучит без малейших признаков окрашивания. Но ему свойственна проблема, описанная для OP275.

 

LME49720 — звук явно отличается от LM4562, плоская сцена с пропадающей реверберацией.

 

LME49860 — звучание приятное на слух, лишенный недостатков LM4562, исключительная детальность во всём диапазоне частот, самый качественный из LM усилителей, с повышенным рабочим напряжением до 44V, скорость нарастания 20 В/мкс.

 

LME49990 — звук не до конца аналитичен, но приятный. Большой коэффициент усиления 135 дБ , коэффициент гармонических искажений 0,00001%, выходной ток ±27 мА, управляет нагрузкой до 600 Ом, скорость нарастания 22 В/мкс.

 

LM6172 — звук удивительно прозрачный, для классики, джаза, блюза и других живых записей, обладает очень мягким и воздушным звуком. Усиление до 86 дБ, полоса до 100 МГц. Малошумящий, искажения ниже -100 дБ на нагрузке 100 Ом, мощный до 50 мА выходного тока и очень быстрый, скорость нарастания 3000 В/мкс.

 

LM7372 — усиление до 85 дБ, полоса до 120 МГц. Выходной ток до 150 мА, уровень гармоник в 100 дБ, всем хорош, но при сопротивлении нагрузки ниже 150 Ом искажения начинают резко расти, преодолевая в итоге планку -80 дБ.

 

LS6132 — китайская копия усилителя TPA6132A2 и PAM8908, с коэффициентом гармонических искажений 1% и выходной мощностью 33 мВт на канал.

 

MAX97220 — звук мягкий, акцентирован на мидбасе и средних частотах, верхние сглажены, достаточно большая выходная мощность 125 мВт, хорошо подходит на выход для наушников.

 

MUSES8820 — звучание вальяжное, мягкий «ламповый» звук с раздутым басом, винтажный усилитель.

 

MUSES8920 — звук яркий, разделение инструментов, масштабность звучания, динамика, звонкость его качества.

 

MUSES01 — звук ровный, нейтральный, с высокой детальностью, обилием воздуха и чётким позиционированием инструментов. Детализация голоса, середина и верха звучат завораживающе, но с немного пересушенным басом, хоть он быстрый и хлесткий.

 

MUSES02 — звучание прозрачное, приятное, динамичный операционник, с хорошим разрешением, более басистый чем MUSES8920, а в остальном они похожи.

 

MUSES03 — звучание взято лучшее из MUSES01 и MUSES02. Сцена приобрела абсолютно четкие границы, стала еще глубже и шире. Образы ясные и четкие, а между ними воздух, инструменты не мешают друг другу, высокое разрешение. Все это очень четко позиционируется в пространстве. Например, ударная установка с тарелками при хорошей записи звучит так, что четко слышно, когда по какой тарелке был удар, ближе-дальше, выше-ниже, левее-правее —  высочайший эффект присутствия.

 

PAM8901 / PAM8908 — звук очень похож на TPA6132A2. Плотный бас, хорошая проработка СЧ диапазона, ВЧ немного сглаженны. Неплохой усилитель, широко распространенный в беспроводных гарнитурах и наушниках, с коэффициентом гармонических искажений 0.03% и выходной мощностью 25 мВт на канал.

 

SABRE ES9603 — звучание в сторону мониторности, бас собраный и четкий (без бубнения), середина чистая, высокие частоты детальные без излишних «циканий», неплохая ширина сцены. Усилитель непревередлив к нагрузке и выдает довольно стабильные показатели на разной нагрузке.

 

SSM6322 — усилитель для повышения точности передачи звука в Hi-Fi приложениях в портативной технике, в том числе для мобильных телефонов, расчитанный на нагрузку до 32 Ом, с довольно высоким выходным током 100 мА. Звучание достаточно чистое, без «бубнежки» в нижнем диапазоне и аккуратно сглаженные высокие частоты, без потери деталей.

 

THX AAA-78 — звук взрослый с высоким разрешением и в тоже время «музыкальный», с немного притемненным тональным балансом. НЧ диапазон структурный и хороший по разрешению. СЧ — хорошее естественное звучание, позиционирование и глубина сцены. ВЧ смягчены, но без потери детализации, с хорошей проработкой послезвучий. Профессиональный усилитель с отличными показателями: выходная мощность до 400 мВт на канал, очень низкий уровень нелинейных искажений -137 дБ, коэффициент гармонических искажений 0.0008%.

 

TPA3116 D2 — звучит чисто, телесно, живой вокал, ударные отлично звучат, тарелочки фактурные с естественной подачей, не песочат, сцена средняя. Усилитель класса D, сигнал/шум 102 дБ, уровень искажений 0.1%.

 

TPA6120 — звук практически не приукрашивает, мощный, предпочитает высокоомную нагрузку (от 60 Ом), с уменьшением сопротивления растут гармонические искажения. Чип содержит два независимых канала с отдельными выводами питания. На каждом из каналов: выходная мощность 80 мВт на нагрузке 600 Ом при питании ± 12В, при уровне искажений 0,00014%, динамический диапазон более 120 дБ, уровень сигнал/шум  120 дБ, диапазон питания ± 5В до ± 15В, скорость нарастания 1300 В/мкс.

 

TPA6132A2 — маркируется как «AIWI». Звучание с уклоном в нижний регистр, сочный бас, качественная проработка СЧ диапазона, ВЧ немного сглаженны. Неплохой усилитель, широко распространенный в беспроводных гарнитурах и наушниках, с коэффициентом гармонических искажений 0.01% и выходной мощностью 25 мВт на канал.

 

TPA6530 — звучит слитно и мягко, больше всего проработаны СЧ, сглаженные ВЧ, а на НЧ диапазоне не хватает упругости басов.

 

TA8254BHQ — звучание без явных перекосов, нормальный усилитель с большой выходной мощностью и низким уровнем искажений 0.02%. Часто применяется в автомобильной аудио системе.

 

ADA4896-2 / ADA4897-1 / ADA4897-2 — мощный звук, слитная подача, с уклоном в НЧ и СЧ, мягкие ВЧ из-за чего может не хватать воздушности. Стабильный при единичном усилении и быстродействующий усилитель 120 В/мкс, с обратной связью по напряжению, с низким рабочим током 3 мА, а также с низким шумом. Имеет ширину полосы 230 МГц и широкий диапазон напряжений питания от 3 В до 10 В. Подходит где требуется большой динамический диапазон, точность и быстродействие. ADA4896-2 выпускается в 8-выводных корпусах LFCSP и MSOP. ADA4897-1 выпускается в 8-выводном корпусе SOIC и 6-выводном корпусе SOT-23. ADA4897-2 выпускается в 10-выводном корпусе MSOP.

 

AD45257 — сильные стороны звучания этого усилителя голос, глубокий бас, объемная сцена.

 

AD823 — звук достаточно резкий на высоких, сцена хорошая, чуть хуже AD8066, усиление до 95 дБ и до 9 МГц. Искажения ниже -100 дБ, но при выходных токах более 20 мА лавинообразно растут. На нагрузке 32 Ом отдаваемая без искажений мощность составляет всего 6 мВт.

 

AD826 — звучит неплохо, хорошо строит сцену, для более сильного баса и слитности, «темные» усилители, хорошо подходит для рока. Усиление до 77 дБ и до 50 МГц, скорость 350 В/мкс. Фактически является скомпенсированным для единичного усиления AD828, со всеми его достоинствами, но значительно более стабильнее. Небольшая потеря в уровне подавления пульсаций питания компенсируется способностью легко выносить ёмкостную нагрузку.

 

AD827 — такой же как и предыдущий, с ослабленным выходным каскадом, скорость нарастания 300 В/мкс.

 

AD828 — звучит очень хорошо, но далеко не во всех схемах стабилен. Усиление до 80 дБ и до 100 МГц. Способен обеспечить 2 В амплитуды даже на нагрузке 10 Ом. Без искажений выдаёт в нагрузку до 50 мА тока. Уровень гармоник при КУ=2 плавно стремится к -100 дБ, а это отличный результат. Мало шумен и обладает хорошим подавлением пульсаций, скорость нарастания 450 В/мкс.

 

AD8022 — выходной ток высокий, что хорошо для низкоомных наушников, уровень гармоник не превышает -110 дБ на 600 Ом и выше, скорость нарастания что у AD8620, шумов меньше, хорошо ставить на выходе, скорость нарастания 50 В/мкс. Усиление до 72 дБ и до 100 МГц. Сверх малошумящий, имеет вдвое большую нагрузочную способность, чем AD8066, но требует стабилизированную схему питания.

 

AD8066 — звук очень качественный, универсальный усилитель. Глубокие низкие частоты, считается прозрачным звуком, похож на AD8620, но более светлый, легкий и точный (аналитический) звук, область применения студийное оборудование, где важен точный, неокрашенный звук, скорость нарастания 180 В/мкс. До 114 дБ и до 65 МГц усиления. Уровень гармоник значительно ниже -95 дБ при нагрузке более 150 Ом. Амплитуда тока на выходе до 30 мА, что может быть не достаточно для части низкоомных наушников. Хорошее подавление пульсаций.

 

AD8034 — звучание схожее с AD8066, усиление до 96 дБ и до 40 МГц. На нагрузке 1 кОм уровень гармоник находится ниже -100 дБ, однако уже на 500 Ом подскакивает до -85 дБ.

 

AD8397 — звучит нейтрально, широкая сцена, высокий выходной ток до 310 mA, хорошо подходит на выход для наушников, но немного шумит, склонен к возбуждению, требователен к схеме подключения, скорость нарастания 53 В/мкс.

 

AD8599 — звук нейтральный, немного узкая сцена, сверх-малошумящий с усилением до 10 МГц и 116 дБ. Искажения менее 0.0005% на нагрузке 2 кОм, но возрастают до 0.002% при 600 Ом. Хорошо относится к ёмкостной нагрузке, имеет отличное подавление питания и выходной ток до 50 мА.

 

AD8620 — звучит хорошо, но не во всех схемах, иногда не хватает выразительности, шумит поменьше чем AD8066, скорость нарастания 50 В/мкс. Большой коэффициент усиления (более 105 дБ) при полосе до 25 МГц, искажения менее 0.001%, но резко растут с уменьшением сопротивления нагрузки.

 

AD711 — винил-рипы звучат более лампово и теплее, старый усилитель.

 

AD712 — компенсированная для единичного усиления версия предыдущего усилителя.

 

AD744 — звучит очень приятно, хоть и смазывает некоторые детали, некий компромисс между детальностью и «мясом».

 

AD746 — по звучанию близок к Burr-Brown, имеет большой коэффициент усиления 10 МГц и 116 дБ. Искажения не превышают -110 дБ, ОУ обладает неплохим подавлением пульсаций, работоспособен при низкоомной нагрузке (при токах менее 20 мА).

 

AD797 — звук почти нейтральный, но всё же немного приукрашивает. В связке с другими ОУ дает отличный результат. Выходной ток до 50 мА, скорость нарастания 20 В/мкс.

 

AD845 — звучание с широкой сценой, один из лучших из AD усилителей. скорость нарастания 100 В/мкс.

 

AD8512 — звучит немного грубее AD823, с меньшей натуральностью высоких частот, но лучшей проработкой баса. Усиление до 100 дБ, полоса до 8 МГц. Хороший выходной ток до 70 мА, отличное подавление пульсаций, малошумящий, искажения на высокоомной нагрузке ниже 0.0001%.

 

AD8672 — звук ровный и чистый, по сравнению с AD823 более детальные ВЧ, более проработанные НЧ. Огромный коэффициент усиления 135 дБ, полоса до 10 МГц. Искажения низкие, но выходной каскад не справляется с большой амплитудой сигнала при низкоомной нагрузке.

 

Cirrus Logic CS35L41 — мощный моно усилитель звука класса D с DSP для динамиков мобильных устройств с пиковыми показателями 5.3 Вт и 11 В. Обеспечивает встроенным динамикам чистое насыщенное звучание без перегрузок приводящих к «хрипению».

 

Cirrus Logic CS43130 — звучание эмоциональное, с окраской под ламповые усилители и виниловые проигрыватели. ЦАП со встроенным усилителем, разработанный специально для мобильных устройств с низким уровнем шума и низким энергопотреблением.

 

HT4832 / HT4831 — китайская копия усилителя TPA6132A2 и PAM8908, с коэффициентом гармонических искажений 0.014% и выходной мощностью 20 мВт на канал.

 

JRC4558 — звук неплохой, достаточно мощный усилитель до 600 мВт, с минимальными искажениями, скорость нарастания 200 В/мкс.

 

NE5532P — звучание мягкое, старый проверенный временем приличный усилитель, что-то «сверх» от него не стоит ждать, скорость нарастания 9 В/мкс.

 

LT1355, LT1358, LT1361, LT1364 — семейство из четырёх ОУ с большой (LT1355 и LT1358) и очень большой (LT1361 и LT1364) скоростью нарастания (от 12 МГц и 400 В/мкс до 70 МГц и 1000 В/мкс). Неплохое шумоподавление, повышенная стабильность при ёмкостной нагрузке, искажения порядка 0,0007% до 2 кГц. Звучание LT1364 почти нейтральное, очень детальное, немного выделяет середину.

 

LT1469 — звук чистый и прозрачный, ровный во всем диапазоне. Он не резок и не криклив и не мягок. Очень низкий уровень искажений на высокоомной нагрузке и отличное подавление, усиление более 110 дБ, полоса до 45 МГц, скорость 22 В/мкс. Малый выходной ток и небольшая индифферентность к ёмкостной нагрузке. Превосходный вариант для I/U.

 

LT1498 — придаёт звуку аналоговый окрас, немного выделяя вокал, музыкальный, имеет высокое соотношение сигнал-шум, скорость нарастания 6 В/мкс.

 

BUF634 — буфер, высокоскоростной токовый повторитель до 250 мА, скорость нарастания 2000 В/мкс, увеличивает мощность выходного сигнала без окрашивания звука.

 

LMH6643 — буфер, токовый повторитель до 75 мА, скорость нарастания 130 В/мкс, увеличивает мощность выходного сигнала без окрашивания звука.

 

 

Куда и какой лучше ставить в аудио тракте?

В фильтры низких частот (ФНЧ) лучше ставить ОУ с высокой скоростью нарастания (скоростные).

В выходном тракте (I/O) лучше ставить более мощный, либо по току (для низкоомной нагрузке), либо по напряжению (для высокоомной нагрузки).

Под низкоомные наушники например больше подходят такие: LM6172, AD828, AD8599, OPA1612, OPA1622.

Под высокоомные наушники больше подходят такие: AD8066, AD8022, AD826, AD8620, TPA6120, LM4562, OP275, LT1364.

Параметры объявления:
  • Объявление: № 353
  • Кол-во просмотров: 21097
  • Дата публикации: 15 июня 2020 в 14:19
  • Регион: Россия
  • Категория: Обзоры, статьи

Поделиться:

Фильтр низких частот (AD823) для ЦАП TDA1543. Зачем он – hifi-audio.ru

Это продолжение серии материалов про самостоятельное конструирование ЦАП на low cast чипе TDA1543. Ранее были рассмотрены вариации SPDIF-трансиверов на DIR9001, wm8805, CS8412 и тд, были освещены вопросы касаемо TTL-логики и тд.

74HC164

Сегодня мы рассмотрим тему с другого конца. Допустим вы уже реализовали в вашем устройстве цифровой вход, гальваническую развязку, точную клок-генерацию (будет рассказано в отдельном материале). Цап получил цифровую информацию и преобразовал ее в аналоговый сигнал.

Остается преобразовать ток в напряжение и отфильтровать. Тему преобразования тока в напряжения (через сопртивление или активный элемент) мы пока затрагивать не будем, она требует большого материала в будущем, как и не станем глубоко погружаться (пока) в принципы функционирования операционных усилителей.

Тема сегодняшнего обзора – фильтры в цап, что это такое, для чего они нужны и что если без них.

Когда после цап мы преобразовали ток в напряжение (звук) и усилили его до значений необходимых входу интегрального усилителя (стандартно 2 вольта, но может быть в диапазоне от 1 до 3,5 вольт) кажется что все, больше ничего не надо.

В реальности желательно чтобы на усилитель подался только сигнал, который необходимо усилить, а не высокочастотные или низкочастотные помехи возникшие в следствии ошибок (шумов квантования) или помех на линии. Для это используют фильтр оставляющий только заданный диапазон частот.

Бывают фильтры высоких частот и фильтры низких частот. Но здесь, как всегда, все через жопу, читай “трудности перевода”.

Так называемый фильтр низких частот, судя по названию отрезает низкие частоты.

Неправильно.

По английски он пишется как LPF – low-pass filter. Сегодня любой школьник в состоянии это правильно перевести, а именно ФИЛЬТР ПРОПУСКАЮЩИЙ НИЗКИЕ или фильтр пропускающий все, что ниже заданной частоты.

Короче, под ФНЧ (фильтр низких частот) имеется совсем другой смысл, а именно то, что низкие частоты как раз остаются, а срезаются верхние.

Опять же “низкие частоты” понятие относительное. Поэтому воспринимаем все это иначе, а именно:

Все что будет выше указанной частоты будет отрезано.

Если мы настроим ФНЧ на частоту 20000 Гц, то все что ниже этой частоты останется, а все что выше из сигнала будет убрано.

Собственно это то, что нам и надо. Не нравится стандартные 20 кГц, сделайте фильтр на 30, 35 кГц, как хотите. Фильтр все равно будет называться фильтром низких частот.

Реализация фильтра – это конечно практика с математикой, но до вас уже все сделали и рассчитали, есть фильтры Чебышева, Баттерворта и тд.

Эти фильтры отличаются рядом параметров и насколько сильно и круто фильтр сразу срезает. В этом плане самый простой и слабый фильтр первого порядка, больше -6 дБ на октаву не срежет, поэтому применяют фильтры больших порядков. Обычно 2-го порядка, ибо 3-го уже довольно сложен в реализации и практически избыточен в аудио. Но никто не мешает вам реализовать и фильтр 5-го порядка, было бы желание.

Для наших аудио целей лучшим по характеристикам является фильтр Баттерворта 2-го порядка, который и используется в ЦАПах чаще всего, потому что проектируется так, чтобы его АЧХ была максимально гладкой на частотах полосы пропускания.

Я приведу выдержку из википедии о преимуществах этого фильтра:

АЧХ фильтра Баттерворта максимально гладкая на частотах полосы пропускания и снижается практически до нуля на частотах полосы подавления. При отображении частотного отклика фильтра Баттерворта на логарифмической АФЧХ, амплитуда снижается к минус бесконечности на частотах полосы подавления. В случае фильтра первого порядка АЧХ затухает со скоростью −6 децибел на октаву (-20 децибел на декаду) (на самом деле все фильтры первого порядка независимо от типа идентичны и имеют одинаковый частотный отклик). Для фильтра Баттерворта второго порядка АЧХ затухает на −12 дБ на октаву, для фильтра третьего порядка — на −18 дБ и так далее. АЧХ фильтра Баттерворта — монотонно убывающая функция частоты.

ЛАЧХ для фильтров Баттерворта.

Конечно ваше право не верить, что фильтр Баттерворта хорош, поэтому давайте посмотрим сами его сравнение с другими фильтрами наглядно.

Как видим фильтр Баттерворта получается самый оптимальный по большинству характеристик.

Когда вы станете думать как реализовать математические выкладки в виде радиоэлементов, то обнаружите популярную схему Баттерворта 2-го порядка названную ФНЧ Саллена-Кея.

Как рассчитать элементы в этой схеме есть информация в сети, например по этой ссылке рассчет.

Но прежде чем мы перейдем к расчеты схемы фильтра нижних частот на основе активного элемента, а именно ОУ (а фильтр НЧ в такой реализации ничто иное как усилитель напряжение с дополнительным конденсатором включенным в схему для получения нужной АЧХ), я расскажу, что существует еще и фильтр высоких частот.

И аналогично – это черезжопный перевод HPF  – High Pass Filter – фильтр пропускающий высокие частоты, точнее пропускающий все что выше заданной частоты.

Как с этим работать.

Смотрите, у нас есть ФНЧ (Low-pass-filter), который пропускает все что ниже, пусть, 30000 Гц и отрезает весь мусор, что выше 30000 Гц.

Т.е. у нас диапазон воспроизводимых частот сейчас от 0 до 30000 Гц.

Обратите внимание, что для компакт дисков обычно указывают, что  на них записан музыкальный диапазон от 20–20000 Гц. Т.е. На записи нет ничего ниже 20 Гц и выше 20000 Гц.

Кстати, поправьте в чем я заблуждаюсь, ибо непонятно, частота дискретизации СД составляет 44100 Гц, соответственно по теореме Котельникова/Найквиста  следует, что при дискретизации аналогового сигнала потерь информации не будет только в том случае, если наивысшая частота полезного сигнала равна половине или меньше частоты дискретизации (в англоязычной литературе под обозначением половины частоты дискретизации употребляют термин частота Найквиста).

Следовательно верхний диапазон CDDA должен быть 44100/2=22050 Гц, а не 20000.

Но вобщем то не об этом речь.

В случае с исходником на компакт диске, нет смысла использовать ФВЧ (фильтр высоких частот – совершенно неправильный по смыслу термин!) ибо ниже 20 Гц на записи все равно ничего нет.

Так зачем может понадобится ФВЧ?

Если посмотреть на усилители 70х-80х годов, когда одним из популярных источников звука являлся проигрыватель виниловых пластинок, то вы увидите почти на каждом кнопочку срезающую все частоты, что находятся ниже 15 Гц. Это, как вы догадались фильтр ФВЧ.

Зачем он там нужен был?

На пластинках помимо полезного музыкального сигнала присутствовал низкочастотный рокот, гул массы винила, шум детонации, треск царапин об иглу на поверхности пластинки – многие эти паразитные звуки лежали в диапазоне ниже 15 Гц и даже не улавливались ухом, но!

Они улавливались динамиками, отчего казалось бы при отсутствии звука дифузор дергался как сумасшедший – не о какой точности воспроизведения в таких условиях речи уже не шло, как вы воспроизведете легкое колебание, если дифузор шатает низкочастотное колебание как пьяного.

Поэтому вы такой кнопочкой ФВЧ фильтра отрезали все что ниже 15 Гц и радовались звуку без паразитных составляющих. Кроме того самому усилителю значительно лучшало, ибо ему становилось не нужным усиливать эти очень затратные по усилению субнизкие паразитные частоты.

Для чего ФВЧ фильтр может понадобится сегодня. Если вы слушаете только цифровые копии с СД или SACD, то не нужен.

А вот если в вашей коллекции есть оцифровки с винила (с его рокотом и детонацией) или катушечного магнитофона, то хорошо когда такой фильтр предусмотрен в ЦАП.

Но вернемся к более актуальному для большинства ФНЧ-фильтру.

Для цап на TDA1543 я предположил использовать для ФНЧ ОУ компании ADI AD823.

Это двойное ОУ, т.е. я могу реализовать с помощью одного чипа ФНЧ сразу для левого и правого канала.

Это ОУ (AD823) так же интересно тем, что может питаться от однополярного питания (3-36 вольт), а значит при разработке ЦАП можно все элементы записать от единого источника питания +5 вольт, ибо TDA1543, 74HC, CS8414, TCXO 0.1ppm и AD823 требуют одного и того же питания +5v.

К тому же ОУ AD823 довольно быстрая микросхема со скоростью 22 вольта в микросекунду. Для сравнения NE5532 имеет быстродействие лишь 9v в микросекунду.

Итак мы будем использовать AD823, как ФНЧ фильтр и логично, что это будет фильтр Баттерворта 2-го порядка.

К счастью вам даже не нужно особо думать над схемой, ибо схема ФНЧ Баттерворта 2-го порядка сразу и приведена в даташите к операционному усилителю.

Вот она:

Один нюанс, значение радиодеталей (резисторы и конденсаторы) рассчитаны на частоту 200,000 Гц.

Но выше приведены формулы.

Мы знаем утверждение, что R1= R2, при этом значение R должно быть в диапазоне  от 10 кОм до 100кОм.

Зададим какое то произвольное значение резистора, пусть 47кОм.

Зададим частоту среза Fcutoff, выше которой все будет отрезано, пусть это будет 30000 Гц.

Считаем значение резистора С1.

С1= 1.414/(2*Pi*Fcutoff*R1)

1.414 – это уже посчитанный корень из 2. Для большей точности можно поставить все число 1,414213562.

Если вы выпремляли ток делая из переменного постоянный, то с 1,4142 вы прекрасно знакомы.

Это число 1,414 делим на произведение 2 Пи.

2*Пи=2 * 3,14=6,28

умножаем на желаемую частоту среза, а в нашем случае 30000 Гц

6,28*30000=188400

и умножаем на значение резистора R1. Мы с вами произвольно выбрали из существующих номиналов в диапазоне от 10к до 100к значение 47к.

Умножем 188400*47000=8854800000

Напомню 47 Ком – это 47000 Ом

получим 1,4142/8854800000= 1,59687401183539E-10

Только не пытайтесь делить обычным программным калькулятором, он таких цифр не умеет.

Воспользуйтесь электронной таблицей в OpenOffice или Exel для рассчетов.

Не пугайтесь такого страшного числа, помните, что искомое С задано в Фарадах, чудовищно большой единице.

Чтобы преобразовать ее в пикофарады надо умножить на 1000000000000 (12 нулей), получим

159 pF.

Такого значения у конденсаторов нет, возьмем ближайший в ряду, это 150pF.

Чтобы рассчитать значение С2 нужно воспользоваться формулой

С2= 1.707/(2*Pi*Fcutoff*R2)

Но прежде чем вы не погрузились в вычисления – выдыхайте.

R1=R2, следовательно нам нужно просто значение С1 разделить на 2.

Итого

159/2=79,5

ближайшее 80pF

Итак, элементы для нашей схемы:

R1=47K

R2=47K

C1=150pF

C2=80pF

Осталось внести лишь пару штрихов.

Первое – пинаут AD823 следующий:

И второе, мы рассмотрели схему для двухполярного  питания, а как она измениться для однополярного?

Логично, что минус операционника у нас идет на землю через конденсатор 0,1 mF, а в положительном плече питания, где конденсатор С3 идет на землю, после С3 припаяем последовательно еще один конденсатор  но на 10 mF и тоже его посадим на землю. Т.е. и C3 на землю, и следующий после него конденсатор на землю. Все согласно даташит производителя.

Что такое сам операционный усилитель, и многие нюансы в этом вопросе рассмотрим в следующих обзорах.