Лучший операционный усилитель для звука: обзор топовых моделей для аудиосхем — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие операционные усилители обеспечивают наилучшее качество звука в аудиосхемах. Как выбрать оптимальный ОУ для звуковых применений. Сравнение популярных моделей по ключевым параметрам.

Содержание

Ключевые характеристики операционных усилителей для аудио

При выборе операционного усилителя (ОУ) для звуковых схем важно учитывать следующие основные параметры:

Уровень собственных шумов
Коэффициент нелинейных искажений
Скорость нарастания выходного сигнала
Полоса пропускания
Входное сопротивление
Выходной ток

Оптимальный ОУ для аудио должен обладать низким уровнем шума, минимальными искажениями, высокой скоростью нарастания и широкой полосой пропускания. Это обеспечит чистое и детальное звучание без окраски исходного сигнала.

Топ-5 лучших операционных усилителей для звука

На основе анализа характеристик и отзывов аудиофилов можно выделить следующие модели ОУ, отлично подходящие для звуковых применений:

AD797 — прецизионный ОУ с ультранизким уровнем шума

OPA1612 — малошумящий ОУ с высокими звуковыми характеристиками
LME49720 — двухканальный аудио ОУ высокого класса
OPA1642 — высококачественный ОУ для аудиоприменений
NE5532 — классический ОУ с хорошим соотношением цена/качество

Рассмотрим подробнее преимущества и особенности каждой из этих моделей.

AD797 — прецизионный малошумящий операционный усилитель

AD797 от Analog Devices считается одним из лучших ОУ для высококачественных аудиосистем. Его ключевые преимущества:

Сверхнизкий уровень шума — всего 0.9 нВ/√Гц
Очень малые нелинейные искажения — 0.00003% на 1 кГц
Высокая скорость нарастания — 20 В/мкс
Широкая полоса пропускания — 110 МГц

Благодаря выдающимся характеристикам AD797 обеспечивает исключительно чистое и детальное звучание. Он отлично подходит для микрофонных предусилителей, ЦАП и других критичных звеньев аудиотракта.

OPA1612 — малошумящий ОУ с высоким качеством звука

OPA1612 от Texas Instruments — еще один популярный выбор для аудиофильских схем. Его сильные стороны:

Низкий уровень шума — 1.1 нВ/√Гц
Малые искажения — 0.000015% (1 кГц)
Хорошая скорость нарастания — 27 В/мкс
Достаточно широкая полоса — 85 МГц

OPA1612 обеспечивает отличное качество звучания при умеренной цене. Он хорошо подходит для высококачественных предусилителей, активных фильтров и буферных каскадов в аудиотехнике.

LME49720 — высококлассный двухканальный аудио ОУ

LME49720 от Texas Instruments — популярный выбор для стереофонических схем. Его достоинства:

Низкий шум — 2.7 нВ/√Гц
Малые искажения — 0.00003% (1 кГц)
Высокая скорость нарастания — 20 В/мкс
Широкая полоса — 55 МГц
Двухканальное исполнение в одном корпусе

LME49720 отлично подходит для стереофонических предусилителей, микшеров и других двухканальных аудиосхем, обеспечивая высокое качество звучания.

OPA1642 — высококачественный ОУ для аудио

OPA1642 от Texas Instruments сочетает хорошие звуковые характеристики с невысокой ценой:

Низкий шум — 2.8 нВ/√Гц
Малые искажения — 0.00005% (1 кГц)
Неплохая скорость нарастания — 11 В/мкс
Достаточная полоса — 11 МГц

OPA1642 хорошо подходит для большинства аудиоприменений, где требуется качественное звучание без лишних затрат. Его часто используют в предусилителях и активных фильтрах.

NE5532 — классический ОУ с хорошим звуком

NE5532 от Texas Instruments — проверенный временем ОУ для аудио:

Умеренный шум — 5 нВ/√Гц
Приемлемые искажения — 0.002% (1 кГц)
Средняя скорость нарастания — 9 В/мкс
Достаточная полоса — 10 МГц
Низкая цена

NE5532 обеспечивает достойное качество звучания при очень доступной цене. Он отлично подходит для бюджетных аудиоустройств и любительских разработок.

Как выбрать оптимальный ОУ для звуковой схемы

При выборе операционного усилителя для конкретной аудиосхемы следует учитывать несколько факторов:

Требования к качеству звучания
Тип схемы (предусилитель, фильтр, буфер и т.д.)
Напряжение питания
Количество каналов
Стоимость

Для критичных звеньев High-End аппаратуры лучше использовать прецизионные малошумящие ОУ типа AD797 или OPA1612. В более простых схемах отлично проявят себя OPA1642 или NE5532.

Сравнение популярных ОУ для звука

Сведем основные характеристики рассмотренных моделей в таблицу для удобства сравнения:

Модель	Шум, нВ/√Гц	THD, %	Скорость нарастания, В/мкс	Полоса, МГц
AD797	0.9	0.00003	20	110
OPA1612	1.1	0.000015	27	85
LME49720	2.7	0.00003	20	55
OPA1642	2.8	0.00005	11	11
NE5532	5	0.002	9	10

Как видно из таблицы, AD797 и OPA1612 имеют наилучшие показатели по шуму и искажениям, что делает их оптимальным выбором для High-End аудио. LME49720 и OPA1642 занимают промежуточное положение, а NE5532 подойдет для более простых схем.

Особенности применения ОУ в звуковых схемах

При использовании операционных усилителей в аудиосхемах следует учитывать ряд важных моментов:

Тщательный выбор компонентов обвязки (резисторы, конденсаторы)
Правильная разводка печатной платы
Качественное заземление
Развязка по питанию
Соблюдение рекомендаций производителя

Даже самый лучший ОУ не раскроет свой потенциал при небрежном схемотехническом и конструктивном исполнении. Поэтому важно уделять внимание всем аспектам проектирования звуковой схемы.

Лучшие операционные усилители для звуковых схем

Выбор операционного усилителя (ОУ) для аудио применений

Условные обозначения, принятые для этой страницы:

Треугольник используется для обозначения операционного усилителя
Вывод подключения напряжения питания положительной полярности (+V) расположен слева от треугольника и направлен вверх.
Вывод подключения напряжения питания отрицательной полярности(-V) расположен слева от треугольника и направлен вниз.
Неинвертирующий вход расположен слева и обозначен знаком «+».
Инвертирующий вход расположен слева и обозначен знаком «-».
Выход ОУ изображается справа в вершине треугольника и направлен вправо
Выводы частотной компенсации или регулировки напряжения смещения справа от контактов питания и направлены вверх или вниз.
Названия корпусов соответствуют стандартизированным обозначениям.

Простой Операционный Усилитель в корпусе DIL8 (V1)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : 709, 748, CA3130, LT1028, NE5534, OPA121, AD797

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V2)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : 741, AD711, LF351, LM301, OPA606, TL061, TL071, TL081, OPA604, OPA627 (более специализированные приборы, предназначенные для схем сбора данных, но иногда используются и для аудио)

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V3)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : EL2030

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V4)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : OP07, OP27, OP37, OPA134

Сдвоенный ОУ в корпусе DIL14

Контакт 4 = -V
Контакт 13 = +V
Примеры : 747, NE5533 (двойной NE5534)

Сдвоенный АОП в корпусе DIL8

Контакт 4 = -V
Контакт 8 = +V
Примеры : 1458, 1558, 4559, AD642, AD644, AD647, AD648, AD712, LF353, LM358, LM833, NE5532, JRC5532, OP270 (обратите внимание, есть также OP270 в 14-контактном корпусе), OP275, OPA2107, OPA2111, OPA2134, OPA2604, TL062, TL072, TL082, TL052, JRC072, JRC4558, MC4558, LM4558, MC33078

Счетверенный АОП в корпусе DIL14

Контакт 11 = -V
Контакт 4 = +V
Примеры : 4156, LM124, LM324, LM348, LM837, OPA404, TL064, TL074, TL084, OPA4134, MC33079

Самые популярные ОУ

Некоторые ОУ стали очень популярны и использовались в тысячах конструкций. Кто из электронщиков последних десятилетий не знает uA741? Но uA741, конечно, не единственный сверх — популярный ОУ. У него есть множество «инкарнаций», такие как например uA747 (сдвоенный 741), MC1458 (сдвоенный 741), LM348 (счетверенный 741).

Также стали очень популярными чипы серии TL0xx (TL071, TL072, TL074, TL081, TL082, TL084) и CA3140. Микросхемы LM324, LM358 и CA3140 очень часто применяются в схемах с однополярным питанием. Серии TL07x и TL08x в основном используются для схем с симметричным питанием.

Самые известные, но не обязательно лучшие для аудио…

LM741 и LM324 очень популярны и используются повсеместно, то это главным образом благодаря тому, что они внесли огромный вклад в небольшую революцию в области интегральных усилителей. LM741 и LM324 были «лучше» и стабильнее своих предшественников LM709, но их характеристики вряд ли предназначались для усиления слабых звуковых сигналов. Тем не менее, они все таки для этого использовались, порой даже в схемах микрофонных усилителей.

NE5532 и NE5534 — отличное соотношение цена/качество. Очень подходят для изготовления небольших микрофонных предусилителей или даже предусилителей RIAA (RIAA — сертификация американской ассоциации звукозаписывающей индустрии Recording Industry Association of America). Эти чипы имеют небольшую склонность к нестабильности на высоких коэффициентах усиления (паразитные автоколебания на высокой частоте, обычно неслышимые и видимые только на осциллографе, приводящие однако к искажению звукового сигнала при прослушивании). Однако это явление легко устранить, обеспечив хорошую развязку по питанию и и добавив небольшую емкость в несколько пФ в цепи обратной связи.

Кроме того, иметь четыре ОУ в одном корпусе (например LM324) было и остается весьма практичным, даже при сомнительной линейности и уровне шума этих чипов.

Мое любимые ОУ для аудио

Кое-кто осуждает использование развязки источника питания, так как это может привести к увеличению шума. Лично я выступаю за использование локальной развязки по питанию. Я всегда буду защищать её использование, пока сам не увижу неблагоприятный эффект.

Существует версия NE5534N с более низким уровнем собственного шума, чем у NE5534. Честно говоря, я пробовал оба и не заметил никакой разницы на слух или на осциллографе. Но, возможно, мои тесты были недостаточно «чистыми», чтобы заметить разницу…

TL071, TL072, TL074 — я использовал их много раз для схем усиления сигналов линейного уровня и даже для микрофонных предусилителей (хотя для последних я предпочитаю NE5534). Они дают очень хорошие результаты, а также имеют очень хорошее соотношение цена/качество.

AD797 — эта схема идеальна для изготовления малошумящих микрофонов или предусилителей RIAA. Я использовал этот чип один раз для реализации предусилителя RIAA. Результат меня полностью удовлетворил. На тот момент у меня не было возможности провести сравнения с NE5534 (или 5532), но мне кажется, что последний все же лучше. Однако, это был единичный опыт, и не стоит принимать его за правило.

OPA2134 — используется в микрофонных предусилителях или предусилителях RIAA, а также во входных каскадах некоторых звуковых устройств (микшерных пультов, радиопередатчиков).

OP27 и OP37 — считается «лучше», чем NE5534, особенно с точки зрения уровня шума. И правда, эти микросхемы менее «шумны», чем NE5534, но большая разница в цене между ними и последними мне не кажется оправданной, по крайней мере, для звуковых схем.

Общее правило выбора «правильного» ОУ для звука

Я не знаю никаких магических правил. Вообще говоря, ОУ с биполярными транзисторами на входе всегда предпочтительнее, чем с входами на полевых транзисторах. Тем не менее, OPA2134 (FET) имеет «всего» на 6 дБ больше шума, чем NE5534 (биполярный). Время нарастания ( скорость нарастания выходного напряжения) является важным параметром, который дает хорошее представление о том, что можно ожидать от сигнала большой амплитуды и высокой частоты (скажем, выше 10 кГц для аудио).

Если ОУ недостаточно быстр, не ожидайте от него слишком многого… TL07x (FET) имеет довольно высокий уровень шума (18 нВ/rHz), но его время нарастания 13 В/мкс достаточно хорошее, в любом случае, намного выше, чем у LM741 (0,5 В/мкс)! Кстати, необходимо иметь в виду, что время нарастания около 2 В/мкс достаточно для обработки сигнала частотой 20 кГц с полной амплитудой.

Хорошая репутация, но лично не пробовал

LT1028 — эта довольно старая микросхема, которая всегда считалась одной из лучших в области аудио и много раз использовалась в микрофонных предусилителях, предусилителях RIAA и NAB. К сожалению, ни разу не держал в руках.

LM4562 — более новый чип, чем LT1028, с очень хорошими характеристиками.

LM6172 — может работать на более высокую емкостную нагрузку, чем средние ОУ, и имеет низкий уровень искажений.

AD8599 —

OPA2211 и OPA2827-

Разные производители одних и тех же чипов

NE5534 не обязательно имеет те же звуковые качества, что и другой NE5534, выпущенный другим производителем. Один и тот же образец интегральной схемы могут предлагать разные производители, они не обязательно будут изготавливаться по одним и тем же технологиям, каждая отрасль имеет свои предпочтения и «секреты» производства. Я не претендую на то, что один бренд лучше другого. Тем не менее, похоже, что аудиофилы предпочитают бренд JRC, а не Signetic, Philips или Texas Instruments. Burr Brown — еще один бренд, заслуживший солидную репутацию благодаря высокому качеству в области аудиотехники. Однако мы должны оставаться скромными в этих суждениях и помнить, что есть схемные решения, в которых звуковые различия слышны меньше, чем в других.

Замена операционных усилителей

Безопасно ли менять одну микросхему на другую? Если корпуса содержат одинаковые функциональные блоки (например, два ОУ), то да. Существуют корпуса DIL8, содержащие только один ОУ (например, NE5534), и корпуса DIL8, содержащие два ОУ (например, NE5532). Таким образом, NE5534 и NE5532 имеют идентичный корпус (DIL8), но поскольку их внутренняя структура (распиновка) различается, замена одного на другой может просто привести к их полному выходу из строя!

С другой стороны, замена TL084 (корпус DIL14) на TL074 (также в корпусе DIL14) вполне возможна, поскольку разводка четырех ОУ, которые они оба содержат — идентична.

Обратите внимание, что вы можете использовать для замены ОУ с отличающейся распиновкой, используя сделав (или купив) небольшую плату — перходник. Ничто не мешает вам заменить NE5532 (двойной ОУ в корпусе DIL8) двумя NE5534 (каждый в корпусе DIL8), используя небольшую печатную плату, обеспечивающую механический «интерфейс»

Переведено с французского. Источник >>

Сравнительный тест Операционных Усилителей для Аудио

Содержание

1 Лабораторная установка
2 Подопытные кролики
3 Результаты измерений
4 Дифференциальный усилитель
5 I-V преобразователь
6 Аутсайдеры
7 Маленькие полезности
8 И это только начало…

Всё получилось как бы само собой: отлаживал я стенд для частотного анализа своих изделий, добивался минимального уровня искажений. Ведь очень хочется, чтобы за шумами и искажениями стенда можно было разглядеть то, что привносит тестируемый аппарат.

В процессе отладки не смог удержаться и протестировал все более или менее качественные Операционные Усилители (ОУ), имевшиеся под рукой на тот момент.

В качестве АЦП была взята плата XMOS “XK-USB-AUDIO-U8-2C” (на ней АЦП CS5340). Есть на ней и ЦАП, но сравнив уровень помех от этой платы, и то, что выдавала купленная на eBay платочка ЦАП на AD1955 (всего было проверено 9 различных ЦАП’ов и звуковых карт), всё неумолимо разрешилось в пользу менее претенциозного, и одновременно ощутимо менее шумного брата родом из Поднебесной (увы, оба моих FluidDAC уже не у меня трудятся). Максимально достижимым режимом для данной комбинации ЦАП-АЦП оказался режим 24 бита 96 КГц. Цифровое аудио с компьютера завёл на ЦАП через USB→I2S/SPDIF преобразователь на CM6631A.

Характеристики операционных усилителей не всегда позволяют предсказать поведение данного экземпляра в конкретной схеме. Правды ради надо отметить, что в нескольких весьма дотошных документах на так называемые «аудио ОУ», приводится даже картинка гармонических искажений, вносимых тем усилителем (с грустным преобладанием высших нечётных г.

) Чаще же там находится одинокая цифра Кг / THD.

На плате ЦАП присутствуют три сдвоенных Операционных Усилителя (ОУ). Вот схема одного канала из документации AD:

В полном соответствии с рекомендациями производителя, два ОУ работают преобразователями ток-напряжения (I-V converter) для ЦАП с токовым выходом, третий ОУ сводит дифференциальный сигнал в однофазный. Требования к ним различаются: ОУ в I-V преобразователе должен быть скоростным и с хорошей нагрузочной способностью, тогда как выходной ОУ (дифференциальный операционный усилитель) более щепетилен на предмет искажений по входу и выходу.

Китайцы ставят неплохие ОУ (с разборки! но это отдельный разговор), и они явно не особо вдаются в детали, так что изначально все три ОУ на плате ЦАП были одинаковыми, и результат был далёк от идеала.

После примерно двух сотен замеров сложилась картинка, которая радовала своей сообразностью тому, что в прошлом я наслушал, сравнивая различные ОУ в макете JAST-Amp усилителя. Тогда лучшим из отслушанных вышел OPA2132, чуть меньше понравились OPA2134 и OPA2604, они шли примерно на равных. Тогда же помню меня удивило вполне приличное звучание TL072. А вот OPA2111 играли совсем неубедительно. ОУ с биполярами на входе в JAST-Amp я тогда не опробовал.

Результаты измерений представлены в табличке. Не все сочетания были обмерены, соответственно остались незаполненные клеточки.

На всякий случай: ссылка на таблицу в google docs.

В таблице приведены моментальные значения коэффициента гармоник (Кг / THD) в %, частота основного тона 1КГц, в квадратных скобках — тоже величина THD, но измеренная на частоте 1100Гц. В реальности значение Кг, которое программа рассчитывает, постоянно меняется в пределах нескольких знаков младшего разряда.

Лучшие операционные усилители, а точнее результаты замеров для лучших комбинаций I/V и дифференциального, выделены в таблице зелёным цветом. Совсем негодные — красным.

Самое же интересное видно на спектрограммах: какие гармоники порождает каждый ОУ, а также их различные сочетания. Цель данного обмера была — заполучить минимальный уровень всех гармоник для измерительного стенда. Однако для ЦАП, который будут слушать, вполне можно допустить преобладание второй гармоники — это будет незаметно для уха, или добавит немного мягкости звучания. А вот преобладание третьей гармоники (и высших нечётных) — сразу настораживает, стоит ли такой ОУ вообще ставить в звуковой тракт…

По каждому измерению доступны снимки экрана спектрометра. Приглашаю на ОУ-медитацию 🙂 альбом в гугл-фото.

При просмотре альбома обязательно откройте панель информации, для этого, в режиме просмотра отдельных фото, надо «кликнуть» на значок «i» в правом верхнем углу — появится информация о том, какие конкретно ОУ произвели тот спектр, что на экране.

Первенство взяли OP627, AD797A (его рекомендуют производители чипа ЦАП), и LME49720NA.
За ними с минимальным отставанием идут OPA2132, Philips NE5532N и OPA249G.
Далее кучно: OPA2134, OPA2604 и OPA2277.
Чуть после: NJM5532DD, AD827JN.
И уже с изрядным отставанием: TI-TL072CP, OPA2111, и ещё чуть хуже ST-TL072CN, THS4032I.
LM1458 лишь условно можно приписать возможность усиливать аудио сигнал.

Победитель: AD827JN.
Совсем рядом AD797A, OPA627, OPA249G — “универсальные солдаты”, хорошо показавшие себя в обоих применениях.
Philips NE5532N, LME49720 и NJM5532DD в этой позиции работают вполне сносно.
Остальным делать там просто нечего.

Из любопытства просвистел несколько ОУ, которые на аудио даже не претендуют.
L2722 (мощный. осторожно, другая цоколёвка)
LM358P
LME49720HA c на-eBay-я — этот оказался перебитым LM358H: сходство картинки гармоник с нормальным LM358P разительное, как-будто отпечатки пальцев совпали!

Несколько небольших хитростей, выявленных в процессе экспериментов:

Генератор в горячо любимой программуле SpectraPlus (СП) версии 5.0.27.5 оказался с закидонами: высокий уровень гармоник (на фоне применённых ЦАП и АЦП), а также периодические сбивки в сигнале, что на спектрограмме проявляется как подскоки шумового пола. Вместо встроенного генератора СП с задачей прекрасно справляется бесплатная Audacity: выдаёт чистейший сигнал, пищит ровно и беспрерывно столько, сколько нагенерируешь трэк.
ЦАП при максимальном размахе цифрового сигнала выдавал неприятные искажения в широком диапазоне. Сгенерировав тестовый сигнал уровнем 0.95 (-0.5дБ) и откалибровав аналоговую часть, а также СП, удалось заполучить уровень искажений практически не различимый за шумовым полом АЦП, плюс гармоники испытуемых ОУ.
Оптические приёмники TOSLINK, которые китайцы ставят на свои поделки, не тянут HiRes Audio: при беглом прослушивании тестового “бляммм” при настройке драйверов ничего незаметно, а вот на спектре вылезают всплески шума невнятного происхождения. Подключив SPDIF проводочком (на плате USB развязывающий трансик в наличии) — удалось избавиться ото всяких чудачеств при воспроизведении.

Надеюсь, что данный тест-сравнение операционных усилителей для аудио, а так получилось, что он нацелен на цифро-аналоговые преобразователи с токовым выходом, поможет тебе, дорогой коллега, немного сэкономить время и усилия на отслушивании различных ОУ в разных позициях. Увы, пока не могу претендовать на точность и всеобъемлемость измерений, достойных научной публикации. Надо так же отметить, что каким-то образом ОУ в I-V преобразователе и дифференциальный усилитель влияют на результат взаимно, т.е. прослеживаются некоторые “привязанности” одной модели в дифф. усилителе к определённым моделям в I-V.

Тем не менее в итоге стенд получился с хорошей повторяемостью результатов. Так что буде понадобится протестировать ОУ, не вошедший в данный тест — всегда можно добавить интересный экземплярчик в коллекцию. Подписывайся на обновления! 😉
Буду искренне рад обратной связи: у кого какой опыт с какими ОУ, кому что оказалось полезно, или даже просто познавательно?

лучших операционных усилителей 2022 года

Примечание редактора: этот блог был первоначально опубликован в декабре 2019 года, но был обновлен для обеспечения точности. .

‍

Операционные усилители, также известные как «операционные усилители», обычно используются при разработке аналоговых электронных схем. Инженеры всех уровней квалификации часто включают эти рабочие лошадки в свои электронные конструкции.

Карл Д. Шварцель-младший из Bell Labs подал патент на «суммирующий усилитель» в 19 году.41. Первоначально устройство использовалось для выполнения математических операций на аналоговых компьютерах. Таким образом, компонент заслужил «операционную» часть своего названия.

Сегодня операционные усилители являются строительными блоками многих современных аналоговых электронных схем. Устройства по-прежнему выполняют сложные математические операции, такие как интегрирование и дифференцирование. Однако благодаря своей низкой стоимости, оптимальной производительности и широкой доступности эти универсальные компоненты используются во множестве бытовых, промышленных и научных приложений.

Например, операционные усилители используются в аудиоусилителях, видеоприложениях, интерфейсах медицинских датчиков, регуляторах напряжения, приемниках основной полосы частот, аналого-цифровых преобразователях и многом другом.

Технически операционный усилитель представляет собой усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления и дифференциальными входами. Обычно встречающиеся в интегральных схемах (ИС), их входные и выходные клеммы создают сигналы напряжения, превышающие то, что проходит через них. Операционный усилитель по существу помогает усилить сигналы, которые обычно ослабевают при прохождении через дискретные элементы в аналоговой схеме. В конечном итоге устройства производят полезный выходной сигнал.

Чрезвычайно высокий коэффициент усиления операционного усилителя нельзя изменить, но с помощью контуров обратной связи можно им управлять. В конечном счете, добавление резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности создает различные конфигурации в схеме операционного усилителя, которые будут давать совершенно разные результаты.

В целом адаптивность и универсальность этого устройства с тремя выводами делают его популярным компонентом во многих конструкциях.

Выбор подходящего операционного усилителя

Идеальный операционный усилитель должен иметь бесконечный коэффициент усиления без обратной связи, бесконечный входной импеданс, нулевой выходной импеданс и бесконечную частотную характеристику с нулевым шумом и искажениями. На самом деле ни один операционный усилитель не может удовлетворить всем этим требованиям.
‍
Операционные усилители общего назначения хорошо работают во многих схемах. Однако для некоторых приложений может потребоваться более высокая производительность специального устройства.

Чтобы соответствовать различным конструктивным требованиям для различных приложений, инженеры должны учитывать несколько факторов, чтобы убедиться, что они выбирают правильный операционный усилитель. Эти ключевые атрибуты подробно описаны ниже.

Коэффициент усиления

Одной из наиболее отличительных характеристик операционного усилителя является его высокий коэффициент усиления.

Усиление измеряет коэффициент усиления операционного усилителя — или насколько больше величина его выходного сигнала по сравнению с его входным сигналом. Обычно это называется «усиление без обратной связи» или «усиление напряжения большого сигнала».

Усиление без обратной связи измеряет усиление устройства без положительной или отрицательной обратной связи. Когда указано усиление без обратной связи, оно представляет собой максимальное усиление переменного тока на очень низких частотах. В идеале коэффициент усиления операционного усилителя должен быть бесконечным, но реальные значения обычно находятся в диапазоне от 20 000 до 200 000 Ом.

Для сравнения, большой коэффициент усиления по напряжению сигнала (также известный как AVD) отображает отношение изменения выходного сигнала к дифференциальному сдвигу входного напряжения. Он измеряется на низкочастотном постоянном токе, и усилитель выдает большое выходное напряжение. Обычно это предпочтительнее усиления без обратной связи, обычно в виде В/мВ. Примечательно, что это усиление измеряется без выходной нагрузки, которая учитывает эффекты нагрузки.

Количество каналов

Наиболее распространенное количество каналов для операционных усилителей — 1, 2 или 4. Однако они могут иметь до 8 каналов.

Входной и выходной импеданс

В целом, входной и выходной импеданс операционного усилителя показывает соотношение между напряжением и током.

Входное сопротивление показывает, насколько больше будет протекать ток при увеличении напряжения или насколько уменьшится ток при уменьшении напряжения.

В идеале это значение должно быть бесконечным. Реальные операционные усилители имеют очень высокий входной импеданс (типичные значения могут составлять сотни миллионов Ом). Основное преимущество высокого входного импеданса заключается в том, что для создания напряжения требуется минимальный ток от источника.

Выходное сопротивление, напротив, в идеале равно нулю. Однако большинство реальных операционных усилителей на основе интегральных схем имеют значения выходного импеданса менее сотой доли ома.

Полоса пропускания и коэффициент усиления полосы пропускания

Оптимальный операционный усилитель должен иметь бесконечную полосу пропускания и быть в состоянии усиливать сигнал любой частоты от постоянного до самых высоких частот переменного тока. Однако полоса пропускания реальных операционных усилителей может усиливать звук только в определенном диапазоне частот. Как только он превышает предел частоты, устройство не может воспроизводить звук.

Произведение коэффициента усиления на полосу пропускания (GBP) описывает частоту, при которой усилитель операционного усилителя становится с единичным коэффициентом усиления. Этот коэффициент позволяет разработчикам достичь максимального усиления, которое операционный усилитель может обеспечить для заданной частоты.

Скорость нарастания

Скорость нарастания операционного усилителя — это скорость изменения выходного напряжения, вызванная ступенчатым изменением на входе. Он измеряется как способность устройства изменять свое выходное напряжение на определенную величину за заданный промежуток времени.

Операционный усилитель должен иметь бесконечную скорость нарастания в идеальном мире, а это означает, что выходной сигнал усилителя должен быть усиленной копией входного сигнала без искажений.

В реальной конструкции чем выше скорость нарастания, тем быстрее может изменяться выходной сигнал. Инженеры также должны знать, что значения изменения скорости нарастания зависят от типа используемого операционного усилителя. Таким образом, маломощные операционные усилители могут обеспечивать скорость нарастания в один вольт в микросекунду, в то время как более быстрые операционные усилители могут обеспечивать скорость нарастания 1000 вольт в микросекунду.

Шум

Идеальный операционный усилитель должен иметь нулевой шум. К сожалению, все операционные усилители содержат несколько внутренних источников шума, таких как ток, резистор и т. д. Они измеряются на выходе и относятся к входам. Эквивалентное входное шумовое напряжение является наиболее значимым типом шума и также зависит от полосы пропускания. В целом, разработчики должны стремиться к тому, чтобы это значение шума было как можно меньше.

Максимальное входное напряжение смещения

Если бы оба входа операционного усилителя были нулевыми, он выдавал бы нулевой выходной сигнал. Однако из-за производственных дефектов дифференциальные входные транзисторы в реальных операционных усилителях могут не совпадать точно. Таким образом, для обнуления выходного сигнала необходимо приложить небольшое дифференциальное входное напряжение. Оно называется входным напряжением смещения и должно иметь небольшое значение.

Максимальное напряжение питания

В целом, при принятии решения о том, какой операционный усилитель использовать в проекте, инженеры должны учитывать эти факторы и то, как они влияют на конкретные конструктивные требования каждого приложения.

Sourcengine предоставляет обширную глобальную базу данных, содержащую более 1 миллиарда уникальных деталей, которые доступны в любое время и в любом месте для удовлетворения потребностей проекта. Технические характеристики также доступны для каждого элемента.

Ниже приводится краткое описание десяти самых популярных операционных усилителей этого года.

1. LM358ADT STMicroelectronics

Этот компонент содержит два независимых операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией. Двойной операционный усилитель работает в широком диапазоне напряжений от одного источника питания. Устройство доступно в корпусе SOIC-8 с шириной полосы пропускания 1,1 МГц (единичное усиление). Компонент имеет типичное входное напряжение смещения 1 мВ, максимальный входной ток смещения 10 нА и максимальный входной ток смещения 50 нА с температурной компенсацией.

Этот двойной низковольтный операционный усилитель с выходом rail-to-rail хорошо подходит для недорогих, компактных и низковольтных приложений. Деталь поставляется в корпусе VSSOP-8 и работает от 2,7 В до 5 В с низким током питания 210 мкА. Эти устройства используются в различных приложениях, включая профессиональные аудиомикшеры, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, настольные компьютеры и многое другое.

3. LM358AN ON Semiconductor

Этот двойной операционный усилитель с одним источником питания выполнен в корпусе DIP-8, как и LM358N. Однако максимальное входное напряжение смещения составляет 3 мВ, а максимальный входной ток смещения — 30 нА. Он работает с типичным входным током смещения 45 нА и максимальным входным током смещения 100 нА, что ниже, чем у LM358N.

LM358N/NOPB имеет внутреннюю частотную компенсацию и имеет корпус DIP-8. Это операционный усилитель с двумя входами с типичным входным напряжением смещения 2,9 мВ и стандартным входным током смещения 5 нА. Входной ток смещения устройства составляет 45 нА, а максимальная сила тока — 250 нА. Он упакован в лампу PDIP8 и обеспечивает защиту от короткого замыкания и возможность обнуления напряжения смещения. Устройство имеет внутреннюю частотную компенсацию, которая помогает обеспечить стабильность без внешних компонентов. Его диапазон напряжения питания составляет ±15 В с большим коэффициентом усиления по дифференциальному напряжению сигнала 200 В/мВ. Широкий диапазон синфазного входного напряжения усилителя и отсутствие защелки делают его подходящим для применения в повторителях напряжения.

6. LM358DT STMicroelectronics

Как и LM358ADT, LM358DT представляет собой устройство двойного назначения, предназначенное для работы в широком диапазоне напряжений от одного источника питания. Два независимых операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и внутренней частотной компенсацией поставляются в корпусе SOIC8. Устройство имеет типичное входное напряжение смещения 2 мВ и входной ток смещения 2 нА. Широкая полоса усиления компонента составляет 1,1 МГц, и он может поддерживать два источника питания с диапазоном ±16 В. Кроме того, он имеет значительное усиление напряжения сигнала 100 В/мВ.

7. LM324N Texas Instruments

Этот маломощный счетверенный операционный усилитель имеет широкую полосу усиления 1,3 МГц, максимальное входное напряжение смещения 5 мВ и низкий входной ток смещения 20 нА. Он поставляется в корпусе типа PDIP14 с максимальным смещением 9000 мкВ.

MCP6001T-I/OT предназначен для маломощных и недорогих приложений общего назначения. Один операционный усилитель работает в промышленном диапазоне температур от -40°C до 85°C. Типичное произведение усиления на полосу пропускания усилителя составляет 1 МГц и выполнено в корпусе SOT-23. Это семейство компонентов может работать от одного источника питания с напряжением всего 1,8 В при токе покоя 100 мкА. Его можно использовать в аналоговых фильтрах, ноутбуках, автомобилях и т. д.

LM324AMX/NOPB Четыре операционных усилителя с внутренней компенсацией в одном корпусе SOIC14. Он работает от одного источника питания в широком диапазоне напряжений от 3 до 32 В. Маломощный операционный усилитель общего назначения имеет большой коэффициент усиления по напряжению сигнала, порядка 100 В/мВ. Компонент также имеет ширину полосы усиления 1 МГц с низким входным током смещения 45 нА, низким входным напряжением смещения 2 В и током смещения 5 нА.

10. LM741H Texas Instruments

LM741H — это однофункциональный операционный усилитель с защитой от перегрузок на входе и выходе. Примечательно, что он не имеет защелки, когда превышен диапазон синфазного сигнала. Усилитель общего назначения работает с диапазоном напряжения питания ±15 В и диапазоном максимального напряжения питания ±22 В. Максимальная полоса пропускания составляет 1,5 МГц, а коэффициент усиления по напряжению сигнала составляет 200 В/мВ. Устройство поставляется в корпусе TO-99-8 и является прямой заменой операционных усилителей, таких как 709C, MC1439, LM201 и других.

Инженеры и профессиональные покупатели могут найти цены и сроки поставки этих десяти популярных операционных усилителей, выполнив поиск в глобальной базе данных электронной коммерции Sourcengine. Войдя на рынок, клиенты увидят предпочтительные цены и получат полный доступ к параметрическим данным для более чем 1 миллиарда компонентов на нашем рынке.

Выбор ОУ с наилучшим звучанием для минимально возможного THD+N — действительно лучший способ?

Выбор ОУ с наилучшим звучанием для минимально возможного THD+N — действительно лучший подход ??

Сначала несколько выдержек из рубрики «Интегрированные операционные усилители и их свойства» (со страницы 109-165 в книге «Small Signal Audio Design» — перейдите на
Facebook
от Mr. DOUGLAS SELF)

Введение:
Аудиодизайн в течение многих лет опирался на очень небольшое количество интегрированных типов операционных усилителей; TL072
и 5532 в течение многих лет доминировали на рынке аудио слабого сигнала.
TL072 с его входами JFET использовался везде, где пренебрежимо малы входные токи смещения и низкая стоимость.0009 важно. Долгое время 5534/5532 были намного дороже, чем TL072, поэтому последний
использовался везде, где это было возможно, в аудиосистеме, несмотря на его низкий уровень шума, искажений и возможности управления нагрузкой
. 5534 (предшественник TDA1034 — см. техническое описание
TDA1034NB)
был зарезервирован для критических частей схемы. Хотя на
ушло много лет, цена на 5534 сейчас упала до такой степени, что вам нужна очень веская причина, чтобы выбрать операционный усилитель любого другого типа для работы со звуком.
TL072 и 5532 — сдвоенные операционные усилители; одиночные эквиваленты — TL071 и 5534. Двойные операционные усилители
используются почти повсеместно, поскольку пакет, содержащий два, обычно дешевле, чем пакет
, содержащий один, просто потому, что он более популярен.
Однако существуют и другие операционные усилители, некоторые из которых могут быть полезны, и здесь рассматривается выбранный диапазон
.

Свойства операционных усилителей: искажение
Относительно мало дискуссий о поведении операционных усилителей касаются нелинейных искажений, возможно,
, потому что это сложный бизнес. «Точность» операционных усилителей тесно связана, но термин
часто применяется только к работе на постоянном токе. Точность здесь часто указывается в битах, поэтому «20-битная точность
» означает ошибки, не превышающие одну часть от 2 до 20, что составляет -120 дБ или 0,0001%. Искажение звукового сигнала
, конечно, является динамическим явлением, очень чувствительным к частоте, и характеристики
DC совершенно бесполезны для его оценки.
Искажение всегда выражается в виде отношения и может указываться в процентах, как число
децибел, или частей на миллион. С появлением цифровой обработки стало более популярным рассматривать искажение как ошибку квантования
, возникающую из-за использования заданного количества битов.
Рисунок 4.2, как мы надеемся, дает возможность сохранять перспективу при работе с этими различными показателями
.

Существует несколько различных причин искажения в операционных усилителях. Сейчас мы их рассмотрим.

Внутреннее искажение операционного усилителя:
Это то, что можно назвать основным искажением, создаваемым выбранным вами операционным усилителем.
Даже если вы тщательно избегаете отсечения, ограничения нарастания и синфазных помех, операционные усилители
не свободны от искажений, хотя некоторые типы, такие как 5532 и LM4562, имеют очень низкие уровни
.
Если искажение появляется, когда операционный усилитель работает с шунтирующей обратной связью, для предотвращения
синфазных напряжений на входах и с очень малой выходной нагрузкой, то, вероятно,
полностью внутреннее, и с этим ничего нельзя сделать, кроме выбора лучше операционник.
Если искажение выше ожидаемого, причиной может быть внутренняя нестабильность, спровоцированная
подключение емкостной нагрузки непосредственно к выходу или пренебрежение развязкой по питанию. Классическим примером последнего эффекта
является 5532, который показывает высокие искажения, если рядом с корпусом нет конденсатора
на шинах питания; Обычно достаточно 100 нФ. На выходе с помощью осциллографа общего назначения реальных ВЧ-колебаний
не видно, поэтому проблема
может заключаться в нестабильности одного из промежуточных каскадов усиления.

Искажение, ограничивающее скорость нарастания
Хотя это, по сути, состояние перегрузки, ответственность за это полностью лежит на разработчике. Если пользователи
увеличивают усиление до тех пор, пока сигнал не окажется на волоске от ограничения, они все равно должны быть в состоянии
предположить, что ограничение нарастания никогда не произойдет, даже с агрессивным материалом, наполненным высокими частотами
.
Организовать это не так уж и сложно. Если на шинах установлено обычное максимальное напряжение
, т. е. ±18 В, то максимально возможная амплитуда сигнала составляет 12,7 В (среднеквадратичное значение) без учета
напряжения насыщения выходного каскада. Для чистого воспроизведения этого уровня на частоте 20 кГц требуется минимальная скорость нарастания
всего 2,3 В/мкс. Большинство операционных усилителей могут работать намного лучше, хотя с
OP27 (2,8 В/мкс) вы плывете довольно близко к ветру. Старый LM741 выглядит так, как если бы
был совершенно непригоден для использования, так как его очень ограниченная скорость нарастания 0,5 В/мкс позволяет использовать полный размах выходного сигнала
только до 4,4 кГц.
Ужасно, как это сейчас может показаться, аудиотракты, заполненные LM741, были довольно распространены в начале 9-го века.0009 1970-е годы. Целые микшеры были построены без каких-либо других активных устройств, и все жалобы, которые были
, в основном касались шума, а не искажения. Причина этого в том, что полноуровневые сигналы на частоте
20 кГц в реальности просто не встречаются; хорошо известно, что энергия на ВЧ-конце звукового спектра намного ниже, чем на низкочастотном конце.
Предполагается, что ограничение нарастания имеет резкое начало по мере увеличения уровня, подобно отсечению.
Обычно это так. По мере увеличения входной частоты и приближения операционного усилителя к пределу нарастания входной каскад работает все активнее, чтобы удовлетворить требования компенсации
емкость. Существует абсолютный предел количества тока, который может подавать этот каскад, и
, когда вы нажимаете на него, искажения резко возрастают, так же, как это происходит, когда вы нажимаете на шины питания, а
вызывает ограничение напряжения. Прежде чем вы достигнете этой точки, линейность может ухудшиться, но
обычно лишь незначительно, пока вы не приблизитесь к пределу. Обычно нет необходимости сохранять
большой запас прочности при работе с ограничением скорости. Если вы используете обычные
подозреваемых в мире аудио операционных усилителей — TL072, 5532 и LM4562, с максимальным количеством
скорости нарастания 13, 9 и 20 В/мкс соответственно, маловероятно, что вы столкнетесь с какой-либо нелинейностью скорости нарастания
.

Правильный выбор операционного усилителя
До недавнего времени предпочтение отдавалось 5532. Он есть практически в каждом микшерном пульте и в большом количестве предусилителей
. Искажения очень низкие, даже при нагрузке 600 Ом. Шум
очень низок, а баланс напряжения и шума во входном каскаде хорошо соответствует
звукоснимателям с подвижным магнитом; во многих приложениях дискретные устройства не дают значительных
преимущество. Производство в больших количествах привело к снижению цены до такой степени, что для выбора любого другого устройства требуется веская причина
.
Однако модель 5532 не идеальна. Он страдает от синфазных искажений. Он имеет высокие токи смещения и смещения
на входах, что является неизбежным результатом использования биполярного входного каскада (для низкого уровня шума) без какой-либо схемы компенсации смещения. 5532 не в авангарде точности по постоянному току, хотя
на самом деле не так уж и плох. Спецификация напряжения смещения составляет 0,5 мВ типично, 4 мВ макс, по сравнению с
Типичное значение 3 мВ, максимальное значение 6 мВ для популярного TL072. Я фактически использовал 5532 для замены TL072
, когда напряжение смещения было проблемой, но увеличенный ток смещения был приемлемым.
С ужасной неизбежностью сама популярность и отличные технические характеристики
5532 привели к критике со стороны субъективистов, которые ухитрились убедить себя
в том, что они могут отличить операционные усилители, слушая воспроизводимую через них музыку. Это всегда вызывает у меня смех
, потому что, наверное, нет на планете музыки, которая не прошла бы через
сотня или более 5532 на пути к потребителю.
LM4562 представляет собой реальный шаг вперед по сравнению с 5532. Тем не менее, он все еще намного дороже
и не идеален — кажется, что его легче повредить избыточными синфазными напряжениями, и есть некоторые свидетельства того, что он более чувствителен к ВЧ. демодуляция.
В некоторых приложениях, таких как недорогие микшерные пульты, биполярные токи смещения
доставляют реальную неприятность, потому что для предотвращения царапающих шумов их удаление от потенциометров эквалайзера требует
0009 Несоответствующее количество блокировочных конденсаторов. Существует множество входных операционных усилителей JFET около
с незначительными токами смещения, но нет явно превосходящего устройства, эквивалентного
или 5532. TL072 используется в этом приложении уже много лет, но его ВЧ-линейность
не является первой. класс и искажения по всему диапазону сильно ухудшаются по мере увеличения выходной нагрузки.
Однако операционные усилители во многих секциях эквалайзера работают в конфигурации шунтирующей обратной связи с
отсутствием напряжения CM на входах, что значительно снижает искажения. При низком смещении
необходимы токи с превосходной производительностью, тогда OPA2134 часто является хорошим выбором,
, хотя он как минимум в четыре раза дороже, чем TL072.

Опрошенные операционные усилители: типы входов BJT
В оставшейся части этой главы рассматриваются некоторые типы операционных усилителей и анализируются их характеристики, при этом
5532 обычно используются для сравнения. Показанные здесь детали не обязательно предназначены для аудио операционных усилителей
, хотя некоторые из них, такие как OP275 и OPA2134, были специально разработаны
как таковой. Однако все они в разном количестве использовались в аудиоприложениях. Биполярные входные операционные усилители рассматриваются в первую очередь.

Операционный усилитель LM741
LM741 включен сюда только из-за его исторического интереса; в свое время это была очень значительная разработка и, на мой взгляд, первый действительно практичный операционный усилитель. Он был представлен Fairchild в 1968 году и считается операционным усилителем второго поколения, а 709 — первым поколением. LM741 имел (и действительно имеет) эффективную защиту от короткого замыкания и внутреннюю компенсацию стабильности при единичном усилении, и с ним было намного проще работать в реальной схеме, чем с его предшественниками. Было ясно, что это было шумно по сравнению с дискретной схемой, и вам иногда приходилось снижать уровень выходного сигнала, чтобы избежать ограничения нарастания, но с осторожностью это можно было использовать в аудио. Вероятно, последнее место, где LM741 задержался, было в интеграторах фильтров эквалайзера с переменным состоянием, где ни посредственные шумовые характеристики, ни плохая способность поворота не являются серьезной проблемой; см. главу 15 для более подробной информации об этом приложении. LM741 представляет собой одиночный операционный усилитель. Двойная версия — LM747. Рисунок 4.19показывает область между 100 Гц и 4 кГц, где искажение возрастает на 6 дБ/октаву. Это результат обычной схемы компенсации Миллера с доминирующим полюсом. Когда начинается ограничение по нарастанию, наклон увеличивается, а THD быстро растет с частотой.

Операционный усилитель NE5532/5534
Операционный усилитель 5532 — это двухполярный операционный усилитель с низким уровнем шума и искажений, с внутренней компенсацией для стабильности единичного усиления. 5534 представляет собой одинарную версию с внутренней компенсацией для усиления до трех раз, и для стабильности единичного усиления можно добавить внешний компенсационный конденсатор; 22 пФ — обычное значение. 5532 обеспечивает стабильность единичного усиления за счет наличия дегенеративных резисторов в эмиттерных цепях входных транзисторов, чтобы уменьшить усиление без обратной связи, и поэтому он более шумный, чем 5534. Синфазный диапазон входов является здоровым. ±13 В, без проблем с инверсией фазы, если это превышено. Он имеет значительно более высокое энергопотребление, чем TL072, потребляя около 4 мА на секцию операционного усилителя в состоянии покоя. Версия DIL заметно нагревается в состоянии покоя на шинах ±17 В. 5534/5532 имеют входные устройства на биполярных транзисторах. Это означает, что он дает низкий уровень шума при низком сопротивлении источника, но потребляет относительно высокий ток смещения через входные контакты. Входные устройства являются NPN, поэтому токи смещения текут в микросхему с положительной шины. Если вход подается через значительное сопротивление, то входной контакт будет более отрицательным, чем земля, из-за падения напряжения, вызванного током смещения. Входы соединены встречно-параллельными диодами для защиты от обратного напряжения; и не следует насильно тянуть к разным напряжениям. 5532 предназначен для линейной работы, и его использование в качестве компаратора не рекомендуется.
Как видно из рисунка 4.20, 5532 почти не имеет искажений, даже при максимальной нагрузке 500 Ом. Внутренняя схема 5532 никогда официально не объяснялась, но, похоже, состоит из вложенных циклов Миллера, которые допускают высокий уровень внутренней отрицательной обратной связи. 5532 является двойным по сравнению с 5534 и используется гораздо чаще, чем одиночный, поскольку он дешевле в пересчете на операционный усилитель и не требует внешнего компенсационного конденсатора при использовании с единичным коэффициентом усиления. 5532/5534 производится несколькими компаниями, но не все они одинаковы. У Fairchild, JRC и ON-Semi значительно меньший коэффициент нелинейных искажений на частоте 20 кГц и выше, и здесь мы говорим о коэффициенте два или три. Операционные усилители 5532 и 5534 требуют адекватной развязки по питанию, если они хотят оставаться стабильными; в противном случае они кажутся подверженными каким-то внутренним колебаниям, которые ухудшают линейность, но не видны на обычном осциллографе. Существенным требованием является то, что шины +ve и -ve должны быть развязаны конденсатором 100 нФ между ними на расстоянии не более нескольких миллиметров от операционного усилителя; обычно один такой конденсатор устанавливается на корпус как можно ближе к нему. Нет необходимости, а часто и нежелательно иметь два конденсатора на землю; каждый конденсатор между шиной питания и землей несет в себе риск проникновения шума шины в землю.

Операционный усилитель LM4562
LM4562 — это новый операционный усилитель, который впервые стал доступен бесплатно в начале 2007 года. Это продукт National Semiconductor. Это сдвоенный операционный усилитель — одиночной или счетверенной версии нет. Он стоит примерно в десять раз дороже, чем 5532. Входное шумовое напряжение обычно составляет 2,7 нВ/√ Гц, что значительно ниже, чем 4 нВ/√ Гц у 5532. Для подходящих приложений с низким импедансом источника это приводит к полезному шуму. преимущество 3,4 дБ. Ток смещения обычно составляет 10 нА, что очень мало и обычно означает, что используется компенсация смещения с сопутствующими проблемами шума. Тем не менее, в ходе тестирования я не обнаружил признаков избыточного шума, а в технических характеристиках этот вопрос умалчивается. Никаких подробностей о внутренней схеме до сих пор не было опубликовано и, вполне вероятно, никогда не будет. Он не привередлив к развязке, и, как и в случае с 5532, 100 нФ на шинах питания рядом с корпусом должны обеспечить стабильность ВЧ. Скорость нарастания обычно составляет ±20 В/мкс, что более чем в два раза быстрее, чем у 5532. Первый график THD на рис. 10 В среднекв. Верх шкалы THD составляет 0,001%, чего вы не увидите ни с одним другим операционным усилителем в этом обзоре. Кривая холостого хода едва отличима от выходного сигнала AP SYS-2702, и даже при большой нагрузке 500 Ом при 10 В среднеквадратичное значение дополнительных гармоник невелико, достигая 0,0007% на частоте 20 кГц. На рис. 4.23 показан LM4562, работающий с усилением в 3,2 раза в режиме последовательной обратной связи, причем оба режима имеют усиление по шуму в 3,2 раза. Есть небольшое дополнительное искажение от 500 Ом.
Для рисунков 4.22 и 4.23 сопротивления обратной связи были 2 кОм и 1 кОм, поэтому минимальное сопротивление источника, подаваемое на инвертирующий вход, равно 687 Ом. На рис. 4.24 последовательно с входным трактом были включены дополнительные сопротивления источника (как это было сделано с 5532 в разделе выше, посвященном синфазным искажениям), и это выявило замечательное свойство LM4562 — он гораздо более устойчив к общим помехам. -mode искажения, чем у 5532. При 10 В (среднеквадратичное значение) и 10 кГц, с сопротивлением источника 10 кОм, 5532 генерирует 0,0014% THD (см. рис. 4.6), но LM4562 дает только 0,00046% при тех же условиях. Я сильно подозреваю, что LM4562 имеет более сложный входной каскад, чем 5532, вероятно, включающий каскодирование для минимизации влияния синфазных напряжений. Обратите внимание, что только восходящие кривые справа представляют фактическое искажение. Повышенные уровни горизонтальных дорожек на конце НЧ вызваны шумом Джонсона от дополнительного последовательного сопротивления. Потребовалось невероятно много времени — почти 30 лет — чтобы появился лучший звуковой операционный усилитель, чем 5532, но, наконец, это случилось. LM4562 превосходит почти по всем параметрам, но имеет гораздо более высокий токовый шум. В настоящее время он также имеет гораздо более высокую цену, но, надеюсь, это изменится.

Операционный усилитель AD797
AD797 (Analog Devices) — это одиночный операционный усилитель с очень низким уровнем шума и искажений напряжения. Похоже, что он был разработан в первую очередь для бесплатного применения подводного гидролокатора, но он очень эффективно работает с обычным звуком — если вы можете позволить себе его использовать. Стоимость примерно в 20 раз выше, чем у 5532. Двойная версия недоступна, поэтому соотношение стоимости секции операционного усилителя составляет сорок раз. Это удивительно тихое устройство с точки зрения шумов напряжения, но шумы тока соответственно высоки из-за больших токов во входных устройствах. Ранние версии оказались довольно сложными для стабилизации на ВЧ, но нынешний продукт не сложнее в применении, чем 5532. Возможно, была доработана конструкция, а с другой стороны, мое впечатление может быть полностью ошибочным. AD797 включает оригинальную функцию подавления внутренних искажений. Это описано в техпаспорте производителя. Рисунок 4.25 показывает, что это работает эффективно.

Операционный усилитель OP27
Операционный усилитель OP27 от Analog Devices представляет собой одиночный операционный усилитель с биполярным входом, в первую очередь разработанный для обеспечения низкого уровня шума и точности постоянного тока. Он не предназначался для использования в аудио, но, несмотря на это, его часто рекомендуют для таких приложений, как RIAA и предусилители магнитных головок. Это прискорбно, потому что, хотя на первый взгляд кажется, что OP27 тише, чем 5534/5532, поскольку en составляет 3,2 нВ/√ Гц по сравнению с 4 нВ/√ Гц для 5534, на практике он обычно немного шумнее. Это связано с тем, что OP27 фактически оптимизирован для характеристик постоянного тока и поэтому имеет схему подавления входного тока смещения, которая генерирует синфазный шум. Когда импедансы на двух входах сильно различаются, как в случае с предусилителями RIAA, шум CM не подавляется, и это, по-видимому, значительно ухудшает общие шумовые характеристики. Для биполярного входного операционного усилителя наблюдается высокий уровень синфазных входных искажений, достаточный, чтобы скрыть выходные искажения, вызванные нагрузкой; см. рисунки 4.26 и 4.27. Вполне вероятно, что это также связано со схемой компенсации смещения, поскольку в 5532 этого нет. Максимальная скорость нарастания низка по сравнению с другими операционными усилителями и обычно составляет 2,8 В/мкс. Однако это не та проблема, которая может показаться. Эта скорость нарастания позволила бы получить максимальную амплитуду на частоте 20 кГц 16 В (среднеквадратичное значение), если бы это позволяли шины питания. Особых сложностей с развязкой или стабильностью OP27 я не встречал.

Операционный усилитель OP275
Analog Devices OP275 — один из немногих операционных усилителей, специально предназначенных для аудиоустройств. Его наиболее интересной характеристикой является входной каскад Батлера, который сочетает в себе биполярные и полевые транзисторы. Идея состоит в том, что биполярные транзисторы обеспечивают точность и низкий уровень шума, а JFET обеспечивают скорость и «качество звука JFET». Эту последнюю фразу не очень приятно видеть в техническом описании крупного производителя; звук JFET (если есть) будет звуком с высоким уровнем искажений. Просто дайте нам факты, пожалуйста. OP275 — это двойной операционный усилитель; ни одна версия не доступна. Он довольно дорогой, примерно в шесть раз дороже 5532, и его производительность во многих отношениях уступает. Он более шумный, имеет более высокие искажения и не любит больших нагрузок (см. рис. 4.30 и 4.31). Диапазон CM составляет всего около двух третей напряжения между шинами питания, а смещение I высокое из-за биполярного транзистора входного каскада. Если вы не думаете, что во входном каскаде BJT/JFET есть что-то волшебное — а я совершенно уверен, что это не так — его, вероятно, лучше избегать.
THD на частоте 10 кГц с нагрузкой 600 Ом составляет 0,0025 % для шунтирующей и 0,009 % для последовательной обратной связи; во входном каскаде присутствуют значительные синфазные искажения, которые почти наверняка исходят от JFET (я понимаю, что выходные уровни не одинаковы, но я думаю, что это составляет лишь небольшую часть разницы THD). JFET не только не добавляют магических свойств входному каскаду, но и делают его только хуже.

Опрошенные операционные усилители: типы входов JFET
Операционные усилители с входами JFET, как правило, имеют более высокий шум напряжения и меньший шум тока, чем типы входов BJT, и поэтому обеспечивают лучшие шумовые характеристики при высоком сопротивлении источника. Их очень низкие токи смещения часто позволяют упростить схемы.

Операционный усилитель TL072
Операционный усилитель TL072 — один из самых популярных операционных усилителей с очень высоким импедансом на входе и практически нулевыми токами смещения и смещения. Входные устройства JFET демонстрируют наилучшие шумовые характеристики при среднем импедансе в диапазоне от 1 кОм до 10 кОм. Он имеет скромное энергопотребление, обычно 1,4 мА на секцию операционного усилителя, что значительно меньше, чем у 5532. Скорость нарастания выше, чем у 5532, 13 В/мкс против 9 В/мкс. TL072 — это двойной операционный усилитель. Существует единственная версия под названием TL071 со смещенными нулевыми выводами. Однако TL072 не является свободным от THD, как 5532. При использовании звука искажение зависит в первую очередь от того, насколько сильно загружен выходной сигнал. Максимальная нагрузка — это компромисс между качеством и экономичностью схемы, и я бы поставил 2 кОм в качестве нижнего предела. Этот операционный усилитель не лучший выбор для аудио, если только почти нулевые токи смещения (которые позволяют экономить схему, делая ненужными блокировочные конденсаторы), низкая цена или скромное энергопотребление не являются доминирующими факторами. Особенностью этого устройства является то, что входной синфазный диапазон не простирается полностью между шинами. Если синфазное напряжение находится в пределах пары вольт от напряжения V–, в операционном усилителе происходит инверсия фазы, и входы меняют свою полярность. Могут быть действительно ужасные перегрузки, когда выходной сигнал попадает на нижнюю направляющую, а затем резко поднимается, чтобы попасть на верхнюю, или сцена может просто защелкнуться, пока питание не будет выключено. TL072 относительно спокойно относятся к развязке шин питания, хотя иногда они демонстрируют очень заметные колебания, если они находятся в конце длинных тонких линий питания. Для решения этой проблемы обычно достаточно одного или двух развязывающих конденсаторов (например, 100 нФ) на несколько сантиметров, но обычная практика заключается в том, чтобы не рисковать и использовать один конденсатор в упаковке, как и в других операционных усилителях. Из-за синфазных искажений TL072 в шунтирующей конфигурации всегда более линейный. В частности, сравните результаты для нагрузки 3k3 на рисунках 4.32 и 4.33. При более высоких нагрузках разница едва заметна, потому что большая часть искажений исходит от выходного каскада. Операционные усилители TL072/71 склонны к ВЧ-колебаниям, если сталкиваются со значительной емкостью на землю на выходном контакте; это особенно вероятно, когда они используются в качестве буферов с единичным усилением со 100% обратной связью. Иногда бывает достаточно нескольких дюймов гусеницы. Это можно исправить с помощью изолирующего резистора в диапазоне от 47 до 75 Ом, последовательно с выходом, расположенного на конце дорожки операционного усилителя.

Операционный усилитель OPA2134
OPA2134 — продукт Burr-Brown, двойная версия OPA134. Производитель утверждает, что он имеет превосходное качество звука благодаря входному каскаду JFET. К сожалению, но не удивительно, что никаких доказательств, подтверждающих это утверждение, не приводится. Входное шумовое напряжение составляет 8 нВ/√ Гц, что почти вдвое больше, чем у 5532. Скорость нарастания обычно составляет ±20 В/мкс, чего вполне достаточно. Похоже, что он не оптимизирован для точности постоянного тока, типичное напряжение смещения составляет ±1 мВ, но этого обычно достаточно для работы со звуком. Я много раз использовал его в качестве сервопривода постоянного тока в усилителях мощности, низкие токи смещения позволяют использовать резисторы с большими значениями и, соответственно, небольшие конденсаторы. OPA2134 не показывает инверсии фазы нигде в диапазоне синфазных сигналов, что сразу же указывает на то, что он превосходит TL072. Два графика THD на рисунках 4.36 и 4.37 показывают устройство, работающее с трехкратным усилением как в режимах шунтирующей, так и последовательной обратной связи. Очевидно, что проблема проявляется в последовательном графике, где коэффициент нелинейных искажений выше примерно в три раза при 5 В среднеквадратичного значения и 10 кГц. Это искажение увеличивается с уровнем, что сразу же указывает на синфазное искажение во входном каскаде. Искажение увеличивается даже при умеренной нагрузке; см. рисунок 4.38.
Это относительно современный и сложный операционный усилитель. Когда вам нужны входы JFET (обычно из-за значительных входных токов смещения), это определенно лучше, чем TL072; однако он в четыре-пять раз дороже.

Операционный усилитель OPA604
Операционный усилитель OPA604 от Burr-Brown представляет собой операционный усилитель с одним JFET-входом, специально разработанный для обеспечения низкого уровня искажений. Упрощенная схема внутренней цепи в техпаспорте включает в себя загадочную коробку с интригующей надписью «Схема подавления искажений». Это, по-видимому, «линеаризует отклик без обратной связи и увеличивает коэффициент усиления по напряжению», но никаких подробностей о том, как это делается, не приводится; все, что там находится, похоже, было запатентовано, поэтому его можно отследить. Однако, несмотря на это, даже без нагрузки искажения не очень малы (см. рис. 4.39).) и заметно уступает 5532. OPA604 не оптимизирован для точности постоянного тока, типичное напряжение смещения составляет ±1 мВ. OPA2604 — это двойная версия, в которой отсутствуют смещенные нулевые контакты. Спецификация включает в себя обсуждение, которое пытается показать, что входы JFET производят более приятный тип искажения, чем входы BJT. Это необъяснимо упускает из виду тот факт, что гораздо более высокая крутизна биполярных транзисторов означает, что они могут быть линеаризованы путем вырождения эмиттера, так что они производят гораздо меньше искажений любого типа, чем вход JFET [7]. Учитывая, что OPA604 стоит в пять раз дороже, чем 5532, не очень ясно, при каких обстоятельствах этот операционный усилитель будет хорошим выбором.

Операционный усилитель OPA627
Операционный усилитель OPA627 от Burr-Brown представляет собой входной операционный усилитель JFET с лазерной подстройкой и превосходной точностью по постоянному току; входное напряжение смещения обычно составляет ±100 мкВ. Искажения очень низкие, даже при нагрузке 600 Ом, хотя они увеличиваются из-за обычных синфазных искажений, когда используется последовательная обратная связь. OP627 представляет собой одиночный операционный усилитель, двойная версия недоступна. OPA637 представляет собой декомпенсированную версию, стабильную только для коэффициентов усиления с обратной связью, равных пяти или более. Если вы можете себе это позволить, из этого операционного усилителя можно сделать великолепный сервоусилитель постоянного тока для усилителей мощности; он стоит примерно в 50 раз дороже, чем 5532, что в 100 раз дороже на секцию операционного усилителя и примерно в 20 раз больше на операционный усилитель, чем OPA2134, который я обычно выбираю для работы сервопривода постоянного тока. Токовый шум в in очень низок, самый низкий из всех операционных усилителей, рассмотренных в этой книге, по-видимому, из-за использования входных устройств Difet (диэлектрически изолированные JFET), и поэтому он будет давать хорошие шумовые характеристики при высоком сопротивлении источника. Шум напряжения также очень приличный на уровне 5,2 нВ/√ Гц, лишь незначительно больше, чем у 5532. Случай последовательной обратной связи едва ли имеет больше искажений, чем шунтирующий, и только на крайнем ВЧ конце. Похоже, что технология ввода Difet также хорошо работает для предотвращения нелинейности ввода и искажений CM.