Die unsymmetrische 3,3-V-Gitarrenvorverstärkerschaltung ist Clipping und Offset

Ich bin mir ziemlich sicher, dass Ihr großes Problem der Eingangsvorspannungsstrom ist, der Hauptgrund für Ihren Ausgangsversatz. Als Sie den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers getrennt haben, war das Potenzial, das Sie am unteren Rand von R6 und am rechten Ende von R5 gefunden haben$\frac{3.3V}{2}$weil über diese Widerstände kein Strom mehr gezogen wird. Die Spannung über ihnen wurde 0 V, und das Potential an diesen Punkten wäre das gleiche wie das Potential an der Verbindungsstelle der Teiler R8 und R9.

Gemäß Seite 4 des Datenblatts, mit dem Sie verknüpft sind, geben Sie den Vorspannungsstrom ein (wenn die Eingänge des Operationsverstärkers beide auf sind$\frac{V_{CC}}{2}$, was der Fall wäre, wenn Ihre Schaltung ordnungsgemäß funktionierte) beträgt typischerweise 10 μA. Das ist DC-Ruhestrom, der über R5 und R6 kommen muss. 10μA durch$R_6 = 10M\Omega$entwickeln würde:

Offensichtlich ist das nicht möglich, also pendelt sich das System auf einem Ruhepegel ein, bei dem der Eingangsvorspannungsstrom immer noch signifikant ist und ausreicht, um etwa ein Volt über R6 abzufallen. Dies verdeutlicht jedoch, warum$R_6 = 10M\Omega$ist für diesen speziellen Operationsverstärker problematisch.

Unabhängig davon, welches Vorspannungssystem Sie verwenden, muss es etwa 10 μA liefern, und dies könnte mit einem einfachen Widerstandsteiler unmöglich sein, während eine hohe Eingangsimpedanz beibehalten wird. Stellen Sie sich einen einzelnen Widerstand R vor$V_{CC}$zum Eingang des Operationsverstärkers. Es soll 10 μA an den Eingang liefern und abfallen$\frac{V_{CC}}{2}=1.65V$:

Das ist die Obergrenze jedes Widerstands, der an einem Vorspannungsteiler für den Eingang dieses Operationsverstärkers teilnehmen kann.

Ich habe einen Vorschlag, um dieses Problem zu lösen, das keinen anderen Operationsverstärker beinhaltet, und zwar die Verwendung eines Emitterfolgers, um das Eingangssignal zu puffern und gleichzeitig vorzuspannen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Das gleiche Problem besteht am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers. Dieser Eingang benötigt auch 10 μA, die vom Ausgang des Operationsverstärkers über den Rückkopplungswiderstand R3 bezogen werden müssen. Ich befürchte, dass 100 kΩ viel zu groß sind, sich entwickeln$10\mu A \times 100k\Omega = 1V$zusätzlicher Versatz. R3 sollte etwas sein, das bei vollem Hub etwa einen Milliamperestrom passieren würde, ein Strom, der den Eingangsvorspannungsstrom in den Schatten stellt. Etwas von der Reihenfolge:

Ich stelle fest, dass R1 und R2 das Ausgangspotential des Operationsverstärkers um etwa 10% in Richtung Masse absenken. Dies scheint kein Problem zu sein, da die negative Rückkopplung des Operationsverstärkers dazu führt, dass der Ausgang zur Kompensation entsprechend ansteigt, aber ein Nebeneffekt davon ist, dass der Ruheausgangspegel des Operationsverstärkers jetzt über dem Mittelpunkt der Stromversorgung liegt und zu einer Asymmetrie beiträgt Ausschnitt.

Ich weiß nicht, was R1 und R2 tatsächlich tun, also sollten Sie sie loswerden, es sei denn, Sie brauchen sie aus irgendeinem Grund, der mir nicht bekannt ist. Lassen Sie den Ausgangsarbeitspunkt auf halbem Weg zwischen den Stromversorgungspotentialen liegen.

Bearbeiten:

Mir ist gerade aufgefallen, dass die Opamp-Eingänge tatsächlich 10 μA Vorspannungsstrom liefern können (die Zahl im Datenblatt ist -10 μA), was die obige Schaltung ungültig macht.

In diesem Fall können Sie die Vorspannungswiderstände umschalten und stattdessen einen PNP verwenden:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Jeder betrachtete Operationsverstärker hat tendenziell Stärken in seinen verschiedenen Parameterspezifikationen, aber jeder Operationsverstärker hat auch seine Schwachstellen. Es ist nicht möglich, einen Operationsverstärker zu haben, der in allen Aspekten seiner Fähigkeiten eine starke Leistung erbringt, und daher ist die Auswahl eines Operationsverstärkers für eine bestimmte Anwendung ein Kompromiss, und das endgültig ausgewählte Gerät würde basierend auf seinen Parametern ausgewählt müssen hohe Leistungen erbringen.

Der von Ihnen gewählte Operationsverstärker ist ein starker Performer bei GBW (Bandbreitenfähigkeiten), aber ein schwacher Performer beim Eingangsbiasstrom. Ihre Audioanwendung erfordert eine ziemlich kleine Bandbreite, muss aber eine starke Leistung beim Eingangsvorspannungsstrom erbringen, der einen niedrigen Wert haben muss, um einen niedrigen Ausgangsoffset zu verursachen, wenn er durch die Widerstände fließt, die mit den Eingängen des Operationsverstärkers verbunden sind. Daher würde ich vorschlagen, dass Sie im LT6200 für Ihre Anwendung eine schlechte Wahl des Operationsverstärkers getroffen haben.

Sie könnten sich den LMC6482AIN ansehen, der einen Rail-to-Rail-Ein- und -Ausgang hat, bis zu einer Versorgungsspannung von 3 V herunterarbeitet und vor allem niedrige Eingangsruheströme hat. Es ist ein ziemlich gewöhnlicher Operationsverstärker.

Ein typischer Gitarrenverstärker muss einen Eingangswiderstand von etwa 1 M Ohm haben, daher würde ich R6 = R7 = 2 M vorschlagen, da der Eingangswiderstand = R6 // R7 ist.

Um die Vorspannung konstant zu halten, erhöhen Sie den Wert von C1 auf beispielsweise 22 uF, wodurch der Ausgangswiderstand des Potentialteilers stark reduziert wird, während eine gute Filterung der Versorgungsschiene bereitgestellt wird.

Die Verstärkung des Verstärkers ist (R3/R4)+1 = 2

C3 bietet einen DC-Block und eine Niederfrequenzabsenkung, wobei die untere Grenzfrequenz von -3 dB = 1/(2 * pi * R4 * C3) ist, und daher ist der Stromwert von C3 viel zu niedrig, da er die Amplitude von Signalen reduziert unter etwa 9 kHz und muss Signale unter 20 Hz reduzieren.

C5 reduziert die Amplitude hoher Frequenzen und kann so die Stabilität verbessern sowie Hochfrequenzrauschen reduzieren. Die durch C5 verursachte obere Grenzfrequenz von -3 dB liegt im Bereich der durch 1/(2 * pi * R3 * C5) gegebenen Frequenz, und daher ist der aktuelle Wert von C5 zu hoch, da er die Amplitude von Signalen über etwa 9 kHz reduziert , eine Zahl, die auf 50 kHz erhöht werden muss. Beachten Sie, dass diese Gleichung nur eine Näherungsgleichung für die -3dB-Frequenz ist.

Ein weiteres Problem, das von finbarr erwähnt wird, ist, dass der in R2 fließende Strom einen Spannungsabfall über R1 verursacht, wodurch der tatsächliche Ausgang des Operationsverstärkers positiver wird, als wenn Sie R1 und R2 entfernen, was ich vorschlagen würde, um den Ausgang des Operationsverstärkers zu bringen ein wenig nach unten, was die wahrscheinliche Haube des positiven Clippings verringert.

Deine Simulation ergibt für mich keinen Sinn. Bei 500 Hz und dem Niederfrequenzabfall, der durch den niedrigen Wert von C3 verursacht wird, würde ich erwarten, dass die Verstärkung Ihres Verstärkers etwa eins (eins) beträgt. Möglicherweise funktioniert der Operationsverstärker aufgrund des hohen Eingangsruhestroms in Kombination mit dem hohen Wert von R6 nicht richtig.