Wie kommen Soundkarten mit negativer Spannung zurecht?

Audioeingänge sind normalerweise kapazitiv gekoppelt . Das bedeutet, dass niedrige Frequenzen gedämpft und DC, die niedrigste Frequenz von allen, vollständig blockiert wird. Normalerweise sind Audioschaltkreise so ausgelegt, dass niedrig etwas in der Nähe der unteren Grenze des menschlichen Gehörs bedeutet, etwa 20 Hz.

Eine typische Audioeingangsstufe könnte so aussehen:

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

C1 dient dazu, jeden DC zu blockieren. Die Parallelschaltung von R1 und R2 stellt die Eingangsimpedanz ein. Man kann sich diese Anordnung auch als einfachen RC-Tiefpassfilter ansehen , wobei die RC-Zeitkonstante und damit die Grenzfrequenz des Filters durch R1||R2 und C1 definiert ist.

R1 und R2 bilden in der Zwischenzeit einen Spannungsteiler , der den DC-Pegel aus Sicht des ADC oder was auch immer folgt, einstellt. Normalerweise sind R1 und R2 gleich, sodass der DC-Pegel in der Mitte zwischen den Versorgungsschienen liegt, um einen maximalen Spannungshub in beide Richtungen zu ermöglichen.

Computer-Netzteile haben mehrere Spannungen, einschließlich negativer. Wenn also ein Verstärker zwei Schienen benötigt, sind diese verfügbar.

Ein Vorverstärkereingang mit Einzelversorgung wird auf eine positive Spannung im mittleren Bereich vorgespannt, und das Eingangssignal wird an diesen Knoten über einen Kopplungskondensator angelegt, der Wechselstrom durchlässt, während er die Gleichstromkomponente blockiert, wodurch die Vorspannung dieses Eingangs verhindert wird davon ab, Gleichstrom durch die Quelle zu treiben. (Außerdem ist an der Außenseite dieses Kondensators häufig ein DC-Rückwiderstand vorgesehen, falls die Ausgangsstufe des vorherigen Geräts als Last einen vollständigen DC-Kreis benötigen sollte.)

Wenn die Eingangsleitung direkt zu einem Operationsverstärkerchip ohne Koppelkondensator führt, muss dieser Chip irgendwie mit der negativen Spannung umgehen. Wenn es keine negative Stromschiene gibt, erledigt dies die Schaltungstopologie. Das Dokument Single-supply Op-amp Design von Texas Instruments enthält viele Informationen dazu. Sehen Sie sich den Absatz Randbedingungen gleich auf der ersten Seite an :

Die Verwendung einer Einzelversorgung begrenzt den Ausgangsspannungsbereich auf die positive Versorgungsspannung. Diese Begrenzung schließt negative Ausgangsspannungen aus, wenn die Schaltung eine positive Versorgungsspannung hat, aber sie schließt negative Eingangsspannungen nicht aus. Solange die Spannung an den Eingangsleitungen des Operationsverstärkers nicht negativ wird, kann die Schaltung mit negativen Eingangsspannungen umgehen . [Hervorhebung von mir]

Es ist möglich, eine sehr einfache Eingangsstufe mit einer einzelnen diskreten Komponente zu entwerfen, die negativere Spannungen als die negative Versorgung des Geräts handhabt. Das offensichtliche Beispiel sind JFET-Transistoren (und in ähnlicher Weise MOSFETs vom Verarmungstyp). Die Pinchoff-Gate-Spannung eines n-Kanal-JFET liegt unter der Source-Spannung. Sie können einen JFET-Eingang auf Null vorspannen, und er wird dennoch negative Schwankungen verarbeiten, ohne sie abzuschneiden. Suchen Sie diesen sehr einfachen Vorverstärker nach einem passiven Tonabnehmer in einer E-Gitarre. Beachten Sie, dass es nur eine einzige Spannungsversorgung gibt, und dennoch ist der Aufnehmer, der sowohl positive als auch negative Spannungen erzeugt, direkt mit dem Gate des JFET gekoppelt. Nur der Ausgang ist kapazitiv gekoppelt.

Die Audio-Eingangs- und -Ausgangsstufen der Soundkarte, die ich gesehen habe, sind AC-gekoppelt (Kondensator in der Leitung). Dies ist in der Tat ein großes Problem, wenn Sie versuchen, PC + eine Soundkarte als Oszilloskop zu verwenden, da es keine einfache Möglichkeit gibt, den DC-Pegel des Eingangs zu messen.

Die AC-Kopplung bedeutet, dass die Eingangs- (und Ausgangs-)Stufen ihren Kein-Signal-Pegel (DC) an jedem beliebigen Punkt haben können.