ऑडियो ऑप एम्प्स को ऐसे उच्च रेल वोल्टेज की आवश्यकता क्यों है?

यह एक मूर्खतापूर्ण प्रश्न हो सकता है, लेकिन मैं इसे अभी तक इंटरनेट पर कहीं भी सीधे संबोधित करने में सक्षम नहीं हूं। मेरे पास इन-लाइन से संबंधित मुट्ठी भर सवाल हैं, जो मुझे उम्मीद है कि बहुत दूर के विषय से नहीं भटका।

प्रो गियर में, लाइन-स्तरीय ऑडियो सिग्नल लगभग ~ 3.5V पीक-टू-पीक होते हैं , इसलिए ऑडियो सर्किट को नियमित रूप से +/- 12v या उससे अधिक के रेल वोल्टेज की आवश्यकता क्यों होती है?

क्या यह विशुद्ध रूप से एक हेडरूम है? या क्या ऑप एम्प्स में गैर-रैखिकता आपूर्ति वोल्टेज पर निर्भर करती है?

या सस्ते घटकों का समर्थन करने के लिए? TL072 की डेटशीट को देखते हुए, अधिकतम आउटपुट वोल्टेज रेल का 2/3 जितना कम हो सकता है अगर लोड प्रतिरोध कम (2k ओम) हो जाता है, लेकिन आम तौर पर 10k ओम लोड के लिए रेल के 90% पर होता है। लेकिन, आप रेल-टू-रेल का उच्चतर ऑप-एम्प भी इस्तेमाल कर सकते हैं?

इस सवाल का संकेत देने वाली मुख्य चीज सिरस CS4272 के लिए डेटाशीट और मूल्यांकन बोर्ड पर योजनाबद्ध / डेटा को देख रही है। उस स्थिति में, भले ही ADC 0v से 5v तक संचालित हो, फिर भी वे इनपुट बफर के लिए द्विध्रुवी +/- 18V आपूर्ति का उपयोग करने का विकल्प चुनते हैं। उस विशेष उदाहरण में, वे NE5532D8 का उपयोग कर रहे हैं, जिसमें 80% रेल का सबसे खराब आउटपुट स्विंग है, और रेल का समर्थन +/- 3v के रूप में कम है।

तो, वे +/- 18V आपूर्ति का उपयोग क्यों करेंगे यदि ADC केवल 0-5v ऑडियो (संभवतः 2.5v के आसपास पक्षपाती) का समर्थन करता है, और +/- 3v आपूर्ति का उपयोग करके आसानी से 3.5V चोटी-से-चोटी की सीमा को समायोजित करेगा?

डेटाशीट के अनुसार, इस सर्किट में कोई स्केलिंग (लाभ या क्षीणन) नहीं हो रहा है:

XLR कनेक्टर्स CS4272 एनालॉग इनपुट्स को एकता लाभ, एसी-कपल्ड डिफरेंशियल सर्किट के जरिए सप्लाई करते हैं। एक 2 Vrms अंतर संकेत पूर्ण पैमाने पर CS4272 आदानों को चलाएगा।

तो लाइन स्तर पर होने वाले किसी भी संकेत को एडीसी वैसे भी बंद कर देगा। क्या ADC बनाम op amp में क्लिपिंग करना बेहतर है? या आउटपुट स्टेज के लिए उच्च रेल की आवश्यकता होती है, भले ही यह अभी भी केवल ~ 3.5v पीक-टू-पीक लाइन-स्तर आउटपुट सिग्नल प्रदान करेगा?

5v एकल-आपूर्ति एडीसी ड्राइविंग के संदर्भ में, क्या कारण हैं कि उच्चतर के साथ एक इनपुट चरण का उपयोग करते हुए, द्विध्रुवी आपूर्ति 5v पर एकल-आपूर्ति पर LT1215 जैसी किसी चीज का उपयोग करने से बेहतर है? (मैं एक लिंक पोस्ट नहीं कर सकता क्योंकि मेरे पास इस विशेष स्टैक एक्सचेंज पर अभी तक 10 प्रतिष्ठा नहीं है ... यह Google के लिए काफी आसान है)

धन्यवाद!

operational-amplifier audio adc

— केविन
स्रोत

क्या आप इस दावे को सही ठहराने के लिए लिंक प्रदान कर सकते हैं कि "ऑडियो सर्किट को नियमित रूप से +/- 12v या उच्चतर के रेल वोल्टेज की आवश्यकता होती है"। यह आपके प्रश्न का मुख्य तर्क प्रतीत होता है और यह इसे उचित ठहराने योग्य होगा।

— एंडी उर्फ

ईमानदारी से, मैं उस विवरण को इस प्रश्न का प्रमुख हिस्सा नहीं बनाना चाहता था। अपने स्पष्टीकरण प्रश्न को सीधे संबोधित करने के लिए, sound.westhost.com/purchase.htm#pcbs पर अधिकांश लाइन-स्तर सर्किट +/- 12 से +/- 15v का उपयोग करते हैं। इसके अतिरिक्त, संगीत के लिए क्रेग एंडर्टन के इलेक्ट्रॉनिक प्रोजेक्ट्स में पावर के लिए दो 9v बैटरी का उपयोग करने की सिफारिश की गई है, जो कि +/- 12v या उच्च श्रेणी में फिट नहीं है, लेकिन फिर भी मुझे उन्हीं सवालों के साथ छोड़ देता है। इसलिए, शायद मेरा सवाल बेहतर है कि "एकल-समाप्त के बजाय द्विध्रुवी आपूर्ति का उपयोग क्यों करें, और आपूर्ति में अतिरिक्त हेडरूम सभी महत्वपूर्ण क्यों है?"

— केविन

जवाबों:

24-बिट ऑडियो के साथ काम करने वाले उच्च-परिभाषा ऑडियो उपकरण, जैसे मिक्सर, 600 ओम विभेदकों के इनपुट और आंतरिक buss कनेक्शन का उपयोग करते हैं (जब तक कि संकेत डिजीटाइज़ नहीं किया जाता है), 120d / डायनेमिक रेंज को संभालने के लिए +/- 10 वोल्ट के वोल्टेज स्विंग की आवश्यकता होती है SACD / DVDV / ब्लू-रे ऑडियो ट्रैक। अलग चालक आईसी अक्सर एक SSM2142 होता है जिसमें + (- मिक्सर) में +/- 18 वोल्ट की आपूर्ति होती है।
हाँ, इस अतिरिक्त वोल्टेज में से कुछ दूर 600 ओम भार की पृष्ठभूमि के लिए बनाना है, इसलिए लोड पर +/- 10 वोल्ट स्विंग उपलब्ध है। इस उच्च ड्राइव वोल्टेज की शुरुआत सीडी (1980 के दशक की शुरुआत) में हुई, जिसमें लगभग 90dB डायनेमिक रेंज है, और उन्होंने कई पुराने स्टीरियो के इनपुट को अधिभारित किया ताकि ध्वनि बहुत विकृत हो।
फिक्स -6dB फोनो-प्लग एडेप्टर स्थापित करने के लिए था ताकि पुराने स्टीरियो के लिए उपयोग किए जाने वाले स्तर को गिरा दिया गया था। मैं इस बात पर ध्यान नहीं दे सकता कि कोई डिज़ाइनर हाई वोल्टेज ऑप-एम्प का उपयोग कम वोल्टेज एडीसी को चलाने के लिए कैसे करेगा, जब तक कि इनपुट एसएसीडी मानक +/- 10 वोल्ट का न हो, तब एडीसी से पहले इसे विभाजित कर दें।
सीडी / एसएसीडी / डीवीडी / ब्लू-रे आउटपुट में एक अधिकतम उत्पादन के रूप में +/- 10 वोल्ट स्विंग होता है, इसलिए बस एनालॉग आउटपुट आईसी में उच्च-वोल्टेज रेल होती है। इस आईसी से पहले संकेत अभी भी एक डिजिटल प्रारूप में है। एमपी 3 प्लेयर बहुत कम वोल्टेज के साथ काम कर सकते हैं, क्योंकि डायनेमिक रेंज लगभग 60dB है।
एक उच्च गुणवत्ता वाला खिलाड़ी जो सीडी फाइल्स चला सकता है, उसमें 90dB की डायनेमिक रेंज हो सकती है, केवल हेडफोन / ईयरबड आईसी के लिए वोल्टेज बढ़ाकर।
जब तक आपके हैंडलिंग 24 बिट ऑडियो या अल्ट्रा सटीक डीसी माप, 5 वोल्ट एकल समाप्त आपूर्ति और अल्ट्रा-शांत 5 वोल्ट और 3.3 वोल्ट एडीसी और डीएसी सीडी, एमपी 3 और पारंपरिक ऑडियो के लिए पर्याप्त हैं। तो 'हेलिकॉप्टर' एम्पलीफायर भी 5 वोल्ट की आपूर्ति के साथ सटीक डीसी माप प्रदर्शन कर सकते हैं, हालांकि नमूना दर शायद 100 एसपी तक सीमित है, यह समय के साथ बढ़ेगा। पावर एम्पलीफायरों ने ऑप्स-एम्प्स के लिए हाई डेफिनिशन ऑडियो लगभग कोई विरूपण के साथ संभालने के लिए +/- 15 वोल्ट रेल (या उच्चतर) का उपयोग किया है।
यदि डिजाइनर 5 वोल्ट ADC सर्किट में +/- 12 वोल्ट op-amps स्थापित करता है, तो यह डिजाइन में आसानी के लिए हो सकता है, शायद कम प्रतिबाधा भार ड्राइविंग, और / या 'विशेष' कम वोल्टेज op-amps खरीदने से बचने के लिए जो बस जोड़ सकते हैं इन्वेंट्री लागत।
यदि आप एसएसीडी को देखते हैं, तो यह एक स्टूडियो-ग्रेड 24 बिट रिकॉर्डिंग प्रारूप है जो डीवीडी / ब्लू-रे ऑडियो ट्रैक्स में मिलाया जाता है, जिसमें संगीत संगीत भी सीडी के लिए 16-बिट प्रारूप के मिश्रण-डाउन होते हैं। +/- 10 वोल्ट 600 ओम लोड या उससे अधिक के लिए अधिकतम लाइन स्तर है, लेकिन आज होम ऑडियो इन उपकरणों से इन स्तर की उम्मीद करता है।
मानक 'टेप इन' और 'टेप-आउट' और एमपी 3 और कैसेट इनपुट अभी भी अपने मूल सिग्नल स्तरों पर +/- 1 वोल्ट के बारे में काम करते हैं। पुराने स्तर के मानक अभी भी मौजूद हैं, लेकिन उच्च-परिभाषा ऑडियो (24 बिट) के साथ।
पांच वोल्ट और 3.3 वोल्ट एडीसी अधिक गतिशील रेंज (बहुत कम शोर तल) में अतीत में सक्षम हैं। मेरा मतलब यह नहीं है कि 5 या 3.3 वोल्ट एडीसी उच्च परिभाषा ऑडियो को संभाल नहीं सकता है, जब तक कि यह उस कार्य के लिए बनाया गया उद्देश्य नहीं है। उनकी लागत शुरू में बहुत अधिक थी लेकिन साल दर साल कम हो रही है।
इसलिए "उच्च वोल्टेज" ऑप-एम्प्स का उपयोग कई कारणों से किया जाता है, जिसमें ऑडियो और अल्ट्रासोनिक ध्वनियां शामिल हैं। +/- 12 वोल्ट की आपूर्ति रेल वास्तव में कम पक्ष पर है, क्योंकि LTC6090 में अल्ट्रा-साउंड और गति नियंत्रण के लिए +/- 70 वोल्ट की आपूर्ति रेल है।
कुछ ऑडियो पॉवर एम्पलीफायरों, जैसे कि सेर्विन-वेगा मेट्रोन श्रृंखला में, 1,500 वाट के आउटपुट के लिए +/- 130 वोल्ट की आपूर्ति रेल है, इसलिए +/- 15 वोल्ट रेल के साथ एक preamp चरण कम वोल्टेज की तरह है।
इस मामले में और अन्य, उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है क्योंकि अगले चरण या लक्ष्य डिवाइस को ठीक से काम करने के लिए उस व्यापक वोल्टेज रेंज की आवश्यकता होती है। लोड शायद एक वोल्टेज विभक्त कम-प्रतिबाधा कम-शोर लोड या साधारण प्रतिबाधा मिलान के लिए बनाया गया है।
वैसे, "xxdB" सर्किटरी या रिकॉर्डिंग के शोर तल के संदर्भ में है, जैसे कि 'पूर्ण मात्रा' की तुलना में, फर्श स्तर पर उच्चतम शोर का पता लगाने या ध्यान देने योग्य नहीं है। इसके अलावा, यह इंगित नहीं करता है कि वोल्टेज एक आईसी द्वारा संचालित है, लेकिन पूर्ण मात्रा ध्वनि स्तरों की तुलना में आईसी बिना सिग्नल के कितना शांत है।
+/- 12 वोल्ट और उससे अधिक की आपूर्ति रेल को उन उपकरणों को कम किया जा रहा है, जिन्हें वास्तव में उनकी आवश्यकता होती है, जैसे कि बिजली एम्प, बिजली की आपूर्ति, परीक्षण उपकरण, आदि।

ईडीआईटी: डीसी के शोर मंजिल में निरंतर सुधार और ऑडियो आईसी के कारण गौरतलब है कि किसी समय पुराने + मानक ’+/- १० वोल्ट के ६०० ओम विनिर्देशन में ६०० ओम में कम वोल्टता द्वारा छोड़े जाएंगे। 600 ओम मानक 200 चैनल चलाने के दिनों से आता है, जो 200 मीटर दूर एक कॉन्सर्ट चरण से 32 चैनल परिरक्षित-मुड़-जोड़ी (एसटीपी) केबल है, और उस समय 600 ओम एक्सएलआर इनपुट के साथ एनालॉग मिक्सर के लिए सुविधाजनक था ।

इन सभी महंगे कदमों को माइक्रोफोन और इंस्ट्रूमेंट केबलों से बाहर रखने की जरूरत थी, जैसे कि ओवरहेड लाइट, स्ट्रोब लाइट, लेजर, वॉकी-टॉकी जो मंच चालक दल का उपयोग करते हैं, आदि।

यह कहा जा रहा है, यह स्पष्ट है कि जैसे-जैसे समय बीतता है। 200 फुट 'सांप' की आवश्यकता से बचने के लिए स्रोत पर अधिक ध्वनि स्रोतों को डिजिटल किया जा रहा है। भविष्य में कुछ बिंदुओं पर सभी स्रोतों को तुरंत डिजिटल किया जाएगा, और तब तक फिर से एनालॉग नहीं बन सकता है जब तक कि सिग्नल हेडफ़ोन और स्पीकर तक नहीं पहुंचता है, मेरे वर्तमान उत्तर को संकेतों के संदर्भ में अप्रचलित करता है, लेकिन शक्ति नहीं।

— Sparky256
स्रोत

मैं वास्तव में इससे भ्रमित हूं। SACD / BluRay / etc उपभोक्ता ऑडियो हैं, समर्थक नहीं हैं और कह रहे हैं कि उनके पास +/- 10v स्विंग उपलब्ध है, और यह कि वे आउटपुट +/- 10v का अर्थ है कि वे लाइन-लेवल से ऊपर अच्छी तरह से संचालित हैं। क्या आप इसके लिए स्रोतों का हवाला दे सकते हैं? क्या आप यह भी स्पष्ट कर सकते हैं कि 24-बिट ऑडियो रेंडर करने के लिए 5v सिंगल-एंडेड एडीसी पर्याप्त नहीं हैं?

— केविन

भ्रम के लिए खेद है, लेकिन मुझे ऐसा महसूस हुआ कि मुझे केवल सतह विवरण में यह सब समझाने के लिए एक पुस्तक लिखने की आवश्यकता थी। मैंने 4 और अनुच्छेद जोड़े जो इन मुद्दों को स्पष्ट रूप से स्पष्ट करते हैं।

— स्पार्की 256

@ Sparky256 xdB डायनामिक रेंज से आपका क्या तात्पर्य है?

— गोलाजा

अगर यह मदद करता है तो मैंने अपने जवाब में इसे "xxdB" जोड़ दिया है। पिछले पैराग्राफ के आगे।

— स्पार्क 2525

.wav फ़ाइल सिर्फ एक कंटेनर प्रारूप है। इसमें कुछ भी हो सकता है, और यह 16-बिट, 44.1 kHz PCM का पर्याय नहीं है। LTC1060 एक opamp नहीं है और 140 वोल्ट की आपूर्ति का उपयोग नहीं करता है; शायद आपका मतलब LTC6090 था। यह भी सुनिश्चित नहीं है कि अल्ट्रा-सटीक डीसी को उच्च वोल्टेज ऑप्स की आवश्यकता क्यों होनी चाहिए: अधिकांश चॉपर-स्टेबलाइज्ड एम्पलीफायरों का उपयोग +/- 5 V. मैं इस कथन के बारे में निश्चित नहीं हूं कि आधुनिक ऑडियो उपकरण 600 ओम विभेदक संकेतों का उपयोग करता है क्योंकि यह पुराना दूरसंचार मानक है और ऑडियो के लिए अप्रासंगिक लगता है, लेकिन मैं इस विषय का कोई विशेषज्ञ नहीं हूं।

— ओलेकेंड्रा आर।

पुराने दिनों में, एम्पलीफायरों को आउटपुट वोल्टेज रेंज और आपूर्ति वोल्टेज के बीच अच्छी मात्रा में मार्जिन की आवश्यकता होती थी। पुरानी opamps में अक्सर प्रति रेल वोल्टेज 3V होता था।

इसके अलावा, इस सीमा से आगे सिग्नल आउटपुट होने से बेहतर आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात (पुराने डिजाइन अक्सर खराब विनियमित आपूर्ति का उपयोग करते हैं, केवल नियामक के रूप में एक जेनर + एनपीएन का उपयोग करके) की गारंटी देता है। और उन opamps में आम तौर पर बेहतर समग्र चश्मा (PSRR, CMR, THD + N, ...) होता था, जब आपूर्ति में बढ़ोतरी होती थी। एक उदाहरण के रूप में, OPA134 के THD + N स्पेक्स देखें (जो कि 90 के दशक के मध्य में दिखाई दिया था), एक लोकप्रिय opamp जो हाई-एंड ऑडियो में उपयोग किया जाता है:

आप स्पष्ट रूप से देखते हैं कि उच्च आपूर्ति वोल्टेज के साथ THD + N बेहतर है। यह भी उल्लेख नहीं है कि उन पुराने opamps आमतौर पर पूरी तरह से +/- 5V पर निर्दिष्ट नहीं थे।

इसलिए हर कोई उच्च आपूर्ति वोल्टेज का उपयोग करता था। यह एक स्वाभाविक बात थी।

आजकल, मुझे यकीन नहीं है कि क्या यह अभी भी उचित है। नए रेल-टू-रेल आउटपुट ऑप्स में अच्छे स्पेक्स हैं, और यदि आपकी आपूर्ति पर्याप्त स्थिर है, तो आपूर्ति अस्वीकृति कोई समस्या नहीं है। लेकिन अक्सर, "हाई-एंड हाइफी गियर" डिजाइन करने वाले लोग आसानी से नए सामान का उपयोग करना शुरू नहीं करते हैं, इसलिए उन्हें अभी भी यह आदत है, मुझे लगता है।

अब, यदि आप एक एकल 5V आपूर्ति के साथ LT1215 का उपयोग करना चाहते हैं, और यदि LT1215 चश्मा आपके लिए काफी अच्छा है, तो यह सब ठीक है। इसके चश्मे हास्यास्पद नहीं हैं। बस जाँच करें कि इनपुट वोल्टेज रेंज / आउटपुट वोल्टेज स्विंग आपके आवेदन के लिए उपयुक्त है। अगर ADC में 0-5V की इनपुट रेंज है, तो LT1215 के पास सीमित ~ 4.4V आउटपुट अधिकतम होने से डायनामिक रेंज में थोड़ी कमी आएगी, लेकिन यह स्वीकार्य हो सकता है। आप पर निर्भर करता है।

— धुंधला
स्रोत

मुझे लगता है, इनपुट पर एक डीसी-ब्लॉकिंग कैप और आउटपुट पर एक और डीसी-ब्लॉकिंग कैप के साथ, किसी भी बाइपोलर-संचालित ऑप-एम्प सर्किट को एकल बिजली की आपूर्ति के साथ काम करने के लिए फिर से जिगर्ड किया जा सकता है।

और मुझे लगा कि उन्होंने आधुनिक दिनों में 3.3 v बिजली की आपूर्ति के लिए सभी तरह के काम किए हैं। यहाँ एक उदाहरण है जो मैं वेब पर आसानी से पाया जाता हूँ:

— रॉबर्ट ब्रिस्टो-जॉनसन
स्रोत