Mengatur impedansi output audio untuk perlindungan output

Saya sedang membangun modul untuk synthesizer modular, sesuai dengan standar Eurorack . Jadi ini adalah modul yang dimaksudkan untuk dihubungkan ke modul lain melalui kabel patch.

Sementara halaman standar di atas tidak menentukan impedansi output untuk output modul, tampaknya secara umum ini berada di wilayah . Impedansi input ditetapkan sebagai . Karena tahap keluaran akhir saya adalah penguat berbasis opamp, saya perlu secara khusus menjatuhkan impedansi, karena op-amp itu sendiri akan memberikan impedansi keluaran yang sangat rendah. Lebih lanjut, karena setiap output dan input dapat dihubungkan oleh pengguna, saya harus berharap bahwa output dapat disingkat menjadi tegangan apa pun dalam rentang dari hingga (sistem power rails) oleh pengguna; misalnya, adalah mungkin bagi pengguna untuk menghubungkan dua output bersama, dan sementara itu tidak akan melakukan sesuatu yang berarti, modul tidak boleh rusak.100 k Ω - 12 V + 12 $100\Omega - 1k\Omega$$100\mathrm{k}\Omega$$-12\mathrm{V}$$+12\mathrm{V}$

Online, saya dapat menemukan dua cara berbeda untuk melakukan ini. Rangkaian op-amp yang jelas diikuti oleh resistor:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

atau meletakkan resistor di loop umpan balik:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Dalam kedua kasus, mengatur impedansi output.$R3$

Alasan untuk yang terakhir adalah bahwa karena umpan balik diambil dari simpul output aktual, output secara efektif impedansi sangat rendah dalam kondisi normal, tetapi resistor tetap melindungi terlalu banyak arus dari ditarik: jika rel listrik , maka paling banyak (untuk ) dapat digambar sebelum op-amp saturate (walaupun dalam praktiknya , TL07x akan jenuh lebih awal, karena tidak dapat menghasilkan arus sebanyak itu). 24 V / R 3 = 24 m A R 3 = 1 k$\pm 12 \mathrm{V}$$24\mathrm{V}/R3\ = 24\mathrm{mA}$$R3 = 1\mathrm{k}\Omega$

Jadi ada dua pertanyaan terkait di sini

1. Apakah cara yang terakhir memang direkomendasikan, dan aman untuk modul saya dan modul lain (yang dirancang dengan baik) yang dapat dihubungkan? Alasan mengapa saya ragu adalah karena melihat modul di alam bebas, cara pertama tampaknya jauh lebih umum, jadi saya berpikir ada beberapa kelemahan yang tidak saya sadari. Di sisi lain, hanya keluaran langsung dari op-amp tampaknya cukup umum juga ...
2. Dalam kasus terakhir bertindak benar-benar sebagai pembatas arus, jadi saya cenderung untuk benar-benar menggunakan resistensi yang jauh lebih besar, katakanlah sekitar , sehingga arus maksimum diatur oleh resistor, bukan op -kemampuan outputamp. Apakah ini hal yang masuk akal untuk dilakukan?10 k$R3$$10\mathrm{k}\Omega$

Memperbarui:

Untuk menjawab spesifikasi Olin yang hilang: pengguna tidak akan berasumsi bahwa pencampuran pasif dengan memperpendek output akan bekerja (dan, memang, impedansi output dari modul lain bervariasi, sehingga tidak dapat diandalkan). Jadi pada dasarnya setiap perilaku yang tidak merusak modul dapat diterima.

Di sisi lain, karena output modul ini tidak benar-benar dapat digunakan sebagai tegangan kontrol (karena sifat modul), sedikit kerugian karena resistor luar-loop tidak terlalu penting; untuk audio itu hanya setetes volume.

Akhirnya, membaca utas ini , saya perhatikan bahwa salah satu masalah potensial dengan opsi yang terakhir adalah bahwa op-amp perlu menggerakkan setiap kapasitansi keluaran secara langsung. Secara umum, kabel patch modular cukup pendek, tetapi ada juga modulars berukuran dinding yang mungkin menggunakan kabel patch yang lebih panjang.

Pada akhirnya, saya pikir saya condong ke opsi pertama, terutama untuk menghindari masalah dengan kapasitansi kabel, dan karena downside (kehilangan sinyal kecil) tidak terlalu penting. Tetapi pemikiran atau wawasan apa pun masih diterima!

Pembaruan 2:

Catatan aplikasi yang dihubungkan oleh JRE menjelaskan lebih lanjut, ketika datang ke beban kapasitif: sirkuit kedua dalam pertanyaan ini sama dengan yang terakhir dalam catatan aplikasi, kecuali untuk kapasitor dalam loop. Catatan aplikasi memberi tahu kami bahwa konfigurasi ini baik untuk menggerakkan beban kapasitif, tetapi hanya jika kapasitansi beban diketahui.C $C_f$$C_L$

Jadi kesimpulan dari pembaruan sebelumnya masih berlaku, sirkuit pertama adalah taruhan yang lebih baik ketika kita tidak tahu bebannya.

Sirkuit yang Anda inginkan tergantung pada spesifikasi yang belum Anda beri tahu kami. Pertanyaan penting adalah apa sebenarnya yang seharusnya terjadi ketika seorang pengguna menghubungkan output dari dua hal ini bersama-sama?

Jika mereka benar-benar tidak dimaksudkan untuk dihubungkan bersama, maka resistor hanya untuk perlindungan. Dalam hal ini, sirkuit kedua Anda lebih baik. Anda mengatur nilai resistor untuk tidak melebihi kemampuan arus keluaran opamp dalam kondisi kasus terburuk.

Jika beberapa modul dimaksudkan untuk diikat bersama dan Anda seharusnya mendapatkan hasil rata-rata, maka Anda perlu menggunakan sirkuit pertama Anda. Ini akan menjadi kasus, misalnya, jika diizinkan dalam spesifikasi untuk menghubungkan saluran kiri dan kanan bersama-sama untuk mendapatkan mono. Dalam hal ini, resistor harus berupa apa pun impedansi keluaran yang ditentukan dari masing-masing modul. Jika mereka seharusnya rata-rata dengan korslet, maka masing-masing perlu memiliki impedansi yang ditentukan dan dikendalikan. Impedansi itu harus ditentukan oleh standar.

Misalnya, jika Anda memilih 1 kΩ dan orang lain mengambil 10 kΩ, menghubungkan kedua modul tidak akan menghasilkan rata-rata sebagaimana dimaksud. Sinyal yang dihasilkan adalah 10/11 bagian dari modul Anda dan 1/11 bagian dari modul lainnya. Agar skema rata-rata berfungsi, semua impedansi harus sama, dan oleh karena itu disepakati sebelumnya.

Kedua sirkuit merespons secara berbeda terhadap beban eksternal terhadap GND. Menggunakan case ekstrim untuk menunjukkan, anggap resistor 1 K ke GND sebagai beban. Pada rangkaian pertama, tegangan pin keluaran opamp tidak berubah, gain rangkaian tidak berubah, tetapi tegangan eksternal berkurang 50%.

Di sirkuit kedua, Anda sekarang memiliki attenuator 50% di dalam loop umpan balik. Sebelumnya, ujung kanan R2 (68K) dihubungkan ke sumber tegangan nol ohm. Sekarang terhubung ke tegangan setara Thevenin yaitu 1/2 dari tegangan keluaran opamp, melalui resistor 500 ohm yang setara.

Jadi nilai resistor umpan balik berbeda, yang mengubah gain rangkaian, dan tegangan umpan balik sangat berbeda, yang benar-benar mengubah gain. Tegangan pin keluaran opamp akan berlipat ganda (kira-kira) ketika mencoba untuk menutup loop. Tegangan output eksternal tidak akan berkurang banyak sampai opamp jenuh. Atau semacam itu.

Kebanyakan Op Amps memiliki built-in cct pendek. perlindungan sudah yang ketika Anda menggunakan umpan balik negatif adalah metode ke-2. Inilah sebabnya mengapa OA memiliki batas arus yang rendah.

Sisi bawah adalah beban kabel kapasitif Ic = CdV / dt mengharuskan Anda untuk menghitung tegangan suplai dan. Di sini untuk membatasi untuk menjamin desain menghindari saturasi atau pembatasan laju perubahan tegangan. Oleh karena itu tidak bijaksana untuk menaikkan drive di atas Zo kabel.

Saya akan melakukan yang pertama karena akan memuat op amp secara independen ketika dijumlahkan ke efek / tahap lain ketika orang lain terhubung secara paralel. Efek samping tambahan dari memberikan beban pada celana pendek keluaran (karena menyumbat keluaran di titik tambalan) juga disambut. Saya tidak akan khawatir tentang impedansi karena akan kembali ke input tidak seimbang hi-z kurang dari 3 meter.