選擇適合MEMS麥克風前置放大應用的運算放大器(二)

2021-01-07 電子產品世界

電源電壓

運算放大器的電壓通常表示為一個範圍，例如3 V至30 V，這標示了V+和V-電壓引腳之間最小值和最大值的區別。運算放大器可以採用單電源將V-接地或者採用雙極性電源將V+和V-分別設置為等值的正負值（例如±15 V）。

需要選擇合適的電源電壓以保證運算放大器的輸出不對給定的電源軌削波。有些運算放大器以軌到軌方式工作，這表示輸入或輸出電壓（取決於具體的參數）可以在不削波的情況下可以一直調到軌電壓。如果運算放大器不是軌到軌方式，數據表中將標示最大輸入和輸出電壓；請注意正負電壓最大值可能不同。

信號的峰值輸出電壓顯然與前置放大器電路提供的增益有關。ADMP504的峰值輸出電壓為0.25 Vrms。當ADMP504連接至增益為20 dB（10×增益）的前置放大器，其峰值輸出電壓為2.5 Vrms，即7.0 VP-P。因此，該電路需要至少7.0 V電源電壓或±3.5的軌到軌輸出運算放大器。如果運算放大器輸出不是軌到軌，則電源電壓需要更高值。

模擬MEMS麥克風工作電壓為1.5 V至3.3 V。表1中列出的部分運算放大器最低電源電壓為2.7 V，因此在低功耗單電源電路中麥克風的電源電壓VDD必須介於2.7和3.3 V之間。

表1. 音頻運算放大器

增益帶寬積

增益帶寬積（GBP）正如其名，是放大器帶寬（採用低通-3 dB轉折）和加於輸入信號上的增益的乘積。大部分針對MEMS麥克風的前置放大器設計不需要附加大於40 dB的增益，即因子為100。設計帶寬至少為50 kHz的前置放大器應該提供部分餘量保證運算放大器的帶寬限制不會影響更高的音頻頻率。帶6.5 MHz GBP的運算放大器，例如ADA4075-2，在一個增益為40 dB的電路中將在信號開始滾降之前的通帶最高為65 kHz。

數據手冊中典型性能特性部分繪製的規格曲線為增益與頻率的關係。這張ADA4075-2數據手冊中的圖（見圖3）顯示了運算放大器的開環增益與頻率的關係。

圖3. ADA4075-2開環增益和相位與頻率的關係

其他規格

此外根據電路具體的用處，還需要考慮其他規格。例如，如果前置放大器需要驅動低阻抗負載，例如耳機，您將需要選擇具有高驅動能力的運算放大器。

運算放大器的電源電流通常指放大器的空載電流。低功耗電路設計顯然採用低電源電流的運算放大器最合適。運算放大器的噪聲和電源電流通常成反比，因此需要在音頻性能和功耗之間進行取捨。

最後，也有些其他規格您不需要考慮。失調電壓通常被認為是運算放大器的一個重要規格，但對於ac耦合的前置放大器應用並不重要。

電路

基本的前置放大器電路有兩種設置：反相和同相。該部分描述了這兩種設置的使用和優點。

此類電路不顯示電源或旁通電容。雖然電源盒旁通電路對於電路性能非常重要，但是顯示這兩個規格對於描述前置運算功能並不重要。大部分運算放大器的數據手冊和AN-202應用筆記：IC放大器耦合、接地以及隨機應變中都包含您設計需要的更多有關去耦電容和接地技術的信息。您還可以在運算放大器數據手冊中獲得更多其它更專業的音頻電路。

同相

同相前置放大器電路的輸出和其輸入極性相同。在信號極性需要保持不反相的應用中此類電路非常適合。圖4顯示的配置中同相運算放大器電路的增益為G = （R1 + R2）/R1。

圖4.同相前置放大器電路

該配置具有非常高的輸入阻抗，因為麥克風信號直接與運算放大器的同相輸入直接相連。C1是由於MEMS麥克風輸出偏置在0.8V而採用的一個隔直電容。該電容在該配置中不需要非常大，因為運算放大器的輸入阻抗非常高。

相對於反相拓撲而言，同相拓撲電路更需要考慮共模抑制規格。在同相電路中，共模電壓能導致輸出信號的失真。運算放大器的數據手冊通常會顯示共模抑制比（CMRR）與頻率的關係供您參考，用於決定音頻頻帶中某個具體器件的性能。這對於反相電路則不是問題，因為反相電路沒有動態共模電壓；兩個輸入都保持為接地或虛擬接地。

反相

圖5顯示了一個反相運算放大器的電路。該電路的輸出極性與輸入反相，增益為G =-R2/R1。

圖5. 反相前置運算電路

反相電路的輸入阻抗等於R1。該電阻成了MEMS麥克風輸出的電壓分壓器，因此需要選擇足夠高的電阻值不加載麥克風的輸出，但也不能太大，為電路增加不必要的噪聲。模擬MEMS麥克風通常具有200Ω的輸出阻抗。如果R1選為2.0 kΩ，則電壓分頻器會將麥克風的輸出信號電平降低9%。

VOUT= （2.0 kΩ + 200Ω）/2.0 kΩ × VIN= 0.91 × VIN

直隔電容C1和R1會形成一個高通濾波器，因此C1應選擇足夠大的值以確保該濾波器不會干擾麥克風的輸入信號。ADMP504的低頻轉折點為100 Hz。如果R1再次選擇2.0 kΩ，則2.2μF電容將形成一個頻率為40 Hz的-3 dB高通濾波器，遠低於麥克風的轉折頻率。

選擇至少比麥克風低一個頻程的截止頻率也是一項經驗法則，除非需要實現一項具體的高通特性。

電壓跟隨器

如果反饋環路中沒有使用分壓電路，同相放大器也可用作電壓跟隨器。該電路非常適合在無法直接驅動較長的走線或者電纜時緩衝麥克風的輸出，可能不需要為信號增加額外的增益。

圖6. 電壓跟隨器

電壓跟隨器可在反相極前端用作緩衝器。可能需要改配置以確保能在反相電路中使用更低值的電阻。在無緩衝的情況下，反相極的輸入阻抗可能需要採用更低值以實現目標噪聲性能。在保證緩衝和第一個運算放大器的低輸出阻抗（與MEMS麥克風相比）的情況下，電阻R1和R2能選擇較低值以避免給電路造成額外的噪聲。

圖7.帶反相放大器的電壓跟隨器緩衝器

差分輸出

MEMS麥克風的單端輸出可用兩個運算放大器和兩個反相電路級（見圖8）以簡單的串聯結合轉換為一個差分信號。每級的輸出轉換為彼此反相，作為差分對。圖8顯示的電路中信號的放大發生在第一級，由R1和R2設置。電阻R3和R4值應相等，為第二級提供單位增益。為

相關焦點

  • 採用業界最小的運算放大器設計麥克風電路
    語音指令是許多應用中的一種流行功能，也是讓產品具備差異化市場競爭力的優勢之一。麥克風是任何基於語音或語音的系統不可缺少的主要組成部分，而駐極體麥克風憑藉體積小、低成本和高性能的特點成為了此類應用的常見選擇。
  • 這麼酷,採用極致小巧的運算放大器設計麥克風電路!
    語音指令是許多應用中的一種流行功能，也是讓產品具備差異化市場競爭力的優勢之一。麥克風是任何基於語音或語音的系統不可缺少的主要組成部分，而駐極體麥克風憑藉體積小、低成本和高性能的特點成為了此類應用的常見選擇。
  • 「神器」 DM1 前置放大器——動圈麥克風當仁不讓的選擇
    sE DM1前置放大器 用實力 「說話」近期收到徐卓老師對sE DM1 前置放大器 的評測一起來看看吧一直以來，動圈麥克風以結構簡單耐用、性能穩定、輸出阻抗低、固有噪聲電平低、價格實惠而被廣泛運用於語言直播、演出擴聲、樂器錄音等眾多音頻領域
  • 立體聲拋物線麥克風的立體聲放大器
    大 - E拋物線立體聲麥克風簡介這個裝置是一個高靈敏度立體聲拋物線麥克風的立體聲放大器。它可用於收聽到遙遠的聲音。迷你電容式麥克風轉換成電信號的聲音。電阻R1提供冷凝器話筒的內部放大器電晶體的偏置。2N3906 PNP電晶體作為一個低噪聲麥克風輸入放大器。10K增益電位器用於調節音頻信號電平。10K立體聲音頻電位可用於同時調整兩個通道，可用於固定增益的應用程式中使用或個別10K剪。1458運算放大器，提高了音頻的水平，足以驅動一個8歐姆的耳機或錄音機輸入前置放大器的輸出信號送入。
  • 解析如何正確地選擇運算放大器
    行動電話主板包括不同的元件，如運算放大器、音頻放大器及前置放大器、數據轉換器和ASIC等。選擇運算放大器之前，設計師必須考慮封裝選項，以及更小的封裝是否會使性能降低。儘管在便攜產品領域小型封裝很受歡迎，但小型封裝可能會給設計師帶來麻煩和問題。採用塑料封裝形式的運算放大器，譬如SC70，往往不能達到與SOIC或MSOP封裝對應產品相同的性能。
  • 儀表放大器和運算放大器優缺點對比
    什麼是儀表放大器 　　這是一個特殊的差動放大器，具有超高輸入阻抗，極其良好的CMRR，低輸入偏移，低輸出阻抗，能放大那些在共模電壓下的信號。 　　隨著電子技術的飛速發展，運算放大電路也得到廣泛的應用。儀表放大器是一種精密差分電壓放大器，它源於運算放大器，且優於運算放大器。
  • 儀表放大器與運算放大器的區別是什麼?
    與運算放大器一樣，其輸出阻抗很低，在低頻段通常僅有幾毫歐(mΩ)。運算放大器的閉環增益是由其反向輸入端和輸出端之間連接的外部電阻決定。與放大器不同的是，儀表放大器使用一個內部反饋電阻網絡，它與其信號輸入端隔離 。
  • 基於NJM4580運算放大器實現電磁超聲換能器級聯放大電路的設計
    為了得到適合顯示觀察的水平，需要對信號進行放大和濾波處理，以減少噪聲和幹擾。為了避免EMAT的接收系統放大倍數過大引起信號失真和自激的現象，通常採用多級放大。主要包括前置放大器、濾波器、主放大器，以及用於在數字設備中的A／D轉換電路等。為了得到更好的結果，前置放大器自然起著至關重要的作用。
  • MAX4063 差分輸入麥克風前置放大器
    打開APP MAX4063 差分輸入麥克風前置放大器 葉子 發表於 2011-07-14 10:26:58
  • 低噪聲CMOS雙運算放大器NJU7029的功能特性及應用範圍
    打開APP 低噪聲CMOS雙運算放大器NJU7029的功能特性及應用範圍 佚名 發表於 2020-11-29 11:44:00
  • 什麼是運算放大器
    運算放大器（Operational Amplifier，簡稱OP、OPA、OPAMP、運放）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名「運算放大器」。
  • LM324運算放大器應用電路盤點
    它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器， 除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中「+」、「-」為兩個信號輸入端，「V+」、「V-」為正、負電源端，「Vo」為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。
  • 我想,可能沒有比DM1更好的麥克風前置放大器了.
    眾所周知，一些麥克風需要「很大」的增益。然而並不是所有的麥克風放大器都能應對這樣的需求。 :( 一款，極纖細的主動式串聯麥克風前置放大器。無縫連接你的麥克風與前置放大器「炸」眼的+28dB純淨穩定的增益。
  • 「看似簡單的電路:跨阻放大器」之近似運算放大器
    一個看似簡單的電路只有兩個器件，一個運算放大器和一個反饋電阻，通常用於將電流轉換為電壓。我們熟悉的光探測器或阻抗計電流檢測放大器就是這樣的電路。電路如圖1所示，其中運算放大器的輸入電容Ci顯示在外面以方便分析。運算放大器的輸入容抗通常約為Ci = 10pF。
  • 運算放大器工作原理
    運算放大器基本上可以算得上是模擬電路的基本需要了解的電路之一，而要想更好用好運放，透徹地了解運算放大器工作原理是無可避免，但是運放攻略太多，那不妨來試試這篇用電路圖作為主線的文章來帶你領略運算放大器的工作原理吧。
  • 【集成運算】同相放大器和反向放大器的選擇
    集成運算放大器可以接成同相放大也可以接成反相放大，那使用同相放大好還是反相放大好呢？
  • 運算放大器中如何放大倍數的電路單元
    分類 按照集成運算放大器的參數來分，集成運算放大器可分為如下幾類。 通用型 通用型運算放大器就是以通用為目的而設計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產品量大面廣，其性能指標能適合於一般性使用。例μA741(單運放)、LM358(雙運放)、LM324(四運放)及以場效應管為輸入級的LF356都屬於此種。它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。
  • 模擬工程師電路設計指導手冊:運算放大器①
    （減法器）電路⑤兩級運算放大器儀表放大器電路⑥三級運算放大器儀表放大器電路⑦積分器電路⑧微分器電路⑨電流感應跨阻放大器電路輸出擺幅可至 GND 電路的單電源低側單向電流檢測解決方案單電源、低側、單向電流檢測電路低側雙向電流檢測電路
  • 運算放大器同相放大反相放大的區別
    電子電路運算放大器有同相輸入端和反相輸入端，輸入端的極性和輸出端是同一極性的就是同相放大器，而輸入端的極性和輸出端相反極性的則稱為反相放大器。集成運算同相放大器和反相放大器的選擇運算放大器可以接成同相放大也可以接成反相放大，那使用同相放大好還是反相放大好呢?
  • 音頻放大器電路圖大全(LM317/TDA7052/運算放大器電路圖詳解)
    根據應用的不同，功率大小差異很大，從耳機的毫瓦級到TV或PC音頻的數瓦，再到「迷你」家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統的數百瓦以上，大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求。 　　音頻放大器的發展先後經歷了電子管（真空管）、雙極型電晶體、場效應管三個時代。