DIY มือใหม่ , TIPS & TRICKS , R&D SECTION > R&D SECTION

มาเรียนลัดเรื่องวงจรขยาย Operational Amplifier หรือ OPAMP กันหน่อย

(1/15) > >>

audiomania:
สืบเนื่องจากหลายๆ กระทู้ที่ผ่านมา ทั้งปรีกบ เกนโคลน ที่ลองเล่นกันมาก็เยอะ ก็จะมีปัญหาบางกรณีที่พบเจอกันบ้างและมีข้อสงสัยกัน

ออปแอมป์ตัวเล็กที่ใช้ในปรี หรือแม้กระทั้งออปแอมป์ยักษ์อย่าง LM1875 3875 3886 หลักการทั่วไปก็จะคล้ายๆกัน ต่างกันที่ความสามารถในการรับแรงดัน-ขับกระแสโหลด เท่านั้นเอง

คราวนี้เราจะมาดูกันว่ากลไกการทำงานอย่างง่ายของวงจรขยายมันเป็นยัง

โดยเริ่มจากวงจรขยายแบบไม่กลับเฟสน่ะก่อนครับ ดูรูปวงจรทั่วไปกันก่อน



จากรูปจะเห็นว่า แรงดันขาออกจะขยาย "มากกว่า หรือ เท่ากับ" ขาเข้าเสมอ โดยอัตราส่วนการขยายกำหนดจาก RNFB กับ RNI
ถ้า RNFB เป็น 0 หรือต่อลวดจัมพ์ เกนก็จะเท่ากับ 1 ซึ่งวงจรจะทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์นั่นเอง



จากวงจรด้านบน... ถ้าเราต้องการลดสัญญาณได้และขยายได้ด้วย จะทำยังไง?.... เพราะสมการบอกว่ามันได้มากกว่าหรือเท่ากับเท่านั้น...



ก็ลดทอนสัญญาณลงก่อนที่ขยายสิครับ... ใส่ Attenuator ตัวลดทอนซะ จะเป็น R แบ่งแรงดันไปตรงๆ หรือใส่เป็นโวลุ่มปรับสะดวกก็ได้



คราวนี้ มาดูการคำนวณนิดหน่อย


นั่นหมายถึง ถ้าสัญญาณขาเข้ามามีแรงดัน offset เลื่อนจากสัญญาณปกติ แรงดัน offset ก็ย่อมที่จะถูกขยายออกไปด้วย เช่น ถ้าตัวอย่างให้ RNFB กัย RNI มีค่าเท่ากัน เกนขยายจะเท่ากับ 2 สัญญาณที่ป้อนมาแบบไหน ก็จะถูกขยาย 2 เท่า ด้วยเช่นกันตามรูป


แต่ถ้าเราตัด offset ด้วย C coupling และ R IN ดึงสัญญาณลงกราวด์ เราจะได้ผลลัพธ์ที่จะลดส่วนที่ไม่ต้องการลงได้


แต่ออปแอมป์ในโลกนี้ก็ใช่ว่าจะเพอร์เฟคไปซะทุกเรื่อง โดยเฉพาะออปแอมป์ตัวใหญ่ๆ ที่ทำหน้าที่แอมป์ขยายเสียงอย่าง LMxxxx ที่บางครั้งเอาต์พุตมักจะแถม DC Offset ออกมาด้วย  [n_o]


วิธีแก้อย่างรวดเร็วคือ เอา C ใหญ่ๆ ใส่อนุกรมไว้ที่ RNI เพื่อทำหน้าที่เป็น Integrator ค่อยๆกำจัดส่วนเกินออก จนกระทั่งใกล้ 0 (กราวด์) มากขึ้น


เอาหลักการคร่าวๆ ไว้ใช้แก้ปัญหาก่อนครับ เพราะเป็นการเรียนลัดแบบสุดๆ  [roll]

มาต่อ.. เนื่องจากออปแอมป์ในโลกนี้ ตัวที่แบนด์วิดธ์ต่ำก็ตอบสนองความถี่ได้ไม่สูงนัก ความไวต่อการออสซิลเลตอันเนื่องมาจากการป้อนกลับก็ไม่มาก
แต่ในระยะหลังเทคโนโลยีดีขึ้น ออปแอมป์บางตัวตอบสนองความถี่ GBW บางตัวไปถึงระดับ MHz ซึ่งเราไม่ได้ใช้ในงานเสียง เวลาป้อนกลับ ความเหนี่ยวนำแฝงใน R และช่วงเวลาเดินทางระหว่างการป้อนกลับสัญญาณนั้น บางครั้งมันก็ช้าเกินไป ทำให้ที่ความถี่สูงๆ ที่เราไม่ได้ใช้งาน แต่เปิดช่องให้ทำงานได้จะเป็นจุดเสี่ยงและมีโอกาสเกิดออสซิลเลตได้ (ในรูปไม่ได้แสดงการพลอตกราฟ เฟสตอบสนองนะครับ เพราะเดี๋ยวจะงงไปใหญ่ รายละเอียดพักๆ เอาไว้ก่อน)
ถ้าทดลองป้อนสัญญาณแบบสี่เหลี่ยมคางหมู เราอาจจะได้ของแถมเป็น Overshoot ยอดแหลมมาด้วย เสียงจะเสียดๆ หูพิลึก บางคนก็เรียกเสียงแบบนี้ว่าขึ้นขอบ(มั๊ง)


ดังนั้น วิธีที่ง่ายที่สุดที่จะลดผลของแบนด์วิทธ์ที่เกินมานั้น ก็คือ กดแบนด์วิดธ์ลงครับ เอา C ค่าเล็กๆ ปกติใช้อยู่ราวๆ 3 ถึง 22pF เพื่อผ่านความถี่สูงให้ถูกป้อนกลับมากขึ้น ส่งผลให้ความถี่ที่เอาต์พุตจะลดทอนการขยายเสียงความถี่สูงลง และจะทำให้ระบบมีเสถียรภาพในช่วงความถี่ทำงานของเรามากขึ้น


คราวนี้ ถ้ากรณีที่น่าจะ "เอาอยู่" แล้วทำแล้ว "มันยังเอาไม่อยู่ล่ะ" หรือ "เสียวจะเอาไม่อยู่"
กลัวจะเกิดเหตุการณ์เอาต์พุตออสซิลเลตแรงกว่าที่คาดการณ์ไว้ แบบนี้


ก็เลยต้องมีปราการด่านสำคัญ เอาไว้ป้องกันลำโพงสุดรักสุดหวง ไม่ให้ทวีตเตอร์ลาลับควันขึ้นไปซะก่อนจากยอดแหลมๆ แรงๆ ที่เรามองไม่เห็น เลยต้องใส่  R C Zobel ตัดลงกราวด์ ก็คือทำหน้าที่ Low pass filter นั่นเอง ความถี่เกินกว่าที่กำหนด ลดทอนสัญญาณมันออกไปซะจะลดความเสี่ยงลง


แต้ถ้ายังไม่หาย "เสียว" ก็ต้องเสริมอีกชั้นนึงครับ L R Zobel อนุกรมสัญญาณ ทำหน้าที่ Low pass filter ไปอีกทอดหนึ่ง ซึ่งจะมั่นใจได้มากกว่าที่ผ่านมาแน่นอน แต่นั่นก็ต้องแลกมาด้วยเสียงที่จะถูกทอนสัญญาณลงไปด้วยเช่นกัน แต่ก็ชัวร์น๊า...


คราวนี้มาดูหลักทำงานของออปแอมป์ มันเป็น Different Amp. จะเป็น Bipolar transistor หรือ JFET ก็ปรับใช้ตามสะดวกครับ
ในที่นี้ให้เราถือว่าออปแอมป์เราเป็นของดี (แค่ไม่อยากใช้คำว่าอุดมคติเหมือนในหนังสือ  [roll])
เกนขยายเยอะแยะ แหล่งจ่ายไฟมีให้ไม่อั้น และอินพุตรับสัญญาณได้กว้างด้วยเช่นกัน

หลักการการขยายทั่วไปมีแค่ 3 ข้อ นอกเหนือจากนี้คือขอบเขตการทำงานครับ



ดังนั้น ไล่การทำงานตามหลักการทำงาน 3 ข้อของ Diff. Amp. พอ
สมมติวงจร ตามรูปครับ ให้ RNFB 20k , RNI 10k แล้วป้อนไฟเข้ามา 2V. อย่าเพิ่งคำนวณจากสูตรนะครับ ให้คำนวณจากพฤติกรรมจริงของวงจร ตามรูป
(แก้ไขแล้ว ขอบคุณน้า civicdotcom ครับ))



จะเห็นที่มาของสูตรว่ามันมายังไงครับ และวิธีคิดแบบเดียวกัน ก็เอาไปใช้กับวงจรแบบ Invert Amp. ได้เช่นกัน ตามนี้ครับ

R&R:
อาจารย์เหมือนสร้างบันไดให้ลูกศิษย์เลยครับ

CreÃte_Lek ♫:
อย่าลืมวิธีการคำนวณ Rin  Cin ด้วยนะครับ อาจารย์ [yes-raccoon]

falakamo:
 [clap hand2] [clap hand2] [clap hand2] [res] [res] [res]

R&R:

--- อ้างจาก: CreAte HoUse ที่ 17 มกราคม 2012, 09:28:49 PM --- อย่าลืมวิธีการคำนวณ Rin  Cin ด้วยนะครับ อาจารย์ [yes-raccoon]

--- End quote ---

ท่านผู้อำนวยการมาตรวจงานแล้ว

นำร่อง

[0] ดัชนีข้อความ

[#] หน้าถัดไป