تصميم متابعين للتصوير اللاحق باستخدام الدوائر الضوئية لتطبيقات الصوت

إن النزاهة في الإشارة هي أساس الاستنساخ الصوتي العالي التكوين، وأي تدهور بين المصدر والحمولة - سواء كانت ميكروفون أو مثبتة مسبقا أو مضخمة للكهرباء - يستحدث ضوضاء أو تشوهات أو تشوهات استجابة متواترة تضر بتجربة الاستماع، كما أن متابع الاصطدام الدقيق، المعروف أيضا بمراحل الوصل العازلة للوحدة، هو عامل حاسم في اختيار البناء يحافظ على دقة الإشارات.

أساسيات دائرة المتابعة

إن متابع الفول هو أبسط شكل من أشكال المضخمات السلبية، ويرتبط الناتج ارتباطا مباشرا بالمدخلات اللافتية، مما يرغم المقطع على تعديل ناتجه بحيث يضاهي المدخلات غير المتعمدة، ويحقق هذا الشكل مكاسب من حيث الحجم الخفيف تماما من حيث الكمائن (0 دي بي) بينما يوفر في الوقت نفسه قدرا كبيرا من المدخلات دون الإشارة الصوتية المصغرة إلى درجة عالية جدا).

Ideal vs. Real Op Amp Behavior

إن المشهد المثالي له مكاسب غير محدودة من حيث الحيز المفتوح، وازدحام المدخلات غير النهائية، وعدم وجود نقص في الناتج، ودرجة التسلسل المثالية، والحقيقة التي تقصر في كل فئة، ولكن الأجزاء السمعية الحديثة تقترب من الأداء المثالي في نطاق الترددات السمعية، وأكثرها أهمية من غير الأيديولوجيات بالنسبة لأتباع الفول الصوتي:

Finite open-loop gain:] Typically 100 dB or more at DC, but it rolls off with frequency. Gain bandwidth product determines the usable bandwidth. For a voltage follower, the closed-loop bandwidth equals the gain bandwidth product (GBW) because the noise gain is unity.
Input bias current and compensate:] Bipolar op amps have nanoamp-level bias currents; FET inputs have picoamps. High bias currents cause DC compensate voltage across source impedances and can introduce noise.
Input voltage noise:] Specified as nV/Hz. For audio, values below 5 nV/√Hz are preferred. White noise dominates above a few hundred Hz; flicker (1/f) noise is important at sub-20 Hz.
Distortion:] Total harmonic distortion plus noise (THD+N) should be less than 0.001% at 1 kHz for high-fidelity designs. Distortion mechanisms include non-linear input stage transconductance and slew-induced distortion.
Slew rate:] The maximum rate of change of the output voltage. For audio, a slew rate of at least 5 V/mis is adequate for full output at 20 kHz, but higher rates reduce intermod distortion.

البارامترات الرئيسية للتصوير الصوتي

وفيما عدا المواصفات الأساسية، فإن عدة بارامترات تؤثر مباشرة على قدرة متابع الفولط على الحفاظ على اخلاص الإشارات:

Common-Mode Rejection Ratio (CMRR): ] Since the voltage follower operates with the input at signal potential relative to ground, any common-mode voltage variations (often from power supply ripple or ground noise) must be rejected. CMRR above 80 dB is desirable.
Power Supply Rejection Ratio (PSRR):] Noise on the supply rails that couples into the signal path is attenuated by PSRR. For audio, dual-supply op amps often have better PSRR than single-supply parts.
Output impedance and drive capability:] Even with direct feedback, the closed-loop output impedance is reduced by the cycle gain. For heavy loads (e.g., 32 ohm headphones), an op amp with high output current and low open-loop output impedance is necessary. Some designs add a class-A output after the buffer.
Bandwidth:] A GBW of at least 10 MHz ensures low phase shift within the audio band bandwidth can cause stability issues if not properly compensated.

اختيار أوب أومب اليمين لأوديو بافيرينغ

اختيار المشهد هو أهم قرار تصميمي واحد، إذ أن عمليات التجميل الصوتي تُستخدم على الوجه الأمثل من أجل الضجيج المنخفض والتشوهات المنخفضة وعملية التغيير المستقرة في الوحدة، وتُستخدم الأسر التالية على نطاق واسع في الصوت المهني والمرتفع الاستهلاك:

عمليات ثنائي القطب المنخفض

:: تقدم عمليات إنتاج ثنائي القطب مثل الوثيقة NE5532 و LM4562 (LME49720)، و OPA2134 أداء ممتازا للضوضاء (من 2 إلى 5 إلى 0,3 من طراز FV/Hz) وقود إنتاج مرتفع، ورقم N5532 هو مجموعة عمل صناعية تضم 8 من طراز FV/Hz و 9 من طراز V/MMBMBHZ SLV21)

FET-Input Op Amps for High Impedance Sources

وفيما يتعلق بأجهزة التقاط الفطائر، والميكروفونات المزودة بمكشوفات، أو غيرها من المصادر العالية السرعة، يفضل استخدام هذه الأجهزة أو أجهزة التصوير المقطعي، أما بالنسبة للأجهزة الموجودة في مكتب خدمات المشاريع فيجرية فيجرية في 5 أرقام / / / / / / / / / / / ////////////////

اللوازم الوحيدة مقابل اللوازم المزدوجة

كما أن العمليات المزدوجة (من الخامس إلى الثامن عشر من الشهر الخامس شائعة بالنسبة للصوت) تقضي على الحاجة إلى مكثفات الإنتاج في العاصمة، وتسمح للإشارة بالتأرجح بشكل متكافئ حول الأرض.() وتحتاج التصميمات الوحيدة العرض (مثلا +5 V أو +12 V) إلى شبكة افتراضية للتحيز الأرضي، وإلى أجهزة اقتصاص ذات إنتاجية عالية، مما يؤدي إلى حدوث تحولات سمعية شديدة في مرحلة ما قبل العرض والمرحلة المحتملة.

تصميم الدائرة واختيار العناصر

الوحدة الأساسية

ويربط متابع الفولط الكلاسيكي بين المدخلات غير اللافتية لمصدر الإشارة، والناتج مباشرة إلى المدخلات اللافتية، ويستخدم مقاوما للتغذية من الناتج إلى إبطال المدخلات؟ وفي الواقع، لا يلزم في متابع للفولطية، مقاومة للتغذية الخارجية - فالصلة قصيرة مباشرة، غير أن كثيرا من المصممين يضيفون إلى حد صغير للمقاومة (مثلا، 10 إلى 100 أوم) في سلسلة من التلقينات العالية.

Signal Source ─┬─┤+ Op Amp Input
 │ │
 │ └─ Output ─── Load
 │ │
 └──────┤- Input

في الممارسة العملية شبكة الاستقرار (مقاومة و مكثف من الناتج إلى تجنب المدخلات) قد تستخدم، لكن في معظم العمليات الحديثة مع التعويض الداخلي، التغذية المرتدة المباشرة مستقرة للحمولات المقاومة، دائماً ما تتشاور مع معايير استقرار وحدة البيانات

Input and Output Protection

ويمكن أن تتعرض المدخلات السمعية للتصريف الكهروستانتي أو الإفراط العرضي في الفول، كما أن المقاومين للضغط من 1 كيلو متر إلى 10 كيلو مترات في الحد غير المتعمد للمدخلات الحالية، ولكنهم يضيفون أيضا ضوضاء جونسون (4 nV/√Hz لثانية واحدة في 25 درجة مئوية) أما بالنسبة للتصميمات المنخفضة السعرات الحرارية، فتستخدم القيمة الدنيا التي لا تزال توفر الحماية، وتضعها خارج سلسلة التغذية المرتدة لتجنب حدوث خطأ في إنتاجية.

تصميم وتقسيم إمدادات الطاقة

وكل ذرة من الطيف تتطلب أجهزة مكثفات تجويف قريبة من دبابيس الإمدادات - وهي عادة كهربية تبلغ 10 ميكروفلورات في موازية مع خزف يبلغ 0.1 ميكروفلور (أو 0.1 ميكروفلور زائد 1 ميكروفلور من أجل رفض أفضل من حيث الترددات العالية) ويجب أن تكون أجهزة التموين ذات طول الخزف من X7R أو C0G للاستقرار.

اعتبارات شبكة التغذية

وحتى في ظل وجود وحدة احتياطية، فإن المغالطات الطفيلية في اللافتات تخلق عمودا يمكن أن يسبب عدم الاستقرار، إذ يضع العديد من المصممين الصوتيين مكثفا صغيرا )١٠-٤٧( عبر وصلة التغذية المرتدة )النواتج لتجنب المدخلات( لتدفق المكسب فوق النطاق الصوتي، ويجب أن يكون هذا المكثف من نوع منخفض الضياع مثل C0G أو الميكب الفضي ٢٢.

القدرة على توجيه القروض

ويتطلب توجيه الحمولات الأصفر )الكابلات الطويلة وشبكات الترشيح( تصميما دقيقا، وتحدد معظم العمليات أقصى قدر من الحملات الاستيعابية من أجل التشغيل المستقر، وبالنسبة للشحنات التي تزيد عن ١٠٠ فرنك من طراز PF، فإن مقاوم إنتاج سلسلة )ريسو( يعزل الكبسولة، وتتمثل الممارسة المشتركة في إضافة مقاوم مخفض يتراوح بين ١٠ و ١٠٠ مكرر في السلسلة مع الناتج، يليه رسم صوتي صغير )مثلا في ١-٣٢(

التقنيات المتقدمة لتحسين الدقة

Servo-Controlled DC Offset Nulling

وحتى العمليات ذات النطاق المنخفض، فإن هذه المضامين تعوض عن الفولط البالغ 0.1-5 مترا مربعا، مما قد يسبب تطايرا كبيرا في الناتج، وفي متابع للفولط، يتضخم هذا التعويض من خلال زيادة الضوضاء (الوحدة)، وبالتالي فإنه يبدو مباشرة عند الناتج، وبالنسبة للتطبيقات التي تضاهيها المادة AC، فإن المضخة الكبيرة التي تُعدل المكافئة للمنتجات، ولكن بالنسبة لمسارات المتراكمة في البلدان النامية (مثلة).

المضخمات المركبة (المبنى) للضمادات العليا والتخريب الأدنى

وباختبار مقتطفين في تشكيلة مركبتين، يمكن تحقيق مكاسب أعلى من الحيز المتاح، وتوسع نطاق الترددات، وتشويه أقل من جهاز واحد، ويستخدم طب واحد مشترك في شكل سريع وعالي المستوى كحد أقصى، بينما ينجم عن مرحلة الإنتاج، ودرجة منخفضة من الدقة، ودرجة منخفضة من عدم الاستقرار في إطار مجموعة الـ 40(أ) ويضم كل من مراحل التغذية المؤثرة (Lfaion).

استخدام الـ (ج.ت) أو (سي إم إس) في إختبارات (أولترا-هاي)

وعندما يتجاوز الازدحام المصدر 100 كيلو متر مربع (مثل مترجمي الفطائر، والميكروفونات عالية التبسيط)، فإن من الضروري أن يزيل الاختراق في شكل مدخل مع تحيّز في نطاق البيكوم، كما أن استقرار الأوتوماتيكي في منطقة المحيط الأطلسي (140) يتيح 11 درجة من التحيز النموذجي في المدخلات و5.1 من طراز NV/Hz، مما يجعله ملائماً للثبات العالية السرعة.

تعزيز خفض التأثيرات الحالية في بيا

ويزود التعبئة قوة التشغيل بالمدخلات من الناتج، ويرفع حجم المدخلات المشتركة ويزيد من المدخلات بصورة فعالة، وبالنسبة لإشارة الشركة، يمكن لدائرة الأحذية أن تدفع المدخلات الفعالة التي تدخل في نطاق الطغيان، وهذا أمر له قيمة خاصة في ملامح الميكروفونات العالية التقلبات أو في أغطية المركبات التي تلتقطها الغيتار.

تحليل التضليل والتخزين

مصادر الضوضاء

وينشأ عدد من المصادر السمعية في عازف صوتي، ويظهر الضوضاء الفولطية للمصابين بطلقات مدخلية وينقل مباشرة إلى الناتج، وتنتج الضوضاء الحالية (في) التي تتدفق من خلال مصدرها (Rs) مصطلحا إضافيا للضوضاء الفولطية = في Rs. x R.

ويسود الضوضاء (1/و) أقل من 100 هرتز. وكثيرا ما تحدد أجهزة التصوير الضوئي ذات الضوضاء المنخفضة 1/و في 10 هز.() وتتمتع أجزاء مثل مكتب منع الإرهاب في 1612 بزاوية 1/ف دون 10 هز، مما يكفل الحد الأدنى من الضجيج، ويقلل استخدام أجهزة المدخلات الأكبر (مجال آخر) من الضوضاء التي تبلغ 1 ف، وهذا هو السبب الذي يجعل الـ (مع مترجمات المدخلات الكبيرة) شائعة في مواضع الهواتف الدقيقة.

مجموع التشتت المنسَّق والتداخل

وينشأ التحلل في متابع للفولط من عدم وجود خط في عملية نقل المدخلات، وتجاوز مرحلة الإنتاج )الدرجة الأولى(، والتشوهات الناتجة عن السحب، والتشويهات التي تحدث عن طريق الازدهار، والترددات في نطاق الترددات المتدنية، والترددات العالية التي تسودها الازدياد غير المباشر، والارتفاع السلبي في عدد المكسب يزيد عن الازدهار.

رفض إمدادات الطاقة وريببل

وينطلق نموذجي من نظام PSRR (مثلا 50/60 Hz hum) إلى طريق الإشارة من خلال جهاز التصوير الضوئي المحدود التابع للعموم) وفي ترددات سمعية، فإن نظام PSRR عادة ما ينفجر - وهو نموذج يبلغ 80 درنا في 100 هرتز جيد، ولكن في 20 كيلوهرتز قد ينخفض إلى 40 - 50 د.

التقليل إلى أدنى حد من اللؤم الأرضية والإنجازات

وتنشأ حلقات أرضية عندما تخلق مسارات أرضية متعددة تيارات دائرية تُحدث دعابة، وفي متابع للفولط، ينبغي ربط الإشارة المرجعية الأساسية للمدخلات بأرض الناتج في نقطة واحدة - مثالية في أرض الحمولة - تستخدم الكابلات المحمية بالدرع المرتكز على طرف واحد (يفضل أن تكون في المقصد) لتجنب الحلقات الأرضية مع منع حدوث عمليات الإصدار، وهي طائرة أرضية صلبة تبعد خطوط العرض عن مسارات.

أفضل ممارسات البناء والبناء

التنسيب والتمثيل

وضع المواصفات الضوئية على أقرب ما يمكن لربط المدخلات لتقليل طول التعقب إلى أدنى حد على مدخل المحركات العالية التبسيط، وينبغي أن يكون مسار التغذية المرتدة (النواتج إلى تجنب المدخلات) قصيرا ومباشرا؛ ويمكن أن يؤدي الإفراط المضلل هنا إلى عدم الاستقرار، واستخدام مكونات سطحية للحد من العُطف الطفيلي والارتفاع، والحفاظ على أجهزة التفكيك في الإمداد بالطاقة في حدود 2-3 ملم من الاختبار الصوتي.

الاستراتيجيات الأساسية

ويفضل أن تكون أرضية النجوم مثبتة للعوازل السمعية، إذ أن أرضية المدخلات، وأرض الإنتاج، وأرض الإمداد بالطاقة، وأرض الكابسترات المزينة ينبغي أن تجتمع جميعها في نقطة مادية واحدة (النجم)، وهذا يحول دون تدخل التيارات الأرضية من قسم آخر، وإذا استخدمت طائرة أرضية، يقسمها إلى أقسام مائية ورقمية مع جسر متقطع عند الضرورة، ويوجه جميع الإشارات الناظرة إلى طائرة الشعار.

الدرع والعزل

وبالنسبة للتطبيقات الحساسة للغاية (مفترات الهاتف الميكانيكي، ومراحل الفينو)، يلخص الدائرة العازلة في مسرد معدني متصل بالأرض، ويستخدم الموصلات المزودة بالأجهزة الواقية من المدخلات والمخرجات (الوكالة الألمانية للتعاون التقني، ودائرة الحراسة حول آثار المدخلات (تقودها جهة منخفضة القدرة على الوقوف) ويقلل من التسرب في تيارات والرأسمالات الطفيلية.

الإدارة الحرارية

وتتفاوت درجة الحرارة في متابع الفولط، ولكن إذا كانت قيادة حمولات ثقيلة (مثل 32 هاتفاً من طراز هواتف عالية الحجم)، فإن مرحلة الإنتاج يمكن أن ترتفع، وأن تضمن تدفقاً جوياً كافياً وأن تصعد على رصيف كبير من النحاس أو تسخن إذا لزم الأمر، وتتسبب درجات الحرارة في الانجراف؛ وتبقي جميع عمليات التصفح في منطقة حرارة دائمة بعيداً عن أجهزة إعادة تشكيل القوى.

الاختبار وقياس الأداء

استخدام مُشبّع الأوسكلو وجهاز تحليل سبكتروم

(أ) ينبغي أن يستنسخ متابع جيد للموجة المربعة بأقل قدر من الطلقات أو الرنين أو التقريب، ويدل الإفراط في الطلق على ارتفاع معدل الذروة؛ ويشير التقريب إلى الحد الأقصى لحجم الترددات، ثم قياس الاستجابة في الترددات مع مجموعة من أجهزة التخدير أو الاختبار الصوتي، وينبغي أن يكون الرد مسطحاً من أقل من 20 درجة مئوية إلى ما يتجاوز الحد الأقصى للكمبي.

قياس إعاقة المدخلات وآثار الخفض

(ب) ربط مقاوم معروف في سلسلة من مصادر الموجات الخزينة وقياس الهبوط الفولطي عبر المقاوم لخلق ازدحام للمدخلات، وبالنسبة لحواجز إنتاج الطاقة الكهربائية، ينبغي أن تكون المدخلات المقطعية 10 أمتار في 1 كيلوهرتز.() أما بالنسبة للمدخلات الثنائية القطب، فقد تكون 100 كيلو متر في 1 أمتار، وتلاحَظ آثار الرهن بقياس حجم المصدر دون الحاجز؛ وينبغي ألا تسبب العزلة.

قياسات التشت (THD+N)

استخدام مصفوف منخفض التحلل (الهدف 0.0001 في المائة) ومرشاة للتشغ لقياس الـ THD+N. Apply a 1 kHz sine wave at 1 V RMS وقياس ما تبقى، وبالنسبة لعنصر الصوتي الدقيق، ينبغي أن يكون THD+N أقل من 0.001 في المائة (10 أجزاء) ويشير التشويه العالي إلى عدم الاستقرار، وعدم كفاية الفصل، أو مدى لتصوير العمل خارج خطه.

الاستجابة لحالات التواتر والمرحلة الملغومة

قياس الاستجابة للترددات الصغيرة من 10 Hz إلى 100 kHz. Anytoming above 0.1 dB indicates insufficient phase margin - increase the feedback capacitor (or reduce the output resistor if driving a capacitive load).

الشلالات المشتركة وكيفية تجنبها

التلقيح وعدم الاستقرار

إن الحمولات الكثيفة (القابلات والمرشحات) هي أكثر الأسباب شيوعاً للتشذيب، و دائماً ما تضيف مقاوماً للنواتج إذا كانت الحمولة تتجاوز نطاق البيانات المستقر، و تستخدم قوس غير مستقر (مكتمل) في متابع مركب مطوّع،

مخرج من طراز Voltage Drift

وإذا كان الأمر يتطلب إجراء عملية جراحية (مقطع) أو تنفيذ عملية سطو أو تنفيذ عملية سطو، فإن هذه العملية، بالنسبة للمراحل التي تجمعها لجنة مكافحة الإرهاب، تُقابلها وحدة كوابيس تجميعية، ولكنها تدرك تواتر التصفية العالية (المحددة عادة بـ 1-10 هرتز).

قضايا التحمل الإيجابية

وينتج عن دفع وصلات طويلة (مثل 10 سلالات من طراز RCA مع 100 فرنك من فرنكات الجماعة المالية الأفريقية) تحميلاً مسهباً قدره 000 1 فرنك من فرنكات الجماعة المالية الأفريقية.() وقد يكون من الأنسب استخدام طريقة " ريسو " ، وهي: أن يُبطل المقاوم للكابلات التي تُستخدم في إطارها الكابلات الطويلة، وقد يكون سائق خط متفاوت في الإنتاج.

عدم كفاية إمدادات الطاقة

إن مقياس واحد قدره 0.1 ميكروF لكل دبابيس الإمداد هو الحد الأدنى المطلق، أما بالنسبة للتصميمات المنخفضة الدقة، فيستخدمون 10 ميكروفلوريك + 0.1 ميكروفلوريك على كل سكة حديدية، ويضعونها في حدود 5 مم من الدبابيس، ويضيف استخدام الخرز الحديدية على آثار الإمداد عزلة عالية التردد، ولكن ضمان عدم تشبع الخرز عند التيار المطلوب من العاصمة.

أمثلة للتطبيقات العالمية الحقيقية

جهاز مكبر الصوت العالي

ويحتاج متابع دقيق يقود 32 إلى 300 أوم من سماعات الرأس إلى مقطع من طراز OP يمكن أن يوصل 50 mA مع تشويه منخفض، ويحتفظ الفريق العامل برقم قياسي (BUF634) (برقم قياسي) في الوقت الذي يستعمل فيه الرقم القياسي (Pa1612) كمرحلة مدخلات (ضوضاء، منخفض من طراز THD) ويأتي في حلقة من النواتج الحالية (BF634).

ناتج الموصلات المصغرة

ويحتوي ميكروفونات الكثافة على جهاز مدمج في الشبكة العالمية للمناطق الجغرافية، وهو جهاز يُنتج إشارة عالية السرعة، ويستخدم جهاز تتبع للفولط باستخدام مدخل من طراز HA1642 (FET، ضوضاء ضوئية منخفضة) يوفر ما يلزم من مدخلات عالية (أي مقياس ضوضاء واحد من نوع Gmil) ودرجة ضوضاء منخفضة، ثم يغذي ناتج المتابع) مرحلة كسب، ويجب أن يكون الحد الأدنى من الضوضاء منخفضاً جداً من حيث إنارة الصوت من الترددات الصوتية (H-F) منخفضاً (0

شبكة الصليب الأحمر النشطة

وتستخدم المضاعفات النشطة مراحل متعددة من عمليات الترميم، وينبغي عزل كل مرحلة من مراحل التصفية عن طريق متابع فولتاج لمنع تفاعلات التصفية، إذ أن استخدام مقطع رباعي مثل LM4562 (LME49720) يوفر أربعة عوازل في مجموعة واحدة ذات أداء متسق، وتتأكد العوازل بين أقسام التصفية من أن تردد كل مرشح لا يزال مستقلا عن الآخرين وعن المدخلات/المخرجة.

هيئة الأمم المتحدة للتعويضات

وفي نظم القياس السمعية )مثل التحليل الصوتي(، كثيرا ما تستخدم مرحلة إدخال مكبرات الأجهزة زوجا من أتباع الفول الصدري الدقيق والمتصلين بالمدخلات المتباينة، ويوفر برنامج العمل ١٢٣٤ أو INA163 درجة عالية من التصويب والضوضاء المنخفضة، ويعيق المتابعون إشارات المدخلات قبل أن يُضفى عليها على المضخم المتفاوت، ويمنع ارتفاع المدخلات من تحميل المصدر.

خاتمة

إن تصميم متابعي الاصطدام الدقيق للتطبيقات السمعية يتطلب نهجا شاملا: اختيار مقطع مسموع بالضوضاء والتشويه وخصائص الاستقرار التي تضاهي المصدر والحمولة؛ وتنفيذ عمليات التفكيك والتطهير والتصميم على نحو سليم؛ والتحقق من الأداء من خلال القياس؛ ويكشف عازل الوحدوية البسيط فيما يبدو عن تعقيده عند دفعه إلى حدود النزعة السمعية.

External References:
[FLT:] Texas Instruments: OpAmp Noise Analysis
Analog Devices: Low Noise Amplifier Design[FLT: