NE5532

NE5532 , также продаваемый как SA5532, SE5532 и NG5532 (обычно называемый просто 5532), представляет собой двойной монолитный биполярный . с внутренней компенсацией операционный усилитель (ОУ) для аудиоприложений, представленный Signetics в 1979 году. 5532 и современный TL072 были первыми операционные усилители, которые превзошли дискретные схемы класса А в профессиональных аудиоприложениях. Благодаря низкому уровню шума и очень низкому уровню искажений , 5532 стал отраслевым стандартом профессионального звука . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} По словам Дугласа Селфа , «вероятно, на планете нет музыки, которая не прошла бы через сотню или более 5532-х на своем пути к потребителю». ^{[ 3 ]} Производительность 5532 оставалась лучшей в своем классе на протяжении почти тридцати лет, вплоть до появления LM4562 в 2007 году. ^{[ 4 ]} По состоянию на 2021 год модель 5532 остается в массовом производстве как универсальный продукт.

В отличие от многих других недорогих операционных усилителей, 5532 существует только в двойной форме, доступной в 8-контактных корпусах , SO и SOIC PDIP . Одинарный 5534, а также снятый с производства некомпенсированный двойной 5533 не полностью компенсирован и, следовательно, нестабилен при единичном усилении; 5534 имеет меньшую плотность шума , чем 5532, но в остальном аналогичен.

История

Первоначально операционный усилитель был произведен компанией Signetics и продан Philips Semiconductors как TDA1034, а затем переименован. ^{[ 5 ]}

Строительство и эксплуатация

Модель 5532 полностью биполярна, за исключением единственного полевого транзистора внутри генератора смещения . Хотя производители не опубликовали объяснение его работы из первых рук, схема была общедоступной на протяжении десятилетий. ^{[ 6 ]} Путь сигнала состоит из двух последовательных дифференциальных каскадов, несимметричного каскада усиления напряжения с общим эмиттером и класса B с защитой от перегрузки по току. двухтактного выходного повторителя ^{[ 7 ]} Имеется четыре внутренних компенсационных конденсатора. ^{[ 7 ]} «Сигнатура» искажений (то есть их фактическое отсутствие ) в 5532 определяется в основном тремя вложенными контурами частотной компенсации , охватывающими второй и третий каскады. ^{[ 7 ]}

Входные требования

Во входном каскаде используются NPN- транзисторы, поэтому входные токи смещения протекают в их базы и вызывают отрицательное падение напряжения на сопротивлении между землей и входом. ^{[ 8 ]} Например, типичный ток смещения 200 нА, протекающий через обычный резистор сопротивлением 47 кОм, вызовет падение напряжения на 10 мВ. ^{[ 9 ]} Эти довольно стабильные сдвиги рабочих точек обычно не вызывают беспокойства. Если возможно, разработчики аудиосистемы позволили бы им накапливать напряжение в несколько этапов, а затем блокировать накопленное смещение постоянного тока с помощью одного выходного конденсатора. ^{[ 10 ]} Нельзя допускать протекания токов смещения через потенциометры , поскольку они вызывают чрезмерный треск при движении дворников. ^{[ 11 ]}

Входы 5532 защищены встречными диодами, рассчитанными на ток до 10 мА; они могут открыться во время быстрых переходных процессов входного сигнала и вызвать резкие искажения выходного сигнала. ^{[ 12 ]}^{[ 11 ]} Модель 5532 предназначена только для линейной работы и не должна использоваться в качестве компаратора или иным образом подвергаться воздействию больших дифференциальных входных напряжений. ^{[ 11 ]}

Типичный 5532, работающий от шин питания ±15 В, сохраняет линейность до тех пор, пока входные напряжения остаются в пределах диапазона ±13 В. Когда синфазное напряжение превышает +13 В или падает ниже -13 В, 5532 фиксируется , но продолжает работать до тех пор, пока напряжение на любом входе остается в пределах напряжения источника питания. Входная перегрузка не вызывает инверсию выходной фазы, которая характерна для операционного усилителя TL072. ^{[ 13 ]}

Требования к источнику питания

5532 выделяется среди аудиооперационных усилителей своим необычно высоким абсолютным максимальным номинальным напряжением питания 44 В (по сравнению с более распространенным 36 В). ^{[ 14 ]} На практике каждый из двух усилителей потребляет довольно высокий ток питания 4–5 мА, а пластиковый корпус заметно нагревается при напряжении питания 34 В. ^{[ 15 ]} По словам Дугласа Селфа, использование источников питания с напряжением более 34 В потенциально небезопасно и, безусловно, несовместимо с большинством других операционных усилителей. ^{[ 14 ]}

Модель 5532 чувствительна к отключению переменного тока источника питания; неспособность разъединить приводит к беспорядочным внутренним высокочастотным колебаниям, которые не распространяются непосредственно на выход, но вызывают видимые искажения. ^{[ 11 ]} Для предотвращения таких колебаний обычно достаточно одного 0,1 мкФ , подключенного к контактам источника питания и в непосредственной близости от них. высококачественного конденсатора емкостью ^{[ 6 ]} Производители рекомендуют использовать два таких конденсатора, подключенных между каждым контактом источника питания и землей; по словам Дугласа Селфа, в этом нет необходимости, а иногда и нежелательно из-за риска попадания шумовых токов в сигнальную землю. ^{[ 6 ]}

Искажение

Модель 5532 достигает наименьшего общего гармонического искажения (THD) в инвертирующей конфигурации (с параллельной обратной связью) с умеренным усилением и умеренными уровнями сигнала, где THD не превышает 0,0005% во всем спектре звуковых частот. ^{[ 16 ]} Высокие импедансы источника вносят дополнительный тепловой шум , но не влияют на КНИ инвертирующего усилителя. ^{[ 17 ]} Увеличение выходного уровня до 10 В не влияет на производительность на большей части звуковой частоты, за исключением октавы выше 10 кГц, где THD возрастает до 0,001%. ^{[ 17 ]} Для сравнения, классический микросхема µA741 может обеспечить номинальный КНИ 0,001% только на частотах ниже 100 Гц; выше отметки 100 Гц КНИ постоянно увеличивается, достигая 1% примерно на частоте 20 кГц. ^{[ 18 ]}

В неинвертирующей конфигурации (с последовательной обратной связью) с питанием от источника с низким импедансом 5532 демонстрирует легкие синфазные искажения . ^{[ 19 ]} Эта форма искажений наиболее заметна при единичном коэффициенте усиления, но даже там КНИ остается ниже 0,002%, пока импеданс источника не превышает 2 кОм. ^{[ 20 ]} Сообщается, что «оптимальная зона» составляет около 1 кОм импеданса источника, хотя это может зависеть от производителя. ^{[ 20 ]} При увеличении импеданса источника до 10 кОм и выше производительность 5532 радикально ухудшается. ^{[ 21 ]} В искажениях теперь преобладают компоненты, пропорциональные квадрату напряжения синфазного сигнала. ^{[ 21 ]} В худшем случае THD может превысить 0,02% на высоких частотах звукового диапазона. ^{[ 21 ]}

Шум

5532, как и все операционные усилители с биполярным входом, имеет значительную плотность шума по току и напряжению , обычно 5 нВ/Гц. ^1/2 и 0,7 пА/Гц ^1/2соответственно, на частоте 1 кГц. ^{[ 22 ]} Даже с учетом увеличения плотности шума на более низких частотах шум напряжения и шум тока в полосе пропускания звука 20 кГц не превышают 1 мкВ и 100 пА соответственно. Предполагается, что три компонента шума — шум дифференциального напряжения, относящийся к входам , инвертирующий входной ток и неинвертирующий входной ток — не коррелируют друг с другом. ^{[ 22 ]} В действительности некоторая корреляция есть, но ее влияние незначительно. ^{[ 22 ]}

Плотность тока и шума гораздо более дорогих OP27 и OP270 с биполярным входом, а также 5534 всего лишь примерно на 2–3 дБ ниже. ^{[ 22 ]} LM4562 имеет вдвое меньший шум напряжения, чем 5532, но более чем в два раза шум тока. ^{[ 22 ]} Входные устройства на полевых транзисторах имеют гораздо более высокую плотность шума по напряжению, но практически отсутствуют шумы по току. ^{[ 23 ]} Чрезвычайно малошумящий LT1028 номинально на 15 дБ тише, чем 5532, но в остальном плохо подходит для аудиоприложений. ^{[ 24 ]} Выбор «операционного усилителя с самым низким уровнем шума» в конечном итоге зависит от того, какая форма шума — шум напряжения или шум тока — наиболее критична в конкретном приложении. ^{[ 23 ]}

NE5534

Одиночный операционный усилитель 5534 схематически идентичен половине 5532, с незначительно отличающимися номиналами внутренних компенсационных конденсаторов. Однако разница достаточно велика, чтобы привести к декомпенсации усилителя. 5534 стабилен только при коэффициенте усиления замкнутого контура 3 и более. Скорость нарастания соответственно выше, обычно 13 В/мкс по сравнению с 9 В/мкс у 5532; Частота разделения с единичным усилением также выше и составляет около 30–50 МГц. ^{[ 25 ]} Полоса единичного усиления 10 МГц, как и у 5532, указана для полностью компенсированного усилителя (подразумевающего использование внешнего компенсационного конденсатора). Плотность входного шума немного ниже. В практических приложениях, особенно на больших профессиональных аудиоконсолях, эти преимущества были не так важны, как дополнительная сложность, поэтому одиночная 5534 не нашла такого большого применения, как двойная 5532. Третья микросхема в семействе, двойная некомпенсированная 5533, имеет давно снят с производства.

Для обеспечения стабильности единичного коэффициента усиления 5534 требует внешнего компенсационного конденсатора емкостью не менее 22 пФ для неинвертирующей схемы и 11 пФ или более для инвертирующей схемы. ^{[ 25 ]} Компенсация неизбежно снижает скорость нарастания напряжения, ухудшая реакцию на быстрые переходные процессы сигнала. Это не имеет значения в аудиооборудовании, где наихудшая теоретическая скорость нарастания напряжения при максимальном размахе выходного сигнала едва превышает 2 В/мкс. ^{[ 26 ]} В более требовательных приложениях стабильность и высокая скорость нарастания напряжения могут поддерживаться одновременно с помощью опережения-запаздывания RC-цепи между входами 5534. ^{[ 25 ]} Угловая частота сети опережения-запаздывания обычно выбирается на уровне около 3–5 МГц, что на одно десятилетие ниже частоты разделения с единичным коэффициентом усиления. ^{[ 27 ]} Штатный компенсационный конденсатор должен остаться, но его номинал можно смело уменьшить до 3 пФ при единичном коэффициенте усиления. ^{[ 27 ]}

Примечания

^ Сам 2010 , стр. 95, 115.
^ Электронный музыкант . Издательство «Полифония». 1993. с. 51.
^ Сам 2010 , с. 117.
^ Сам 2010 , стр. 121, 123.
^ «Справочник по профессиональному аудио» . 1034 . Проверено 8 августа 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сам 2010 , с. 120.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сам 2010 , с. 120–121.
^ Сам 2010 , стр. 99, 117, 119.
^ Сам 2010 , стр. 99, 119.
^ Сам 2010 , с. 99.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Сам 2010 , с. 119.
^ Signetics 1987 , с. 6.53.
^ Сам 2010 , стр. 117–118.
^ Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 525.
^ Сам 2010 , с. 119, 525.
^ Сам 2010 , с. 104.
^ Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 105.
^ Сам 2010 , с. 118.
^ Сам 2010 , с. 106.
^ Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 106–107.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сам 2010 , с. 107.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сам 2010 , с. 96.
^ Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 97.
^ Сам 2010 , с. 23.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сигнетика 1987 , с. 6.54.
^ Сам 2010 , с. 103.
^ Jump up to: ^а ^б Сигнетика 1987 , с. 6.55.

Ссылки

Сигнетика (1987). «SE/NE5532/553A. Двойной малошумящий операционный усилитель с внутренней компенсацией». В Гарри Хелмсе (ред.). Линейные ИС: Справочник 1987 г. (PDF) . Технипабы/Прентис Холл. ISBN 9780135369135 .
Селф, Дуглас (2010). Аудиопроектирование для малых сигналов . Ньюнес. ISBN 9780240521770 .
Селф, Дуглас . «Операционные усилители в аудиосистеме слабого сигнала. Часть 1: История операционных усилителей, свойства» . ЭТаймс . Аспенкор . Проверено 17 января 2021 г.
Селф, Дуглас . «Операционные усилители в аудиосистеме со слабым сигналом. Часть 2: Искажения в операционных усилителях с биполярным входом и входом JFET» . ЭТаймс . Аспенкор . Проверено 17 января 2021 г.
Селф, Дуглас . «Операционные усилители для аудиосистемы со слабым сигналом. Часть 3: Выбор подходящего операционного усилителя» . ЭТаймс . Аспенкор . Проверено 17 января 2021 г.

[FOOTNOTESelf201095,_115-1] Сам 2010 , стр. 95, 115.

[2] Электронный музыкант . Издательство «Полифония». 1993. с. 51.

[FOOTNOTESelf2010117-3] Сам 2010 , с. 117.

[FOOTNOTESelf2010121,_123-4] Сам 2010 , стр. 121, 123.

[5] «Справочник по профессиональному аудио» . 1034 . Проверено 8 августа 2024 г.

[FOOTNOTESelf2010120-6] Jump up to: ^а ^б ^с Сам 2010 , с. 120.

[FOOTNOTESelf2010120–121-7] Jump up to: ^а ^б ^с Сам 2010 , с. 120–121.

[FOOTNOTESelf201099,_117,_119-8] Сам 2010 , стр. 99, 117, 119.

[FOOTNOTESelf201099,_119-9] Сам 2010 , стр. 99, 119.

[FOOTNOTESelf201099-10] Сам 2010 , с. 99.

[FOOTNOTESelf2010119-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Сам 2010 , с. 119.

[FOOTNOTESignetics19876.53-12] Signetics 1987 , с. 6.53.

[FOOTNOTESelf2010117–118-13] Сам 2010 , стр. 117–118.

[FOOTNOTESelf2010525-14] Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 525.

[FOOTNOTESelf2010119,_525-15] Сам 2010 , с. 119, 525.

[FOOTNOTESelf2010104-16] Сам 2010 , с. 104.

[FOOTNOTESelf2010105-17] Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 105.

[FOOTNOTESelf2010118-18] Сам 2010 , с. 118.

[FOOTNOTESelf2010106-19] Сам 2010 , с. 106.

[FOOTNOTESelf2010106–107-20] Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 106–107.

[FOOTNOTESelf2010107-21] Jump up to: ^а ^б ^с Сам 2010 , с. 107.

[FOOTNOTESelf201096-22] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Сам 2010 , с. 96.

[FOOTNOTESelf201097-23] Jump up to: ^а ^б Сам 2010 , с. 97.

[FOOTNOTESelf201023-24] Сам 2010 , с. 23.

[FOOTNOTESignetics19876.54-25] Jump up to: ^а ^б ^с Сигнетика 1987 , с. 6.54.

[FOOTNOTESelf2010103-26] Сам 2010 , с. 103.

[FOOTNOTESignetics19876.55-27] Jump up to: ^а ^б Сигнетика 1987 , с. 6.55.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]