Amplificateur audio à amplificateur opérationnel à alimentation unique

J'essaie de créer un amplificateur d'ampli op qui fonctionnerait à partir d'une seule alimentation 5V et serait capable d'amplifier le signal audio de -100mV à + 100mV à environ un pic-pic de 1V environ. Je suis tombé sur ce circuit de cet article , qui pourrait sembler fonctionner, mais j'ai du mal à calculer les valeurs réelles:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

De l'article, j'ai lu que R1 et R2 devraient être les mêmes et environ 42kOhm pour une alimentation 5V. R4 devrait être R3 + (0,5 * R1) et c'est tout ...

Alors, comment pourrais-je calculer le condensateur, les valeurs de résistance nécessaires pour un signal de fréquence variable avec une fréquence maximale d'environ 20 kHz et un gain d'environ 5?

Merci de m'aider!

ÉDITER:

Dans l'article, l'auteur a écrit par le symbole du sol: "* STAR GROUND". Est-il vraiment important de combiner toutes les transes au sol dans le schéma en un seul point, ou puis-je utiliser un plan de masse sur l'ensemble du circuit?

Vous sembliez avoir trouvé un circuit raisonnable sur Internet. J'ai entendu dire qu'il y avait quelque part.

Les équations que vous citez sont trop strictes. Au lieu de simplement vous dire les valeurs, il vaut mieux expliquer ce que fait chaque partie.

R1 et R2 sont un diviseur de tension pour faire la moitié de la tension d'alimentation. Ce sera la polarisation CC à laquelle opamp fonctionnera. Le filtre passe-bas C2 filtre la sortie de ce diviseur de tension. C'est pour écraser les défauts, l'ondulation de l'alimentation et autres bruits sur l'alimentation 5 V afin qu'ils ne se retrouvent pas dans votre signal. R3 n'est nécessaire que parce que C2 est là. Si R3 n'était pas là, C2 écraserait également votre signal d'entrée, pas seulement le bruit sur l'alimentation. En fin de compte, l'extrémité droite du R3 est destinée à fournir un signal d'alimentation 1/2 propre avec une impédance élevée. La haute impédance est telle qu'elle n'interfère pas avec le signal souhaité passant par C1.

C1 est un capuchon de blocage DC. Il dissocie le niveau DC à IN du niveau DC auquel l'ampli op est biaisé.

R4 et R5 forment un diviseur de tension entre la sortie et l'entrée négative. Il s'agit du chemin de rétroaction négatif et le gain global du circuit est l'inverse du gain du diviseur de tension. Vous voulez un gain de 10, donc le diviseur R4-R5 devrait avoir un gain de 1/10. C3 bloque DC afin que le diviseur ne fonctionne que sur votre signal AC, pas sur le point de polarisation DC. Le diviseur passera tous les DC, donc le gain DC de l'entrée + de l'ampli op à sa sortie sera de 1.

C4 est un autre capuchon de blocage CC, cette fois découplant le niveau de polarisation CC de l'ampli de la sortie. Avec les deux capuchons de blocage DC (C1, C4), l'amplificateur global fonctionne sur AC et quels que soient les biais DC sur IN et OUT, ils ne sont pas pertinents (dans la tension nominale de C1 et C4).

Maintenant pour certaines valeurs. Le MCP6022 est un opamp d'entrée CMOS, il a donc une impédance d'entrée très élevée. Même un MΩ est petit par rapport à son impédance d'entrée. L'autre chose à considérer est la plage de fréquences sur laquelle cet amplificateur doit fonctionner. Vous avez dit que le signal est audio, donc nous supposerons que tout ce qui est en dessous de 20 Hz ou au-dessus de 20 kHz est un signal qui ne vous intéresse pas. En fait, c'est une bonne idée d'écraser les fréquences indésirables.

R1 et R2 doivent seulement être égaux pour faire la moitié de la tension d'alimentation. Vous ne mentionnez aucune exigence particulière, comme le fonctionnement sur batterie où la minimisation du courant est d'une grande importance. Compte tenu de cela, je ferais R1 et R2 10 kΩ chacun, bien qu'il y ait une grande latitude ici. Si cela fonctionnait sur batterie, je les ferais probablement 100 kΩ chacun et je ne m'en sentirais pas mal. Avec R1 et R2 10 kΩ, l'impédance de sortie du diviseur est de 5 kΩ. Vous ne voulez pas vraiment de signal pertinent sur la sortie de ce diviseur, alors commençons par voir quelle capacité est nécessaire pour filtrer jusqu'à 20 Hz. 1,6 µF. La valeur commune de 2 µF serait très bien. Un plus haut fonctionne aussi, sauf que si vous allez trop haut, le temps de démarrage devient important à l'échelle humaine. Par exemple, 10 µF fonctionneraient pour bien filtrer le bruit. Il a une constante de temps de 500 ms avec une impédance de 5 kΩ,

R3 doit être plus grand que la sortie de R1-R2, qui est de 5 kΩ. Je choisirais au moins quelques 100 kΩ. L'impédance d'entrée de l'ampli-op est élevée, permet donc d'utiliser 1 MΩ.

C1 avec R3 forment un filtre passe-haut qui doit passer au moins 20 Hz. L'impédance vue en regardant l'extrémité droite de R3 est un peu plus de 1 MΩ. 20 Hz avec 1 MΩ nécessite 8 nF, donc 10 nF. C'est un endroit où vous ne voulez pas utiliser de capuchon en céramique, donc des valeurs inférieures sont très utiles. Un capuchon en mylar, par exemple, serait bien ici et 10 nF est dans la plage disponible.

Encore une fois, l'impédance globale du diviseur R4-R5 n'a pas beaucoup d'importance, permet donc de régler arbitrairement R4 à 100 kΩ et de calculer les autres valeurs à partir de là. R5 doit être R4 / 9 pour un gain d'amplificateur global de 10, donc 11 kΩ fonctionne. C3 et R5 forment un filtre qui doit descendre à 20 Hz ou moins. C3 doit être de 720 nF ou plus, donc 1 µF.

Notez un problème avec cette topologie. Côté fréquence, C3 agit avec R5, mais le niveau DC auquel C3 finira par se stabiliser est filtré par R4 + R5 et C3. Il s'agit d'un filtre à 1,4 Hz, ce qui signifie que ce circuit mettra quelques secondes à se stabiliser après la mise sous tension.

C4 forme un filtre passe-haut avec n'importe quelle impédance qui sera connectée à OUT. Comme vous ne le savez peut-être pas, vous voulez le rendre assez grand. Choisissons 10 µF car c'est facilement disponible. Cela décolle à 20 Hz avec 8 kΩ. Cet ampli fonctionnera donc comme spécifié tant que OUT n'est pas chargé avec moins de 8 kΩ.

Il n'est pas nécessaire de faire de R4 cette valeur particulière car il s'agit d'un ampli opérationnel CMOS (pas de correspondance des courants de polarisation d'entrée).

$\frac{1}{2\pi f_c R}$

Donc, si fc = 20Hz et R1, R2 = 39K. Faisons arbitrairement R3 100K. Alors C = 100nF est à peu près correct.

C2 dépend de ce qui est sur l'alimentation que vous essayez d'atténuer, mais disons 1 uF pour cela.

Choisissons R4 = 100K juste pour garder deux résistances identiques. R5 sera alors de 11K pour un gain de +10,1

Enfin, C3 peut être calculé à partir de R5 pour être d'environ 1 uF (en utilisant l'équation ci-dessus).

C'est ça!