Configuración de la impedancia de salida de audio para protección de salida

Estoy construyendo un módulo para un sintetizador modular, según el estándar Eurorack . Por lo tanto, este es un módulo destinado a conectarse a otros módulos a través de cables de conexión.

Si bien la página estándar anterior no especifica una impedancia de salida para las salidas del módulo, parece que, en general, esto está en la región 100 Ω − 1 k Ω . La impedancia de entrada se especifica como 100 k Ω . Como mi etapa de salida final es un amplificador basado en opamp, necesito reducir específicamente la impedancia, ya que el propio amplificador operacional daría una impedancia de salida muy baja. Además, dado que el usuario puede conectar cualquier salida y entrada, debo esperar que la salida pueda tener un cortocircuito a cualquier voltaje en el rango de − 12 V a + 12 V (líneas de alimentación del sistema) por parte del usuario; por ejemplo, es posible que el usuario conecte dos salidas juntas, y aunque eso no hará nada significativo, los módulos no deberían dañarse.

En línea, puedo encontrar dos formas diferentes de hacer esto. El circuito de amplificador operacional obvio seguido de una resistencia:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

o poniendo la resistencia en el circuito de retroalimentación:

esquemático

simular este circuito

En ambos casos, R 3 establece la impedancia de salida.

La razón de esto último es que, dado que la retroalimentación se toma del nodo de salida real, la salida tiene una impedancia muy baja en condiciones normales, pero la resistencia, no obstante, evita que se extraiga demasiada corriente: si los rieles de alimentación están ± 12 V , entonces como máximo 24 V / R 3   = 24 metro A (por R 3 = 1 k Ω ) se puede dibujar antes de que el amplificador operacional se sature (aunque en la práctica, el TL07x se saturará antes, ya que no puede generar tanta corriente).

Así que hay dos preguntas relacionadas aquí

  1. ¿Se recomienda la última forma y es segura para mi módulo y cualquier otro módulo (diseñado razonablemente) al que pueda estar conectado? La razón por la que tengo dudas es que mirando módulos en la naturaleza, la primera forma parece ser mucho más común, por lo que creo que hay algún inconveniente del que no me doy cuenta. Por otro lado, solo una salida directa del amplificador operacional también parece ser bastante común ...
  2. En este último caso R 3 actúa realmente como un limitador de corriente, por lo que me inclino a usar una resistencia mucho mayor, digamos alrededor 10 k Ω , de modo que la corriente máxima la establezca la resistencia, no la capacidad de salida del amplificador operacional. ¿Es esto algo razonable de hacer?

Actualizar:

Para responder a la especificación faltante de Olin: los usuarios no asumirían que la mezcla pasiva al acortar las salidas funcionaría (y, de hecho, la impedancia de salida de otros módulos varía, por lo que no es confiable). Entonces, básicamente, cualquier comportamiento que no dañe los módulos es aceptable.

Por otro lado, dado que la salida de este módulo no se puede usar como voltaje de control de todos modos (debido a la naturaleza del módulo), una pequeña pérdida debido a la resistencia fuera del circuito realmente no importa mucho; para audio que es solo una pequeña caída en el volumen.

Finalmente, al leer este hilo , noté que un problema potencial con la última opción es que el amplificador operacional necesita controlar cualquier capacitancia de salida directamente. En general, los cables de conexión modulares son bastante cortos, pero también hay cables modulares del tamaño de una pared que pueden usar cables de conexión más largos.

Al final, creo que me inclino por la primera opción, principalmente para evitar cualquier problema con la capacitancia del cable, y dado que la desventaja (pequeña pérdida de señal) no es realmente importante. ¡Pero cualquier pensamiento o idea sigue siendo bienvenido!

Actualización 2:

La nota de la aplicación vinculada por JRE aclara aún más las cosas cuando se trata de cargas capacitivas: el segundo circuito en esta pregunta es el mismo que el último en la nota de la aplicación, excepto por el capacitor. C F en el lazo. La nota de la aplicación nos dice que esta configuración es buena para conducir una carga capacitiva, pero solo si la capacitancia de la carga C L es conocida.

Entonces, la conclusión de la actualización anterior aún se mantiene, el primer circuito es una mejor apuesta cuando no conocemos la carga.

Para agregar un punto a las respuestas a continuación: tenga cuidado de no usar el circuito 1 en el voltaje de control de 1V/octava del teclado. Cualquier error en esta señal causado por la carga dará como resultado un aplanamiento progresivo del tono a medida que avanza en el teclado.
Estoy bastante seguro de que el circuito 2 conducirá una carga capacitiva mejor que el circuito 1.
@JRE ¿puede elaborar un poco? El hilo Muffwiggler vinculado en la pregunta afirma exactamente lo contrario.
Debido a esto. Tiendo a confiar más en la información de Analog que en la de algunos tipos al azar en un foro llamado "Muffwiggler".
Tenga en cuenta las opciones para conducir una carga capacitiva con un amplificador operacional. Uno de ellos es un timbre muerto para su circuito 2.
@JRE: ¡Gracias, exactamente el tipo de referencia que estaba pidiendo! El último circuito es, de hecho, el mismo que mi circuito 2, excepto por la tapa. C F . Tenga en cuenta el texto a continuación: "También es importante tener en cuenta que C L debe ser de un valor conocido (y constante) para que esta técnica sea aplicable". En este caso, C L sería la capacitancia del cable + cualquier carga que presente el lado receptor, por lo que no se puede usar este método. Así que todavía me estoy apoyando en el circuito 1.
@JRE: por cierto, independientemente del nombre, el foro de Muffwiggler está razonablemente bien considerado en los círculos de audio/sintetizador, muchos de los fabricantes de módulos tienen su foro oficial alojado en Muffwiggler :) No quiero decir que no confiaría una nota de aplicación analógica (¡o los expertos bien establecidos aquí en SE!) más! De hecho, el último circuito en el AN se sugiere para la salida de sintetizador modular en el hilo Muffwiggler vinculado. Como dije anteriormente, según la lectura cuidadosa de AN, parece que el circuito en realidad no es adecuado para conducir cargas desconocidas...

Respuestas (4)

El circuito que desea depende de las especificaciones que no nos ha dicho. La pregunta importante es ¿qué se supone que sucede exactamente cuando un usuario conecta las salidas de dos de estas cosas juntas?

Si realmente no están destinados a conectarse entre sí, entonces la resistencia es solo para protección. En ese caso, su segundo circuito es mejor. Establece el valor de la resistencia para que no exceda la capacidad de corriente de salida del amplificador operacional en las peores condiciones.

Si se pretende unir varios módulos y se supone que debe obtener el resultado promedio, entonces necesita usar su primer circuito. Este sería el caso, por ejemplo, si está permitido dentro de las especificaciones conectar los canales izquierdo y derecho para obtener mono. En ese caso, la resistencia debe ser cualquiera que sea la impedancia de salida especificada de cada módulo. Si se supone que deben promediar en cortocircuito, entonces cada uno debe tener una impedancia definida y controlada. Esa impedancia debe ser especificada por el estándar.

Por ejemplo, si eligiera 1 kΩ y alguien más eligiera 10 kΩ, entonces conectar los dos módulos no generaría el promedio esperado. La señal resultante sería 10/11 partes de su módulo y 1/11 partes del otro módulo. Para que el esquema de promediación funcione, todas las impedancias deben ser iguales y, por lo tanto, acordarse con anticipación.

Nunca he visto un sintetizador modular que sea estéreo, pero podrían existir. Generalmente, las señales de sintetizador modular solo se combinan a través de un mezclador activo, nunca usando una red de resistencia pasiva. Uno de los mayores riesgos para esta salida es que se conectaría accidentalmente a otra salida. Esa otra salida podría ser CA (hasta tasas de audio) o CC con un posible rango de voltaje entre -10 y +10 y una impedancia de salida similar a esta salida. La salida también podría cortocircuitarse a tierra accidentalmente. La conexión accidental a una entrada de muy baja impedancia es poco probable, aunque tal vez sea posible.
Supongo que su segundo párrafo es la respuesta en este caso. Dos salidas de sintetizador modular no están diseñadas para conectarse juntas.
Agregué una actualización que aborda la especificación.
@Timo: Gracias por la actualización. Creo que tu conclusión es buena.

Los dos circuitos responden de manera diferente a una carga externa a GND. Usando un caso extremo para demostrar, suponga una resistencia de 1 K a GND como la carga. En el primer circuito, el voltaje del pin de salida opamp no cambia, la ganancia del circuito no cambia, pero el voltaje externo disminuye un 50%.

En el segundo circuito, ahora tiene un atenuador del 50% dentro del circuito de retroalimentación. Antes, el extremo derecho de R2 (68K) estaba conectado a una fuente de voltaje de cero ohmios. Ahora está conectado a un voltaje equivalente de Thevenin que es la mitad del voltaje de salida opamp, a través de una resistencia equivalente de 500 ohmios.

Entonces, el valor de la resistencia de retroalimentación es diferente, lo que cambia la ganancia del circuito, y el voltaje de retroalimentación es muy diferente, lo que realmente cambia la ganancia. El voltaje del pin de salida opamp se duplicará (aproximadamente) a medida que intenta cerrar el ciclo. El voltaje de salida externo no disminuirá mucho hasta que el opamp se sature. O algo así.

La carga prevista es más del orden de 100k Ohms, como se menciona en la pregunta.
Usé "un caso extremo" para que las diferencias fueran más fáciles de ver y discutir. Además, aunque la carga prevista es de 100 K, parte de la pregunta se refería a las conexiones no deseadas. R3 protege la salida en ambos circuitos, pero las salidas responden de manera muy diferente.
Ah, claro. No vi el "caso extremo". Diría que un caso más extremo por el que vale la pena preocuparse es el corto a tierra.
Con un corto a GND, a un opamp no le importará. El otro tendrá una saturación fuerte, pero no una sobrecorriente.
En realidad, un cortocircuito a tierra ocurrirá básicamente cada vez que se inserte un cable, ya que en Eurorack las conexiones están en miniconectores TS. La punta, que lleva la señal, hace un cortocircuito a tierra antes de hacer contacto con la señal en el conector cuando se inserta.

La mayoría de los amplificadores operacionales tienen cct corto incorporado. la protección ya que cuando usa comentarios negativos es el segundo método. Esta es la razón por la que los OA tienen un límite de corriente tan bajo.

La desventaja es que la carga del cable capacitivo Ic = CdV / dt requiere que calcule el voltaje de suministro y. Aquí para limitar para garantizar que el diseño evite una saturación o una limitación de la velocidad de giro. Por lo tanto, no es aconsejable elevar la unidad por encima de Zo del cable.

Haría el primero porque cargará el amplificador operacional de forma independiente cuando se suma a otro efecto/etapa cuando otros están conectados en paralelo. El efecto secundario adicional de proporcionar una carga en los cortos de salida (debido a la conexión de la salida en puntos de conexión) también es bienvenido. No me preocuparía la impedancia porque volverá a una entrada desequilibrada hi-z a menos de 3 metros.

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