Небольшое руководство по выбору звукового усилителя и ЦАП

Chord Mojo

Цена: 35 000 рублей

Chord Mojo – девайс довольно крупный, так как внутри него стоит собственный аккумулятор. Эту особенность можно отнести одновременно и к плюсам, и к минусам. При работе усилитель не разряжает смартфон, однако если не следить за его зарядом, можно остаться без музыки в самый неожиданный момент.

Впрочем, автономность для устройства такого рода весьма приемлемая – 8-10 часов. Зарядка занимает около 5 часов. Другие функции включают в себя два выхода на наушники и подсветку кнопок громкости, которая информирует о качестве проигрываемого файла.

Свою начинку Mojo использует на полную. По сравнению со встроенной аудиосистемой iPhone, усилитель выдает более четкий звук. Если без Mojo в треке преобладают высокие и низкие частоты, то при подключении усилителя средние проявляются более отчетливо, мелодия тут же становится разнообразнее и сложнее.

Chord Mojo нельзя отнести к компактным аксессуарам, и возможно это не самый удобный вариант для прогулок: поскольку доступно только проводное подключение, вам придется придумать, как разложить смартфон и усилитель по карманам, чтобы провод не мешал двигаться.

Преимущества:

Мощное усиление.
Простые контроллеры.
Есть встроенный аккумулятор.

Недостатки:

Перед использованием нужно заряжать.
Большой и довольно громоздкий.
Нет Bluetooth.

Что такое ЦАП? Что он делает?

Звуки, которые мы постоянно слышим – дорожный шум, работающие инструменты, плачущий ребенок в транспорте – представляют собой акустические волны, которые распространяются в воздушной среде к нашим ушам в аналоговой ипостаси.

Аналоговые записи издавались на виниловых дисках и кассетах, однако нежелательный шум и ненадежность этих носителей стимулировали поиск новых форматов. Появление CD открыло дорогу для цифровой революции.

Цифровое аудио кардинально отличается от аналогового. Цифровые музыкальные файлы обычно создаются при помощи импульсно-кодовой модуляции (PCM) в процессе измерения амплитуды аналогового сигнала через равные интервалы времени.

Источники внешнего шума

Внешний шум включает любые типы внешних воздействий, таких как влияние внешних компонентов и помех, вызванных электрическими и электромагнитными полями. Помеха может представлять собой сигнал в виде коротких импульсов, ступенчатых скачков, синусоидальных колебаний или случайного шума. Источником помех может быть что угодно: работающие механизмы, линии электропитания, которые расположены поблизости, радиоприемники или радиопередатчики, компьютеры и даже схемы, входящие в состав того же оборудования, что и элемент, на который воздействует помеха (цифровые схемы или импульсные источники питания). Даже если можно было бы исключить все помехи путем грамотного проектирования и/или разводки печатной платы, то все равно останется случайный шум самого усилителя и компонентов его схемы.

Необходимо учитывать также шум от окружающих компонентов схемы. При температурах выше абсолютного нуля любое сопротивление представляет собой источник шума, который обусловлен тепловым движением носителей заряда и называется шумом Джонсона, или тепловым шумом. Этот шум возрастает при увеличении сопротивления, температуры и полосы частот. Шумовые напряжение и ток описываются выражениями:

где V_n — шумовое напряжение (В); k — постоянная Больцмана (1,38*10-23 Дж/К); T — температура в градусах Кельвина (K); B — ширина полосы в герцах (Гц); R — сопротивление в омах (Ом); I_n — шумовой ток в амперах (А).

Типовой шум, генерируемый резистором номиналом 1 кОм при комнатной температуре, составляет примерно 4 нВ√Гц. При проведении более глубокого анализа необходимо также учитывать и другие источники шума резистора, такие как шум контактов, дробовой шум и паразитные эффекты, присущие конкретному типу резистора. В статье мы ограничим возможные источники шума резистора только шумом Джонсона и будем считать, что шум резистора пропорционален квадратному корню его номинала.

Реактивные сопротивления не генерируют шум, однако протекающие через них шумовые токи приводят к появлению шумового напряжения, а также других паразитных эффектов.

Выходной шум схемы можно понизить, уменьшив суммарное сопротивление компонентов или ограничив ширину полосы схемы. Снижение температуры особого эффекта обычно не дает, если только вам не удастся очень сильно охладить резистор, поскольку мощность шума пропорциональна абсолютной температуре:

Все резисторы, входящие в состав схемы, генерируют шум, и его влияние всегда нужно учитывать. На практике ощутимый вклад в полный шум схемы, скорее всего, будут вносить только резисторы во входной цепи и в цепи обратной связи (обычно при больших коэффициентах усиления). При проведении анализа можно считать, что шум поступает от источника тока или от источника напряжения (в зависимости от того, какой из вариантов более удобен для конкретной схемы).

Выбор малошумящего операционного усилителя

Если сигнал на операционный усилитель поступает от резистивного источника, то эквивалентный шум будет равен корню из суммы квадратов:

шумового напряжения усилителя;
напряжения, генерируемого сопротивлением источника;
напряжения, вызываемого протеканием шумового тока усилителя через импеданс источника.

При очень малых сопротивлениях источника вклад шума, генерируемого сопротивлением источника, и шумового тока усилителя в суммарный шум незначителен. В данном случае шум на входе определяется, по существу, только шумовым напряжением операционного усилителя.

Если сопротивление источника велико, то шум Джонсона сопротивления источника может доминировать и над шумовым напряжением операционного усилителя, и над напряжением, вызванным шумовым током. При этом следует отметить, что, поскольку шум Джонсона пропорционален квадратному корню из сопротивления, а шумовое напряжение, обуславливаемое шумовым током, прямо пропорционально входному импедансу, при достаточно высоких значениях входного импеданса всегда будет преобладать шумовой ток усилителя. Если и шумовое напряжение, и шумовой ток усилителя достаточно велики, то вполне возможна ситуация, в которой шум Джонсона не будет вносить доминирующий вклад ни при каких значениях входного сопротивления.

Для выбора усилителя, у которого вклад собственного шума пренебрежимо мал по сравнению с сопротивлением источника, можно воспользоваться показателем качества операционного усилителя — R_{S OP}. Его можно найти, используя шумовые характеристики усилителя, по формуле:

где e_n — приведенное к входу шумовое напряжение; i_n — приведенный к входу шумовой ток.

Случай 1: в неинвертирующей схеме и усиление сигнала, и шумовое усиление равны 1+ R1/R2.

Случай 2: в инвертирующей схеме усиление сигнала равно —(R1/R2), но шумовое усиление по-прежнему равно 1 + R₁/R2

Для сравнения ряда высоковольтных (до 44 В) операционных усилителей компании Analog Devices на рис. 6 показаны значения плотности шумового напряжения и R_{S OP} на частоте 1 кГц. Диагональная линия отображает шум Джонсона, связанный с сопротивлением.

Аналогичные графики можно построить для выбранного значения частоты на основании данных из спецификаций на операционные усилители (табл. 1). Например, рассмотрим операционный усилитель AD8599. Это устройство на частоте 1 кГц имеет приведенное к входу шумовое напряжение, равное примерно 1,07 нВ/√Гц, и приведенный к входу шумовой ток, равный 2,3 п А/√Гц. Параметр RS, OP на частоте 1 кГц составляет порядка 465 Ом

Обратите внимание на следующие моменты:

Шум Джонсона для этого устройства эквивалентен шуму резистора с номиналом около 69,6 Ом (рис. 6).
При сопротивлении источника свыше 495 Ом шумовое напряжение, порождаемое шумовым током усилителя, превышает шумовое напряжение, создаваемое сопротивлением источника. В таких случаях шумовой ток усилителя становится доминирующим источником шума.

Рис. 6. Шумы операционных усилителей фирмы Analog Devices

Для практического применения графика (рис. 7) проделайте следующие шаги:

Как правило, значения сопротивления источников известны (например, это могут быть значения импеданса датчика). Если они неизвестны, определите их, исходя из компонентов соседних или предшествующих схем.
Отметьте точку на линии шума Джонсона, соответствующую сопротивлению данного источника (например, 1 кОм).
Проведите горизонтальную линию от точки, отмеченной на шаге 2, до правой границы графика.
Проведите наклонную линию вниз и влево от точки, отмеченной при шаге 2, понижая на одну декаду шумовое напряжение при уменьшении сопротивления на каждую декаду.

Рис. 7. Выбор операционного усилителя для применений, требующих низких шумов

Все усилители, показанные на рис. 6 ниже и справа от начерченных линий, являются малошумящими усилителями, подходящими для проектов, требующих низких шумов.

В случае, показанном на рис. 7, можно использовать усилители AD8597, AD8599, AD797, ADA4004-4, OP270, OP27/OP37, AD743/AD745 и OP184.

Возможно, вам также будет интересно

Резистивные мостовые тензодатчики широко применяются там, где нужно преобразовать физическую величину — такую, как давление, сила или вес, — в электрический сигнал. Этот электрический сигнал обычно довольно мал, поэтому его необходимо усилить, прежде чем подавать на вход АЦП измерительной системы. В данной статье говорится о новом интегральном инструментальном усилителе, обладающем малым уровнем дрейфа и многочисленными

Введение Одной из тенденций последних десятилетий является быстрое развитие цифровых электронных систем. Вместе с тем всегда необходимы средства, обеспечивающие их связь с внешним миром. Это аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Одной из важнейших сфер применения высокоскоростных АЦП с широким динамическим диапазоном являются телекоммуникационные и радиотехнические системы, где все чаще используются методы прямого преобразования сигналов в тракте высокой или промежуточной частоты без предварительного сдвига в основную

В предлагаемой статье приведен обзор всех групп USB-компонентов, которые производит компания Texas Instruments. Для каждого компонента из каждой группы приведены основные характеристики и области применения. Статья в большей степени носит справочно-обзорный характер, ориентирована на разработчиков аппаратуры и, прежде всего, призвана упростить процесс выбора USB-компонентов под конкретные задачи и цели.