単電源オペアンプオーディオアンプ

単一の5V電源で動作し、-100mVから+ 100mVのオーディオ信号を1Vピークピーク程度まで増幅できるオペアンプアンプを作成しようとしています。私はこの記事からこの回路に出くわしましたが、うまくいくように見えますが、実際の値の計算に問題があります：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

記事から私は、R1とR2は両方とも同じで、5V電源の場合は約42kΩであるべきだと読んだ。R4はR3 +（0.5 * R1）である必要があり、それについては...

それでは、最大周波数が約20kHzでゲインが約5の可変周波数信号に必要なコンデンサ、抵抗値を実際に計算するにはどうすればよいでしょうか？

助けてくれてありがとう！

編集：

著者は、地上のシンボル「* STAR GROUND」によって執筆しました。回路図のすべてのグランドトランスを1つのポイントに結合することは本当に重要ですか、それとも回路全体でグランドプレーンを使用できますか？

あなたは実際にインターネット上で妥当な回路を見つけたようです。どこかにあると聞いた。

あなたが引用する方程式は過度に厳密です。値を単に伝えるのではなく、各部分が何をするのかを説明する方が良いでしょう。

R1とR2は、供給電圧を1/2にする分圧器です。これは、オペアンプが動作するDCバイアスになります。C2ローパスは、その分圧器の出力をフィルタリングします。これは、5 V電源のグリッチ、電源リップル、およびその他のノイズを押しつぶして、信号に混入しないようにするためです。R3は、C2が存在するためにのみ必要です。R3がない場合、C2は電源のノイズだけでなく、入力信号も押しつぶします。最終的に、R3の右端は、高インピーダンスでクリーンな1/2電源信号を提供することを目的としています。高インピーダンスは、C1を介して着信する目的の信号に干渉しないようにするためです。

C1はDCブロッキングキャップです。INのDCレベルを、オペアンプがバイアスされているDCレベルから切り離します。

R4とR5は、出力から負入力に戻る分圧器を形成します。これは負のフィードバックパスであり、回路全体のゲインは分圧器のゲインの逆数です。10のゲインが必要なため、R4-R5分周器のゲインは1/10になります。C3はDCをブロックするため、DCバイアスポイントではなく、AC信号に対してのみ分周器が機能します。分周器はすべてのDCを通過させるため、オペアンプの+入力からその出力までのDCゲインは1になります。

C4はもう1つのDCブロッキングキャップで、今回はオペアンプのDCバイアスレベルを出力から切り離します。2つのDCブロッキングキャップ（C1、C4）を使用すると、アンプ全体がACで動作し、INおよびOUTでのDCバイアスは関係ありません（C1およびC4の電圧定格内）。

いくつかの値について説明します。MCP6022はCMOS入力オペアンプであるため、非常に高い入力インピーダンスを備えています。MΩでさえ、その入力インピーダンスに比べて小さいです。考慮すべきもう1つのことは、このアンプで機能させる周波数の範囲です。信号は音声であるとおっしゃいましたので、20 Hz未満または20 kHzを超える信号は気にしないと想定します。実際、不要な周波数を押しつぶすことをお勧めします。

R1とR2を等しくすれば、電源電圧を1/2にすることができます。電流の最小化が非常に重要であるバッテリー動作のような特別な要件については言及していません。そのため、ここには大きな余裕がありますが、R1とR2をそれぞれ10kΩにします。これがバッテリー駆動であれば、おそらくそれらをそれぞれ100kΩにし、それについて悪く感じないでしょう。R1とR2が10kΩの場合、分周器の出力インピーダンスは5kΩです。その分周器の出力に実際に関連する信号は必要ないので、20 Hzまでフィルタリングするために必要な容量を確認することから始めましょう。1.6 µF。2 µFの一般的な値で十分です。Higherも機能しますが、高すぎると起動時間が人間のスケールでかなり長くなります。たとえば、10 µFでノイズをうまくフィルタリングできます。インピーダンスが5kΩの時定数は500 msです。

R3は、R1-R2の出力（5kΩ）よりも大きくする必要があります。少なくとも数100kΩを選択します。オペアンプの入力インピーダンスが高いため、1MΩを使用します。

C1とR3は、少なくとも20 Hzを通過させる必要があるハイパスフィルターを形成します。R3の右端から見たインピーダンスは1MΩを少し超えています。1MΩで20 Hzには8 nFが必要なので、10 nFです。これは、セラミックキャップを使用したくない場所なので、値を小さくすると非常に便利です。たとえば、ここではマイラーキャップが適切で、10 nFは使用可能な範囲内です。

繰り返しますが、R4-R5分周器の全体的なインピーダンスはそれほど重要ではないため、R4を100kΩに任意に設定し、そこから他の値を算出します。アンプ全体のゲインを10にするには、R5をR4 / 9にする必要があるため、11kΩが有効です。C3とR5は、20 Hz以下でロールオフする必要があるフィルターを形成します。C3は720 nF以上である必要があるため、1 µFです。

このトポロジの1つの問題に注意してください。周波数的には、C3はR5とともに動作しますが、C3が最終的に安定化するDCレベルはR4 + R5およびC3によってフィルタリングされます。これは1.4 Hzのフィルターです。つまり、この回路は電源が投入されてから安定するまでに数秒かかります。

C4は、OUTに接続されるインピーダンスに関係なく、ハイパスフィルターを形成します。あなたが知らないかもしれないので、あなたはそれを適度に大きくしたいと思う。すぐに入手できるので、10 µFを選択しましょう。8kΩで20 Hzでロールオフします。したがって、OUTに8kΩ未満の負荷がかかっていない限り、このアンプは仕様どおりに機能します。

これはCMOSオペアンプであるため、R4を特定の値にする必要はありません（入力バイアス電流のマッチングはありません）。

コンデンサの値は、目的の低いコーナー周波数によって決まります。C =$\frac{1}{2\pi f_c R}$

fc = 20Hz、R1、R2 = 39Kの場合。R3 100Kを勝手に作りましょう。その場合、C = 100nFはほぼ正しいです。

C2は、減衰しようとしている電源に依存しますが、そのために1uFとしましょう。

2つの抵抗を同じに保つために、R4 = 100Kを選択しましょう。R5は+10.1のゲインで11Kになります

最後に、C3はR5から約1uFになるように計算できます（上記の式を使用）。

それでおしまい！