El circuito del amplificador operacional tiene una ganancia más baja a bajas frecuencias

Question

Estoy tratando de diseñar un amplificador que amplifica el audio de nivel de línea a 5 V_pp, para que yo pueda tomar la muestra con un microcontrolador. Mi plan es hacerlo en dos pasos: amplificar la señal de 5 V_pp y, a continuación, agregue un 2,5 V offset. Estoy atascado en el primer paso.

Armé un simple amplificador inversor así:

Estoy usando el LM324N op-amp. Estoy alimentando con una fuente de alimentación de PC (-12 V para el ferrocarril negativo y 12 V para el positivo de ferrocarril). Suelo, en la foto en el circuito es de 0 V.

Estoy probando el programa de instalación con una onda sinusoidal (desde mi teléfono) como entrada. El amplificador funciona normalmente en las frecuencias más altas, pero la ganancia comienza a caer en alrededor de 300 Hz. A 20 Hz, la ganancia es básicamente 1. Por ejemplo:

1000 Hz:

40 Hz:

¿Qué estoy haciendo mal? Es este un comportamiento normal para esta op-amp? Como yo lo entiendo, op-amps inicio comporta de forma anormal en las frecuencias altas, no en los bajos. Algo está mal con mi entrada?

Answer 1

Si usted ignorar el condensador de entrada y mirar la impedancia de entrada en su op-amp circuito de la izquierda de la 200k de la resistencia, la impedancia de entrada es la 200k de resistencia. Esto es debido a que el amplificador operacional configurado como una tierra virtual de amplificador.

En otras palabras, hay 200k de carga de los condensadores y la 3db de paso alto punto de corte es cuando Xc = 200 ohmios (en magnitud). Esto equivale a: -

Frecuencia = \$\dfrac{1}{2\pi RC}\$ = 79.6 Hz

En otras palabras, por debajo de esta frecuencia el nivel de la señal que sale de tu amp cae en 6 dB por octava, por tanto, en torno a 40 Hz, la señal de salida será de unos 6 dB por debajo y a 20 hz la señal de salida será de 12 dB por debajo.

A 20 Hz, la ganancia es básicamente 1.

Midband ganancia es de unos 5 (1 Mohm / 200kohm) y esto, en términos de decibelios es de alrededor de 14 dB por lo tanto, a las 20 Hz hay una ganancia neta de alrededor de 2 dB (1.26:1 en los números reales). Asegúrese de C, de mayor valor.

Answer 2

El condensador de acoplamiento C1 de 10 nF es demasiado pequeño. Hizo un filtro de paso alto con una frecuencia de -3 dB de 1 / (2pi * RC) = 80 Hz, donde R es la resistencia de 200 ky C es el condensador de 10 nF.

Si haces C1 100 nF o más, el problema se resolverá.

Answer 3

La impedancia de un capacitor depende de la frecuencia: \$X_C=\frac{1}{2\pi f C}\$,
es decir, \$X_C\$ es alto para bajas frecuencias y bajo para altas frecuencias.
Para 1kHz \$X_{C1}\$ es 16k \$\Omega\$ (→ nivel superior),
para 41Hz \$X_{C1}\$ es 388k \$\Omega\$ (→ nivel inferior).

Reemplazar C1 por 10µF o más grande debería ayudar. La dependencia de frecuencia de \$X_C\$ seguirá ahí, pero no importará más porque \$X_C\$ será 1000 veces más pequeño y, en cualquier caso (para frecuencias de audio) mucho más pequeño que R1.