Jump to content

Wzmacniacze operacyjne – mały poradnik


Recommended Posts

Wstęp

Artykuł został napisany dla zaczynających zabawę z OPA, aby ułatwiać przebrnięcie przez gąszcz specyficznego żargonu elektronicznego związanego z poruszaną tematyką. Myślę, że będzie przydatny również dla tych bardziej zaawansowanych pasjonatów. Każdy znajdzie tutaj coś dla siebie lub zwróci uwagę na coś, co do tej pory było z pozoru nieistotne lub po prostu mu nieznane.
A co dalej?
Dalej czytelniku musisz radzić sobie sam, bowiem jest to początek długiej, mozolnej, ale mimo wszystko wspaniałej przygody z OPAMPami.

 

Definicja, pochodzenie OPAMPów

Nazwa z języka angielskiego to operational amplifier (używane skróty: OA, OPA, op-amp, apamp, opa, amp, ampli, itd.).
Wzmacniaczem operacyjnym nazywamy wielostopniowy, różnicowy, wzmacniacz prądu stałego o dużym wzmocnieniu, pracujący z zewnętrznym układem silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego. Co powoduje:
+ lepszą stałość pracy,
+ zwiększony zakres dynamiki,
+ poprawę liniowości,
+ poszerzenie pasma przenoszenia wzmacniacza.
Innymi słowy są to miniaturowe końcówki mocy używane do wzmacniania sygnałów audio.

Skąd nazwa „wzmacniacz operacyjny”?
Trzeba cofnąć się w czasie o ponad 70 lat…

W czasie II wojny światowej naukowcy usilnie szukali różnych nowych sposobów obliczeń. Potrzebne to było nie tylko w raczkującej wtedy fizyce nuklearnej, ale też na przykład do obliczania, badania i symulowania innych zjawisk, przede wszystkim lotu pocisków i rakiet. Powstawały najprawdziwsze komputery analogowe. Kluczowymi „cegiełkami” takich analogowych komputerów były specyficzne wzmacniacze (oczywiście lampowe) i właśnie one, po dodaniu odpowiednich zewnętrznych obwodów sprzężenia zwrotnego, wykonywały wspomniane operacje matematyczne.

W latach 40. przyjęła się ich nazwa – wzmacniacze operacyjne. Były to duże urządzenia, zawierające kilka czy kilkanaście lamp elektronowych, pobierały one wielkie ilości energii. Po pewnym czasie stworzono tranzystorowe wzmacniacze operacyjne, budowane z pojedynczych elementów. Punktem zwrotnym było zbudowanie w 1967 roku znanego do dziś monolitycznego wzmacniacza operacyjnego o oznaczeniu µA741 (w skrócie 741). Kostka 741 okazała się istną rewelacją. I to nie tylko pod koniec lat 60., ale o wiele dłużej. Dziś na rynku można spotkać mnóstwo tego typu układów scalonych wielu firm.

Skąd taka niesamowita popularność OPAMPów?
Komputerów analogowych już nie ma, okazało się jednak, że zakres zastosowań wspomnianych wzmacniaczy jest ogromny. W elektronice cyfrowej no i w audio-elektronice. Tu podstawową cegiełką jest dziś wzmacniacz operacyjny, a nie pojedynczy tranzystor. Jak się okazuje, ta straszna nazwa „operacyjny” jest dzisiaj mocno myląca – wzmacniacze operacyjne nie są wcale używane do rozwiązywania równań różniczkowych drugiego rzędu, tylko do wykonywania: wszelkich wzmacniaczy, generatorów, filtrów, regulatorów i wielu innych pożytecznych układów. Przetwarzają napięcia stałe i zmienne. W zasadzie należałoby poszukać lepszej nazwy, tymczasem obowiązuje stara nomenklatura.

 

OPAMPy – spory i kontrowersje w świecie audio

„Audiofile” w odróżnieniu od inżynierów, znają tylko niektóre zależności panujące w układach elektronicznych i raczej nie potrafią liczyć, więc mogą wychwalać znaczenie jednego parametru, zapominając o dziesięciu innych, oprócz tego wolą dyskutować o brzmieniu, czym ucinają wszelkie dyskusje z profesjonalistami, bo co z tego, że zasilacz da gorzej odfiltrowywane napięcie, jeśli lepiej brzmi?

Czy ważniejsze jest przysłowiowe „szkiełko i oko” (w tym wypadku oscyloskop, napięcia, natężenia, programy testowe, konkretne parametry, itd.) czy też ważniejsze są czyste uczucia i odczucia, gdzie op-amp jest jak przyprawa ostatecznie komponująca nam wykwintne „danie” muzyczne?
Nie odpowiem tutaj na to pytanie. Jednak uważam, że trzeba racjonalnie podchodzić do op-amp’ów i ich użycia.

– dla tych, co lubią bardziej „szkiełko i oko”
Najważniejszymi parametrami OPA ze względu na jakość dźwięku są:

  • PRZEPUSTOWOŚĆ – przy częstotliwości bliskiej granicznej, zniekształcenie wprowadzane przez wzmacniacz są duże. Im bliżej częstotliwości granicznej do częstotliwości słyszalnej tym zniekształcenie w pasmie wysokich tonów będą wyższe.
  • SZYBKOŚĆ NARASTANIA – mała szybkość narastania sygnału powoduje wzrost zniekształceń szczególnie przy wysokich poziomach sygnału. Im więcej tym lepiej.
  • CZAS STABILIZACJI – duże opóźnienie stabilizacji sygnału powoduje powstawanie szorstkości i zniekształceń w brzmieniu wysokich tonów.

To znaczy nie robić overkill’ów w stylu karta dźwiękowa za 100 zł, a op-amp za 300zł. To przesada. Z drugiej strony, jeśli ktoś zamierza kupić OPA Burson, aby w dalszej perspektywie bawić się op-amp’ami, testować tak półprofesjonalnie-amatorsko, to czemu nie? W innym wypadku, jeśli to będzie jednorazowa przygoda, to sensu nie ma, ponieważ „wąskim gardłem” może być tutaj sama karta dźwiękowa i lepiej poprzestać na OPA scalonych w kwocie do 30zł.
Jak widać, powyższe stwierdzenia są mierzalne, wręcz laboratoryjne, ale nie traktowałbym je jako definitywne ustalenia, lecz jako element w całości.

– dla tych, co kierują się uczuciami
Dźwięk, a przede wszystkim odsłuch muzyczny, to sprawa bardzo subiektywna i indywidualna. Może tak się zdarzyć, że naszemu znajomemu ten sam OPA się podoba, a nam nie, Albo odwrotnie. To normalne i w jednym i drugim przypadku, obaj będziecie mieli rację. Pamiętajmy, że ten sam OPA załadowany do innego sprzętu może grać inaczej, to też normalne. Otoczenie OPA się zmieniło i po prostu on sam gra inaczej. Do tego można dodać różny sprzęt do słuchania: słuchawki, głośniki, itd., itd. Ba! nawet odtwarzacz plików dźwiękowych w komputerze np. Foobar2000 może wnieść korektę. Jak widać elementów zmiennych na ostateczny efekt jest dużo. Trzeba pamiętać, że wszystkie nasze jak i innych opinie są aż/tylko w 100% subiektywne. Dlatego nie bagatelizowałbym  odczuć, ale też nie traktowałbym ich jako definitywnych sądów, lecz jako aspekt przypisany do całości.

W związku z powyższym można postawić pytanie: czy są jakieś OPA „pewniaki”?
Zapewne tak, jednak takie informacje trzeba zawsze brać z pokorą i lekkim dystansem.

Oto „pewniaki” na 80%:
– seria OPA scalonych MUSES (01, 02, 8820,8920)
– OPA dyskretne marki Burson,
– OPA301.
Możne je kupować „w ciemno”, a efekt grania w dużym procencie będzie zgodny z tym co przeczyta się w internecie lub innych artykułach.

Na pewno nie „ocieplają” brzmienia:
– MUSES8920
– MUSES01
– AD797AR lub AD797BR
– OPA1611, OPA1612
– OPA627, OPA637
– OPA111, OPA2111

Oprócz tych powyżej, ciekawe do wypróbowania są (innymi słowy „te OPA trzeba mieć w swojej kolekcji”):
– AD712
– OPA1642
– NE5532
– LT1028
– AD825
– OPA2132
– LME49720
– LME49990

Co do innych, to trzeba samemu ocenić lub zdać się na MÓJ RANKING OPAMPów (pamietając o tym, że aplikowałem OPA do Lehmann klona).

No dobra, a co jeśli całkiem wyciągniemy OPA ze wzmacniacza, to co się stanie? Bez op-amp’a wzmacniacz albo grać nie będzie, albo będzie pisk, albo będzie grać bardzo cicho.

Na koniec konkluzja: nie ma co oczekiwać po OP-AMP’ie za 4 zł wielkiej (oczekiwanej) poprawy. Niestety za realną zmianą kryją się realne pieniądze, wiele prób i błędów, wypaczeń i odchyleń.

 

Oznaczenie numerów PIN w OP-AMP’ach

Ze względu na ilość wyprowadzeń (nóżek) wyróżniamy układy z 4 i więcej nóżkami (pinami).
Nas interesują OPA audio. Najczęściej są to OŚMIO-PINOWE scalaki. Są z większą ilością nóżek, ale to scalaki zaprojektowane do innych zastosowań: TV kablowa, wideo lub inne, a później zaadaptowane do audio na zasadzie prób i błędów (np.: LH0032CG).

charts2-1.jpg

 

Oznaczenie numerów PIN w popularnych OP-AMP’ach audio

DIP8, DIL8, SOIC8
Piny nóżek są numerowane w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (w lewo) poczynając od pierwszego pinu. Pinem nr 1 jest zawsze pierwszy od góry w lewym rzędzie.
W OPA, stoliki systemów DIP8, DIL8, SOP8 znacznik wskazuje zawsze pin nr 1. W przypadku dodatkowych podstawek DIP8 zawsze szukamy charakterystycznego, półokrągłego wcięcia w podstawce. Dzięki temu łatwo odnaleźć pin nr 1.

charts3-4a.jpg

 

TO-99
Piny nóżek są numerowane w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara (w lewo) poczynając od pierwszego pinu, którym jest pierwszy górny po lewej.
UWAGA! W TO-99 znacznik wskazuje zawsze pin nr 8.

charts3-4b.jpg

 

PODSTAWKA DIP8
Zawsze szukamy charakterystycznego, półokrągłego wcięcia w podstawce. Dzięki temu łatwo odnaleźć pin nr 1.

charts3-4c.jpg

 

Przykładowe oznaczenia numerów PIN w OPA dyskretnych

DISCRETE OP AMP SS3602
producent: SPARKO LABS WESTMINSTER.CO, USA
Pin nr 1 oznaczony cyfrą oraz charakterystycznym „L” z cyny lutowniczej.

3-5-1.jpg

 

LF03D
producent: SIVASANKAR CHANDER, Indie
Tutaj widać tył op-amp’a, dlatego zostały wskazane piny 4 i 8.

3-5-2.jpg

 

OPA301
producent: OKSANG JIN, Korea Południowa
Pin nr 1 oznaczony jest białą kropką oraz charakterystycznym ścięciem płytki krzemowej.

3-5-3.jpg

 

OPA BURSON IV GENERACJI
producent: BURSON AUDIO, Australia
Pin nr 1 oznaczony jest białym prostokątem.

3-5-4.jpg

 

OPA-2
prodycent: DIY AUDIO WORKSHOP, Hong Kong, Chiny
Pin nr 1 oznaczony jest białą kropką.

3-5-5.jpg

 

SONIC IMAGERY LABS 994
producent: SONIC IMAGERY LABS, USA
Pin nr 1 oznaczony jest namalowanym wcięciem oraz odpowiednim kierunkiem wlutowanej podstawki DIP8.

3-5-6.jpg

 

DEXA-7372
producent: DEXA TECHNOLOGIES, Dania
Najgorzej oznaczony pin nr 1 w op-amp’ach! Trzeba bardzo uważać i zerknąć z góry pomiędzy dwie krzemowe płytki – na dolną płytkę. Dopiero wtedy zobaczymy słabo namalowany symbol, oznaczający pin nr 1. Zgroza, przez to niefachowe oznaczenie spaliłem OPA.

3-5-7.jpg

 

OPAMPy ze względu na zewnętrzne cechy (kształt i uszykowanie nóżek)

charts3-1.jpg

 

Główne typy obecnie stosowanych OPAMPów

3-6-1.jpg

TO-99 (ang. Transistor Can Packages).
Typ obudowy z metalowej puszki w kształcie czapki. Styki w TO-99 są wyprowadzone denkiem puszki w postaci ośmiu pinów rozlokowanych na okręgu o średnicy ok. 5,08mm.
TO-99 jest urządzeniem do montażu przewlekanego. Metalowa puszka może być dodatkowo wyposażona w radiator, który nie potrzebuje dodatkowego spoiwa, kleju, taśmy dwustronnej, itd. Trzyma się na wcisk i w łatwy sposób można go zdemontować. Ponieważ system TO-99 dobrze chłodzi układ scalony, najczęściej wykorzystuje się go w zastosowaniach militarnych, a przynajmniej profesjonalnych.
System TO-99 jest podobny do systemu TO-78 oraz TO-77. System TO-99 jest dość powszechny, wykorzystywany jest między innymi w takich układach jak: LF156, LF198, LF256, LF298, LF356, LF398, LM101, LM111, LM118, LM1558, LM158, LM193, LM3012N2060, 2N5793, 2N5794 i wiele innych. Stosunkowo łatwo producent może przenieść układ scalony z systemu TO-99 na inne, np. DIP8, SOIC8.

 

3-6-2.jpg 3-6-3.jpg

DIP (ang. Dual In-Line Package) lub DIL (Dual In Line).
W elektronice rodzaj obudowy elementów elektronicznych, głównie układów scalonych o małej i średniej skali integracji, a także elementów takich jak transoptory, optotriaki. Wyprowadzenia tych elementów umieszczone są w równej linii na dwóch dłuższych bokach prostokątnej obudowy.

 

3-6-4.jpg

SOIC (ang. Small Outline Integrated Circuit) lub SO (Small Outline) lub IC (Integrated Circuit).
SOIC jest to układ scalony do montażu powierzchniowego. SOIC zajmuje powierzchnię około 30%-50% mniejszą i jest o 70% niższy jak identyczny układ w postaci DIP. Oszczędność miejsca oczywista. Układ wyprowadzonych styków jest taki sam jak DIP.
Nomenklatura nakazuje nazywać układy wg wzoru: SOIC lub SO następnie liczba pinów. Na przykład: 14-pin 4011 to SOIC-14 lub SO-14.

 

W jakiej obudowie wybrać OPAMPa? W TO-99, CERDIP8 czy PDIP8?
Przykładem niech będzie OP-AMP LME49720, ponieważ występuje jednocześnie w kilku wersjach opakowania. Wewnątrz każdej wersji LME49720 układ scalony na krzemie będzie dokładnie taki sam. Na pierwszy rzut oka stary typ obudowy, czyli TO-99 nie ma już racji bytu. Jednak są powody, dla których jest nadal stosowany. Najważniejszym jest to, że stalowa obudowa typu TO-99 dość dobrze tłumi zakłócenia EMI. Gorzej radzą sobie z EMIa obudowy ceramiczne lub ceramiczno-stalowych, a na ostatnim miejscu są obudowy plastikowe. Obudowy plastikowe mają jeszcze jeden minus. Ponieważ są tworzone przez ściśnięcie granulek z tworzywa sztucznego wokół układu scalonego – to powoduje miejscowy nacisk obudowy na krzem. W wyniku tego naprężenia zmieniają się nieznacznie cechy układu scalonego, są to zmiany mikroskopijne, ale są.

Czy możemy zdiagnozować te wszystkie różnice?
Tak, testami na zaawansowanym sprzęcie laboratoryjnym.

A czy odsłuchowo będzie słyszalna różnica?
Może się zdarzyć, że będzie słyszalna. Ale może być też tak, że w odsłuchu TO-99, CERDIP jak i PDIP różnica będzie na granicy błędu testowego.

Więc co wybrać?
Ostateczny wybór OPA, pod względemu obudowy, będzie zależał od warunków pracy OPA (na przykład od temperatury) lub po prostu od preferencji i upodobań audiomaniaka, ale nie dźwiękowych lecz estetycznych.

 

Schematy techniczne OPAMPów

3-7-1.jpg

DIL-8 (piny, nóżki typu GOLDPIN)

 

3-7-2.jpg

DIP-8 (piny, nóżki typu GOLDPIN PRECYZYJNE)

 

3-7-3.jpg

TO-99

 

3-7-4.jpg

DIP-8 (plastikowy)

 

3-7-5.jpg

DIP-8 (ceramiczny)

 

3-7-6.jpg

DIP-8 (ceramiczny-stalowy)

 

3-7-7.jpg

SOIC-8 (plastikowy)

 

3-7-8.jpg

TO-99 (gniazdo)

 

3-7-9.jpg

DIL-8 (gniazdo)

 

3-7-10.jpg

DIP-8 (gniazdo)

 

3-7-11.jpg

SOIC-8 (gniazdo)

 

OPAMPy ze względu na budowę wewnętrzną

charts3-3.jpg

W audio interesują nas w zasadzie tylko OPA pojedyncze (single) i podwójne (dual).

UWAGA! OPA single i dual wyglądają identycznie, ale przepływ prądu przez nóżki jest inny w single i inny w dual. Jest to spowodowane innym podłączeniem nóżek wewnątrz układu.

NIE WOLNO WYMIENIĆ OPA SINGLE NA OPA DUAL I ODWROTNIE!

Zła wymiana uszkodzi scalaka, a w najgorszym wypadku uszkodzi się całe audio, do którego aplikujemy złego OPA. Podobnie jest z aplikacją OPA do gniazda. Nie wolno wkładać OPA odwrotnie, ponieważ scalak spali się. Oczywiście nie będzie to spektakularny płomień, ale smród będzie dość duży, niestety raz mi się to przytrafiło – AD797 poszedł z dymem. Ale co tam! jeśli mimo tych wszystkich przeszkód można stosunkowo niewielkim kosztem podnieść walory dźwiękowe swojego audio to, czemu by nie spróbować?

Co zrobić, jeśli mamy kartę dźwiękową na OPA dual, a posiadamy OPA typu single i bardzo chcielibyśmy je wypróbować?
Rozwiązaniem jest użycie specjalnego adaptera (stolika). Łączymy nim dwa OPA single w jeden dual i aplikujemy do sprzętu. Ta kwestia to już materiał na osobny artykuł, ewentualnie suplement do niniejszego.

 

OPAMPy ze względu na technologię produkcji

charts3-2.jpg

OPA DYSKRETNY
to układ elektroniczny zbudowany z pojedynczych (czyli inaczej dyskretnych, bo w języku angielskim dyskretny właśnie oznacza pojedynczy, odseparowany, nie będący całością, monolitem) elementów elektronicznych przewlekanych lub/oraz smd, takich jak rezystory, kondensatory, diody, tranzystory itd.
Te pojedyncze (lub inaczej dyskretne elementy) muszą być ze sobą połączone. Zwykle korzysta się z płytki drukowanej**
lub z innych możliwości.
Sposób ten zwiększa koszty: płytka, dobór, lutowanie, montaż i testowanie wszystkich elementów.
Dyskretne komponenty są większe, przenoszą wyższe napięcia i są mniej podatne na zakłócenia elektryczne   niepożądane fale, przebicia, szumy, itd.

(**) PCB – Obwód drukowany (ang. Printed Circuit Board, PCB) – płytka z materiału izolacyjnego z połączeniami elektrycznymi (tzw. ścieżkami) i punktami lutowniczymi (tzw. padami od ang. pad), przeznaczona do montażu podzespołów elektronicznych. Płytki obwodów drukowanych projektowane są pod kątem budowanego układu elektronicznego i wykonywane są techniką trawienia. PCB wytwarza się z płytek pokrytych warstwą miedzi, na które różnymi technikami nanoszony (drukowany) jest wzór ścieżek, a następnie, celem otrzymania pożądanego wzoru, wykonuje się obróbkę chemiczną

Zalety:
+ proces projektowania nie wymaga odpowiedniego zaplecza technologicznego (można zrobić projekt w garażu),
+ mało odpadów produkcyjnych,
+ są projektowane pod kątem audio,
+ możliwość rygorystycznego doboru pojedynczych komponentów OPA (potencjalna wysoka jakość materiałów),
+ markowe serie produkcyjne trzymają zawsze wysoki poziom wykonania (za wyjątkiem niektórych wynalazków z Chin),
+ są minimalnie wrażliwe na elektromagnetyczne zakłócenia(Elektromagnetic Interference EMI),
+ świetnie odprowadzają ciepło bez dodatkowych radiatorów.

Wady:
– drogie,
– trudniejsza aplikacja (mogą być problemy z niską obudową lub wszędzie tam gdzie jest mało miejsca) ewentualna kłopotliwa aplikacja będzie wymagać zastosowania dodatkowego extendera,
– trudniejsze do przenoszenia (wysyłka, pakowanie, itd. będą wymagać szczególnego zabezpieczenia elektroniki przed uszkodzeniem mechanicznym).

 

OPA SCALONY
to mikrominiaturowy układ elektroniczny (mikroukład), w którym wszystkie elementy lub ich część
(wraz z połączeniami) są wytworzone w jednym cyklu technologicznym wewnątrz lub na powierzchni wspólnego podłoża i stanowią nierozdzielną całość.
Powodem, dla których układy scalone są powszechniejsze od dyskretnych są po prostu koszty.
Układy scalone są łatwiejsze w produkcji i przez to tańsze od dyskretnych.

Zalety:
+ tanie,
+ produkcja na masową skalę (łatwy proces produkcyjny na masową skalę),
+ łatwe do aplikacji (pasują do niskiej obudowy lub wszędzie tam gdzie jest mało miejsca),
+ łatwe do przenoszenia (wysyłka, pakowanie, itd.).

Wady:
– proces projektowania wymaga odpowiedniego zaplecza technologicznego (laboratorium techniczne),
– przeważnie nie są projektowane pod kątem audio,
– nierówne jakościowo serie produkcyjne lub serie producentów tych samych OPA (przykład NE5532),
– dużo odpadów produkcyjnych,
– mogą powodować spadek jakości sygnału***,
– wrażliwe na elektromagnetyczne zakłócenia (Elektromagnetic Interference EMI)  (za wyjątkiem OPA w TO-99),
– gorzej odprowadzają ciepło (ewentualne chłodzenie będzie wymagać zakupu dodatkowego radiatora, ale pozostanie problem jego mocowania na OPA).

(***) W układach zintegrowanych wszystkie elementy na cześć krzemowej tworzone są za pomocą kropelek chemikaliów. Ten proces produkcyjny nie jest w stanie stworzyć elementów wysokiej jakości, takich jak rezystory metalizowane o tolerancji 1% lub kondensatorów Silver Mica. Jeśli wszystkie elementy są połączone, nie mogą być indywidualnie testowane i parowane. W zintegrowanym układzie warstwą przewodząca, która łączy wszystkie elementy uformowana jest z aluminiowych oparów. Użycie tak niskiej klasy przewodnika ma destrukcyjne efekty na sygnał audio. Podczas produkcji tranzystorów dyskretnych ma miejsce chemiczny proces optymalizacji (optymizacji) dla każdego typu krzemu (NPN lub PNP) Ten proces jest krytyczny dla jakości produktu końcowego, nie może mieć jednak miejsca w układach zintegrowanych, gdzie wszystkie tranzystory zbudowane są z tej samej części krzemu. Na końcu całego procesu, klient otrzymuje wzmacniacz operacyjny, który jest produkowany w ułamku sekundy z części niskiej jakości, które uniemożliwiają otrzymanie wysokiej jakości układów, połączone cienką folią aluminiową.
Zintegrowany wzmacniacz operacyjnym nie jest niczym innym niż tanim substytutem, który jest jedynie rozwiązaniem połowicznym I tanim w układach audio.

Porównanie OPA NE55534 z OPA dyskretnym BURSON pod kątem ilości elementów składowych
OPA NE5534 składa się aż z 53 mikrokomponentów wewnątrz obudowy mniejszej niż karta pamięci aparatu cyfrowego. Tymczasem w OPA Burson są 32 dyskretne (odrębne) elementy pełnowymiarowe.
W OPA nie tylko chodzi o długość ścieżek. To znaczy im krótsza ścieżka tym lepiej, bo sygnał jest czystszy. Niestety tak łatwo nie jest, gdyby tak było, to świat byłby dużo prostszy. Liczy się także to, przez ile elementów prąd przepływa oraz jak te elementy oddziałują na wygenerowany sygnał bez względu na to, czy jest to układ scalony czy dyskretny. Po pierwsze im więcej układów tym sygnał bardziej traci. Po drugie, ważna jest jakość komponentów, z których zbudowany jest cały układ. Nie można porównywać układu dyskretnego gdzie ścieżki są miedziane, z układem scalonym, w którym ścieżki są w formie filmu (nadruku) aluminiowego. Następna sprawa to dopasowanie poszczególnych elementów. W układzie scalonym dobór jest niemożliwy, bo taka jest specyfika produkcji. Cały układ jest generowany, jako nadruk metaliczny na krzem.

3-8.jpg

Poniżej znane zdjęcie Roberta Widlar’a (z National Semiconductor), który ma przed sobą projekt matrycy swojego wzmacniacza operacyjnego LM10 (1977). To zdjęcie pokazuje ułamek tego jak skomplikowany jest proces projektowania op-amp’a scalonego.

3-8-1b.jpg

 

OPAMPy ze względu na użyte tranzystory do ich produkcji

charts4-1.jpg

Czy można zastępować OPA bipolarne z polowym i odwrotnie? Tak, można.
Chociaż na konwersje I/U w DAC’ach powinno się aplikować op-amp’y j-fetowe. Jest to spowodowane dużo mniejszym obciążaniem poprzedniego stopnia, jakim jest DAC prądowy. Jeśli nie ma takiego przymusu, to aplikujemy to, co na bardziej odpowiada. Op-amp’y z wejściem na j-fetach robi się, dlatego, że prądy wejściowe takich układów są kilkaset razy mniejsze od analogicznych odpowiedników na bipolarach. Jeżeli jest możliwość użycia techniki bipolarnej, to taka się stosuje. Jeśli nie, to lepiej dać j-feta. (Obrazuje to poniższa tabela).
Czy w audio jest różnica w brzmieniu pomiędzy OPA bipolarnym a OPA polowym?
Tak, jest różnica w brzmieniu. Przykładowa wymiana muses02 na muses01 uzmysłowi, jaka duża to różnica.
Podsumowując, jeśli chodzi o audio, to OPA bipolarne i unipolarne grają różnie. Wydaje mi się, że bardziej preferowane są bipolarne, ale to chyba kwestia gustu.

charts4-2.jpg

 

ELEKTRYCZNE CECHY RÓŻNYCH TECHNOLOGICZNIE WZMACNIACZY

4-3.jpg

 

OPAMPy ze względu na maksymalną temperaturę pracy (max operating range)

charts5-1.jpg

 

Urządzenia te są wytwarzane w kilku stopniach. Na przykład, producent Altera definiuje pięć klas temperaturowych dla swoich produktów, każdy ze skojarzonym normalnym zakresie temperatur pracy:
1) Commercial (komercyjny): 0°C do 85°C (-40°C do 85°C)
2) Industrial (przemysłowy): -40°C do 100°C
3) Automotive (przemysł motoryzacyjny): -40°C do 125°C (-40°C do 130°C )
4) Extended (rozszerzony): -40°C do 125°C (-40°C do 130°C )
5) Military (wojskowy): -55°C do 125°C

Powyższe klasy temperaturowe określają, że urządzenie jest odporne na określone warunki środowiskowe, w których będzie stosowane. Urządzenie pracujące w takich temperaturach nie będzie narażone na dramatyczny spadek swojej żywotności i będzie działać na swoim optymalnym poziomie.

Przykładowy opis:

5-2.jpg

5-3.jpg

 

Podrobione OPAMPy (gdzie kupić oryginalne?)

Bardzo szeroki temat, ponieważ jest to proceder nagminny na świecie. W szczególności, jeśli sprowadzamy, za okazyjne ceny, towar z Azji lub z innych nieautoryzowanych źródeł. Oczywiście nie każdy w Azji sprzedaje złe OPA, ale ewentualna weryfikacja, co i kto sprzedaje wydaje się zajęciem tytanicznym. Ale jeśli znajdziesz dostawcę uczciwego, to radzę dodać go do ulubionych, gdyż taka informacja jest na wagę złota.

Na forach dyskusyjnych stale przewija się hasło: „gdzie kupić oryginalne OPA?”. Zebrałem kilka linków, które powinny pomóc na początek. Oto przykładowi i w 100% pewni dostawcy op-amp’ów:

UKŁADY SCALONE:

FARNELL
http://farnell.com/

MOUSER
http://pl.mouser.com/

TME
http://www.tme.eu/pl/

RUTRONIK
https://www.rutronik24.com/pgm/njrc/amplifiers/icop/

UKŁADY DYSKRETNE:

BURSON

SONIC IMAGERY LABS
http://www.sonicimagerylabs.com/

DEXA OPAMP
http://www.newclassd.com/index.php?page=55

SPARKO LABS

Discrete Op Amps

OPA301
http://www.ebay.pl/itm/1X-OPA301-DUAL-AUDIOFEEL-Hi-End-Audio-DISCRETE-OP-AMP-Board-Low-Impedance-/271838130217

OPA-2
http://www.mic-land.com/opa-2.html

LF03
zamówienie na mail: siva.chander@gmail.com

POZA TYM TRZEBA SAMEMU TWORZYĆ SWOJĄ LISTĘ PEWNYCH DOSTAWCÓW CZY TU W POLSCE, CZY ZA GRANICĄ.

 

Wymiana OPAMPów – ogólne zasady

Użytkownik, przed wymianą OPA, powinien

bezwzględnie:
1) Zapoznać się dokładnie z dokumentacją swojego audio, czyli jak jest zbudowany nasz wzmacniacz, DAC, karta dźwiękowa.
2) Dowiedzieć się, czy OPA są wymienne, jeśli tak, to zaczynamy zabawę.
3) Dowiedzieć się, jakie OPA mam w audio (jaki rodzaj?, jaki typ?). Najważniejszy jest rodzaj (single czy dual?).
4) Poczytać na odpowiednim forum o możliwościach zamiany OPA, napisać do producenta, zapytać znajomych, itd.

opcjonalnie:
5) Zrobić zdjęcie op-amp’om przed wyciągnięciem ze wzmacniacza, karty dźwiękowej, DAC’a
(czasami taka fotka potrafi uratować życie, w momencie, kiedy zapomnimy jak zaaplikować nowego OPA).
6) Zaopatrzyć się w ekstraktor do wyjmowania scalaków elektronicznych.
7) Poćwiczyć wyciąganie OPA ze stolika (nowe OPA stawiają czasami zadziwiający opór, co kończy się oberwaniem jednej lub kilku nóżek, w najlepszym przypadku wygięciem nóżki).

41-01.jpg


8 ) Delikatnie podważamy scalaka ekstraktorem, pęsetą lub czymś innym, wyciągamy starego OPA i wkładamy nowego. Robimy tak ze wszystkimi scalakami, które chcieliśmy wymienić, czasami wystarczy wymienić jeden, czasami wszystkie, jakie są w audio.
9) Zanim włączymy audio, trzeba sprawdzić, stan naszej wymiany, czyli prawidłową aplikację OPA.
Musisz być pewien, że OPA dual są w dobrych gniazdach dual, a OPA single są w dobrych gniazdach single (oraz czy są dobrze zaaplikowane). Jeśli OK idziemy dalej.
11) Jeśli generatorem dźwięku jest komputer, przykręć w Windows volume do 50%. Jeśli OK, idziemy dalej.
12) Jeżeli uruchamiamy wzmacniacz, to najpierw skręćmy potencjometr na całkowite wyciszenie, w razie „W” mamy szansę na uratowanie scalaka i resztę audio. Audio z wymienionym OPA włączamy na skręconym volume. Bywa tak że, ekscytacja wymianą OPA lub roztargnienie (np. rozmowa na TS, telefonie, kiepski dostęp do OPA, słaba widoczność, itd.) może spowodować niepotrzebne szkody. Jeśli OK, idziemy dalej.
13) Włączamy audio. Jeśli wszystko w porządku, to idziemy dalej.
14) Powoli rozkręcamy volume, patrzymy i słuchamy, co się dzieje. Jeśli wszystko w porządku, to gratuluję! Wymieniłeś OPA.

JEŚLI COKOLWIEK JEST NIE PO NASZEJ MYŚLI,
WTEDY NATYCHMIAST WYŁĄCZAMY AUDIO – DOBRZE TRZYMAĆ PALEC NA WYŁĄCZNIKU.
(KIEDYŚ TAK URATOWAŁEM ZE ZNAJOMYM JEGO GŁOŚNIKI ZA 30.000 ZŁ).
WRACAMY DO PUNKTU NR-8  I POWTARZAMY WSZYSTKIE CZYNNOŚCI.

 

Wymiana OPAMPów – przydatne narzędzia

Bardzo pomocne do wyciągania OPA z gniazd dip są narzędzia zwane: extractor, ekstraktor, chwytak DIL, chwytak DIP.
Posiadanie tego chwytaka nie jest konieczne. Niestety bywa tak, że niektóre gniazda dip/dil ze swojej złośliwej natury trzymają przesadnie mocno. Wtedy pierwsze wyciągnięcie OPA z takiego gniazda może zakończyć się nieprzyjemna niespodzianką, np.: złamaniem nóżki scalaka. W takiej sytuacji naszym przyjacielem jest właśnie ekstraktor. Dzięki niemu możemy bardzo precyzyjnie i delikatnie wyciągnąć OPA bez uszkodzeń.
Poniżej fotgrafie przedstawiają przykładowe ekstraktory. Oba nadają się do OPA scalonych, do dyskretnych raczej nie.

EXTRACTOR (ekstraktor, chwytak DIL, chwytak DIP)

digital-multimeter-500x500-300x200.jpg

IC EXTRACTOR

39-02-300x231.jpg

 

Wymiana OPAMPów – najczęstsze błędy przy ich aplikacji

1) Odwrotnie zaaplikowany OPA, (pin1 na miejscu pin5 oraz pin8 na miejscu pin 4)
2) OPA single na miejscu dual lub odwrotnie
(łatwo o pomyłkę w karcie dźwiękowej Sound Blaster X-Fi Titanium HD),
foto poniżej:
– w miejscu OPA1611 instalujemy 2x OPA single,
– w miejscu AD797 instalujemy 2x OPA dual

41-01evuwr.png


3) Źle włożony OPA do gniada (to znaczy włożone jest 6 nóżek, a 2 są poza gniazdem – przesunięcie)
4) W nowych układach zdarza się, że po prostu trzeba OPA wyjąć i na nowo zaaplikować, z jakiś przyczyn jedna nóżka może nie stykać się z gniazdem.
NIE ZALECAM TAKIEGO „WYRYWANIA” OPA Z GNIAZDA:

 

PRAWIDŁOWA WYMIANA OPA.

 

 

Inne kwestie – chłodzenie OPAMPów

Op-amp’y grzeją się – taka ich natura. Ale czasami grzeją się bardzo. Jednak w większości przypadków chłodzenie OPA możemy sobie darować.
Ale jeśli już bardzo chcemy lub musimy, to mamy kilka rozwiązań.
Najłatwiej kupić i zamontować radiator na OPA TO-99.
Co do systemu DIP8 lub SOP8, to ratuje nas tylko taśma przewodząca ciepło, dwustronna samoprzylepna.

Czy to wszystko ma sens? Trudno mi orzec ostatecznie. Jak już wspomniałem są sytuacje, że taki gadżet będzie niezbędny.
Montując radiator trzeba sprawdzić czy:
– zmieścimy OPA z radiatorem w obudowie?
– czy nie zrobimy radiatorem przypadkowego zwarcia?
Jeśli OK, to czemu nie? Pamiętajmy jednak, że radiator to dodatkowe, czasami niepotrzebne koszty.

 

TO-99
NAJTAŃSZY ALUMINIOWY

45-03-300x169.jpg

 

DIP8
NAJTAŃSZY ALUMINIOWY

45-07.jpg

 

TO-99
CIENKI BLASZANY, SPRĘŻYSTY

45-01-276x300.jpg

 

RADIATOR ZAMOCOWANY NA TAŚMĘ DWUSTRONNĄ

45-04-300x238.jpg

 

Inne kwestie – zalety aplikacji OPAMPów w stolikach dip8/dil8

  1. Podstawka DIP8/DIL8 poprawia chwyt przy wyciąganiu op-amp’a, a ewentualne wyłamanie nóżki stolika DIP8/DIL8 jest mało prawdopodobne,
  2. Jeśli wyłamiesz nóżkę stolika, to wymieniamy na nowy i po kłopocie,
  3. Wyciągnięcie samego op-am’pa z podstawki DIP8/DIL8 jest 10 razy łatwiejsze jak wyciąganie bezpośrednio z płyty wzmacniacza, odtwarzacza CD, DVD, itp. (dotyczy szczególnie gniazd słabo wyrobionych, nowych, rzadko używanych w wymianie: bywa tak, że zawsze jakaś jedna nóżka op-amp’a „łapie” zbyt mocno i wtedy przy nagłym szarpnięciu jest ona wyginana w krytyczny sposób).
  4. Stolik nie wpływa na pogorszenie jakości grania op-amp’a.
  • Thanks 1
  • Upvote 1
Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

 Share

  • Recently Browsing   0 members

    • No registered users viewing this page.

Forum Audiofanatyk.pl

Forum audiofanatyk.pl to forum audio stworzone i prowadzone przez pasjonatów tematyki audiofilskiej. Prowadzone pod skrzydłami bloga, pozwala dzielić się opiniami i wrażeniami z odsłuchów, a także rozmawiać na tematy sprzętowe związane ze słuchawkami, kolumnami, wzmacniaczami i dowolnym innym sprzętem audio. 

×
×
  • Create New...