Настройка выходного сопротивления аудио для защиты выхода

Я строю модуль для модульного синтезатора в соответствии со стандартом Eurorack . Так что это модуль, предназначенный для подключения к другим модулям через соединительные кабели.

Хотя указанная выше стандартная страница не определяет выходное сопротивление для выходов модуля, похоже, что в общем случае оно находится в области . Входное сопротивление указано как . Поскольку моим последним выходным каскадом является усилитель на основе операционного усилителя, мне нужно специально снизить импеданс, поскольку сам операционный усилитель дает очень низкий выходной импеданс. Кроме того, поскольку любые выходы и входы могут быть подключены пользователем, следует ожидать, что выход может быть замкнут на любое напряжение в диапазоне от до (силовые шины) пользователем; например, пользователь может соединить два выхода вместе, и хотя это не будет иметь никакого значения, модули не должны быть повреждены.100 K Ω - 12 В + 12 $100\Omega - 1k\Omega$$100\mathrm{k}\Omega$$-12\mathrm{V}$$+12\mathrm{V}$

В Интернете я могу найти два разных способа сделать это. Очевидная схема операционного усилителя, за которой следует резистор:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

или поместив резистор в контур обратной связи:

^{смоделировать эту схему}

В обоих случаях устанавливает выходное сопротивление.$R3$

Обоснование последнего заключается в том, что, поскольку обратная связь берется с фактического узла вывода, выходной сигнал фактически является очень низким импедансом при нормальных условиях, но, тем не менее, резистор защищает слишком большой ток от напряжения: если шины питания , то самое большее (для ) можно нарисовать до насыщения операционного усилителя (хотя на практике , TL07x будет насыщаться раньше, так как не может выводить такой большой ток). 24 В / R 3 = 24 м R 3 = 1 к$\pm 12 \mathrm{V}$$24\mathrm{V}/R3\ = 24\mathrm{mA}$$R3 = 1\mathrm{k}\Omega$

Итак, здесь есть два связанных вопроса

1. Действительно ли последний способ рекомендуется и безопасен для моего модуля и любого другого (разумно спроектированного) модуля, к которому он может быть подключен? Причина, по которой у меня есть сомнения, заключается в том, что, глядя на модули в дикой природе, первый способ кажется гораздо более распространенным, поэтому я думаю, что есть некоторые недостатки, которые я не осознаю. С другой стороны, просто прямой выход из операционного усилителя, кажется, тоже довольно распространен ...
2. В последнем случае действительно действует как ограничитель тока, поэтому я склонен использовать гораздо большее сопротивление, скажем, около , так что максимальный ток устанавливается резистором, а не опорой. выходная мощность усилителя. Это разумная вещь?10 K$R3$$10\mathrm{k}\Omega$

Обновить:

Чтобы ответить на отсутствующую спецификацию Олина: пользователи не будут предполагать, что пассивное микширование с помощью короткого замыкания будет работать (и, действительно, выходное сопротивление других модулей варьируется, поэтому оно ненадежно). Поэтому в принципе любое поведение, которое не повреждает модули, является приемлемым.

С другой стороны, поскольку выход этого модуля на самом деле не пригоден для использования в качестве управляющего напряжения (из-за природы модуля), небольшие потери из-за резистора вне контура не имеют большого значения; для аудио это всего лишь небольшое падение громкости.

Наконец, читая эту ветку , я заметил, что одна потенциальная проблема с последним вариантом заключается в том, что операционный усилитель должен напрямую управлять любой выходной емкостью. Как правило, модульные соединительные кабели довольно короткие, но существуют также модульные кабели размером со стену, в которых могут использоваться более длинные соединительные кабели.

В конце концов, я думаю, что склоняюсь к первому варианту, прежде всего, чтобы избежать каких-либо проблем с емкостью кабеля, и поскольку обратная сторона (небольшая потеря сигнала) не очень важна. Но любые мысли или идеи все еще приветствуются!

Обновление 2:

По применению связанно JRE очищает вещи дальше, когда дело доходит до емкостных нагрузок: второй контур в этом вопросе совпадает с последним в приложении ноте, за исключением конденсатора в петле. Примечание к приложению говорит нам, что эта конфигурация хороша для управления емкостной нагрузкой, но только если известна емкость нагрузки .C $C_f$$C_L$

Таким образом, заключение предыдущего обновления остается в силе: первая схема лучше делать, когда мы не знаем нагрузку.

Какая схема вам нужна, зависит от спецификаций, которые вы нам не сообщили. Важный вопрос заключается в том, что именно должно произойти, когда пользователь соединяет выходы двух из этих вещей вместе?

Если они действительно не предназначены для соединения вместе, тогда резистор просто для защиты. В этом случае ваша вторая схема лучше. Вы устанавливаете значение резистора так, чтобы оно не превышало возможности выходного тока операционного усилителя в худшем случае.

Если несколько модулей предназначены для соединения, и вы должны получить средний результат, то вам нужно использовать свой первый контур. Это будет иметь место, например, если в пределах спецификаций разрешено соединять левый и правый каналы вместе, чтобы получить моно. В этом случае резистор должен быть таким, каким должен быть указанный выходной импеданс каждого модуля. Если предполагается, что они усредняются по короткому замыканию, то у каждого должен быть определенный и контролируемый импеданс. Это сопротивление должно быть указано в стандарте.

Например, если вы выбрали 1 кОм, а кто-то другой выбрал 10 кОм, то подключение двух модулей не дало бы среднего значения, как предполагалось. Результирующий сигнал будет 10/11 частей от вашего модуля и 1/11 частей от другого модуля. Чтобы схема усреднения работала, все импедансы должны быть равны и поэтому должны быть согласованы заранее.

Две цепи по-разному реагируют на внешнюю нагрузку на GND. Используя крайний случай для демонстрации, примите сопротивление 1 к GND как нагрузку. В первой цепи напряжение выходного контакта операционного усилителя не изменяется, коэффициент усиления цепи не изменяется, но внешнее напряжение уменьшается на 50%.

Во втором контуре теперь у вас есть 50% аттенюатор внутри петли обратной связи. Ранее правый конец R2 (68K) был подключен к источнику напряжения с нулевым сопротивлением. Теперь он подключен к эквивалентному напряжению Thevenin, которое составляет 1/2 выходного напряжения операционного усилителя, через эквивалентный резистор 500 Ом.

Таким образом, значение резистора обратной связи отличается, что изменяет коэффициент усиления цепи, а напряжение обратной связи сильно отличается, что действительно изменяет коэффициент усиления. Напряжение на выводе операционного усилителя удвоится (приблизительно) при попытке замкнуть петлю. Внешнее выходное напряжение не будет сильно уменьшаться, пока операционный усилитель не насыщается. Или что-то подобное.

Большинство операционных усилителей имеют встроенный короткий ввод. защита, которая, когда вы используете отрицательный отзыв, является 2-м методом. Вот почему ОА имеют такой низкий предел тока.

Обратной стороной является емкостная нагрузка кабеля Ic = CdV / dt, для которой необходимо рассчитать напряжение питания и. Здесь, чтобы ограничить, чтобы гарантировать дизайн избегает насыщения или ограничения скорости нарастания. Таким образом, неразумно поднимать диск над Zo кабеля.

Я бы сделал первый, потому что он будет загружать операционный усилитель независимо, когда он суммируется в другой эффект / стадию, когда другие подключены параллельно. Также приветствуется дополнительный побочный эффект от предоставления нагрузки на выходные шорты (из-за подключения выхода к точкам выхода из патча). Я не буду беспокоиться об импедансе, потому что он вернется к небалансному входу hi-z на расстоянии менее 3 метров.