单电源运算放大器音频放大器

我正在尝试创建一个运算放大器，该放大器可以使用5V单电源供电，并且能够将-100mV到+ 100mV音频信号放大到大约1V峰峰值。我在本文中遇到了这个电路，这似乎可行，但是在计算实际值时遇到了麻烦：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

从这篇文章中，我读到R1和R2应该都相同，并且对于5V电源，大约为42kOhm。R4应该是R3 +（0.5 * R1），仅此而已...

那么我将如何实际计算变化频率信号所需的电容器和电阻器值，其最大频率约为20kHz，增益约为5？

感谢你们对我的帮助！

编辑：

在文章中，作者用地面符号“ * STAR GROUND”写道。将原理图中的所有接地ground合并到一个点真的很重要，还是可以在整个电路中使用接地平面？

您似乎实际上已经在互联网上找到了一条合理的电路。我听说那里某个地方。

您引用的方程式过于严格。与其仅仅告诉您这些价值，不如解释每个部分的作用。

R1和R2是分压器，使电源电压为1/2。这将是运算放大器将使用的直流偏置。C2低通滤波该分压器的输出。这是为了抑制毛刺，电源纹波和5 V电源上的其他噪声，以免它们最终出现在您的信号中。仅因为存在C2，才需要R3。如果R3不存在，C2也将压缩您的输入信号，而不仅仅是电源噪声。最终，R3的右端旨在提供高阻抗的干净的1/2电源信号。高阻抗使得它不会干扰通过C1的所需信号。

C1是一个隔直流帽。它将IN端的DC电平与运算放大器所偏置的DC电平去耦。

R4和R5从输出到负输入形成分压器。这是负反馈路径，整个电路增益是分压器增益的倒数。您希望增益为10，因此R4-R5分频器的增益应为1/10。C3阻止DC，以便分频器仅对您的AC信号起作用，而不对DC偏置点起作用。分压器将通过所有DC，因此从运算放大器的+输入到其输出的DC增益为1。

C4是另一个隔直电容，这次是将运算放大器的直流偏置电平与输出去耦。使用两个直流隔断电容（C1，C4），整个放大器可以在交流电下工作，并且IN和OUT处的任何直流偏置都无关紧要（在C1和C4的额定电压范围内）。

现在获取一些值。MCP6022是CMOS输入运算放大器，因此具有很高的输入阻抗。与输入阻抗相比，即使MΩ也很小。要考虑的另一件事是希望此放大器工作的频率范围。您说信号是音频，所以我们假设低于20 Hz或高于20 kHz的信号都不在乎。实际上，压缩不想要的频率是个好主意。

R1和R2只需要等于电源电压的1/2即可。您没有提到任何特殊要求，例如电池操作，其中最小化电流非常重要。鉴于此，尽管这里有很大的余地，但我会让R1和R2分别为10kΩ。如果这是电池供电的，我可能会让它们各100kΩ，而不会为此感到难过。当R1和R2为10kΩ时，分压器的输出阻抗为5kΩ。您实际上并不希望该分频器的输出上有任何相关信号，因此让我们首先了解一下需要多少电容来滤波至20 Hz。1.6 µF。2 µF的公共值就可以了。更高的作品也可以，但是如果你做得太高的话，启动时间会变得很可观。例如，10 µF可以很好地滤除噪声。它的时间常数为500 ms，阻抗为5kΩ，

R3应大于R1-R2的输出，即5kΩ。我至少要选几个100kΩ。运算放大器的输入阻抗很高，因此让我们使用1MΩ。

C1与R3组成一个高通滤波器，该滤波器至少需要通过20 Hz。观察到R3右端的阻抗超过1MΩ。1MΩ的20 Hz需要8 nF，所以是10 nF。这是您不想使用陶瓷盖的地方，因此较低的值非常有用。例如，在这里可以使用聚酯薄膜瓶盖，并且10 nF在可用范围内。

同样，R4-R5分压器的总阻抗无关紧要，因此让我们将R4任意设置为100kΩ并从那里算出其他值。对于总放大器增益为10，R5必须为R4 / 9，因此可以计算出11kΩ。C3和R5构成一个必须以20 Hz或更低的频率滚降的滤波器。C3必须为720 nF或更高，因此为1 µF。

请注意此拓扑的一个问题。在频率方面，C3与R5共同作用，但C3最终将稳定在的DC电平由R4 + R5和C3滤波。这是一个1.4 Hz的滤波器，这意味着该电路在加电后将需要几秒钟的时间才能稳定下来。

C4构成一个高通滤波器，无论其阻抗如何，都将连接到OUT。由于您可能不知道，因此希望将其增大。既然容易获得，我们就选择10 µF。频率以20 kHz和8kΩ下降。因此，只要OUT的负载不小于8kΩ，该放大器就可以按规定工作。

由于这是CMOS运算放大器（无需匹配输入偏置电流），因此无需将R4设为该特定值。

$\frac{1}{2\pi f_c R}$

因此，如果fc = 20Hz，并且R1，R2 = 39K。让我们任意地将R3设为100K。那么C = 100nF大约是正确的。

C2取决于您要衰减的电源，但是可以说是1uF。

让我们选择R4 = 100K只是为了使两个电阻保持相同。然后R5将为11K，获得+10.1

最后，可以根据R5计算出C3约为1uF（使用上式）。

而已！