ElectroSmash

1. 1.1 JRC4558 Текущий источник.
2. 1.2 Стадия ввода JRC4558:
3. 1.2.2 JRC4558 Текущее зеркало.
4. 1.3 Стадия усилителя напряжения JRC4558 (VAS).
5. 1.4 JRC4558 Выходной каскад.
6. 1.5 JRC4558 Vbe Схема смещения множителя.
7. 1.6 JRC4558 Обратная связь.

Интегральная схема JRC4558 Японская радиокомпания представляет собой двойной операционный усилитель с внутренней компенсацией и построенный с биполярными транзисторами на одном кремниевом чипе. Высокий коэффициент усиления по напряжению (тип 100 дБ), хороший входной импеданс (тип 5 МОм) и универсальный источник питания (от ± 4 до 18 Вольт) делают его идеальным для использования в конструкциях педальных цепей. Эта микросхема имеет распиновку промышленного стандарта, что означает, что есть несколько различных поставщиков, производящих совместимые по выводам устройства 4558, а также она может заменить другие стандартные двойные операционные усилители, такие как TL072 , NE5532 или OPA2134 , Первый монолитный двойной операционный усилитель RC4558 был разработан компанией Raytheon Semiconductors в 1974 году.

Двойной усилитель 4558 связан с историей развития гитарных педалей. Многие дизайнеры включили эту часть в некоторые из самых удачных эффектов, таких как Orange Squeezer, DOD YJM 30, Boss OD1, Tube Screamer или Peavey. Эта микросхема, несомненно, была выбрана вначале японскими инженерами-проектировщиками, потому что это был один из самых дешевых двойных операционных усилителей на рынке с приемлемым качеством звука. Как таковая, она использовалась в огромных объемах японского аудиооборудования. Несмотря на сомнительное качество звука, он хорошо подходит для работы в цепях с повышающей передачей.

1. Внутренняя цепь.
1,1 Текущие поставки.
1.2 Стадия ввода.
1.2.1 Дифференциальный усилитель с длинными хвостами.
1.2.2 Текущее Зеркало.
1,3 Ступень усилителя напряжения.
1.4 Выходной этап.
1,5 Схема смещения множителя Vbe.
1,6 Путь обратной связи.
2. Миф о JRC4558
3. Ресурсы.

Внутренняя схема JRC4558 основана на топологии Лина (названной в честь Хун С. «Джимми» Лин исследователь RCA ) следуя классическая структура типа 741 opamp с некоторыми изменениями. Ниже приведена упрощенная схема, предоставленная JRC, разбитая на блоки: источник тока, входной каскад, каскад усилителя напряжения (VAS), выходной каскад (OPS) и путь обратной связи.

1.1 JRC4558 Текущий источник.

Активный источник тока - это служебная ступень, которая обеспечивает постоянный ток в разных блоках. Стабильный источник тока важен для улучшения линейности и подавления шумов. Эта стадия, выделенная зеленым цветом, образована Q1, Q7, Q13, Q14, Q15, R1, R9 и D2:

JFET Q15 представляет собой самосмещенный источник тока, он обеспечивает источник постоянного тока, независимый от источника напряжения. Запуск этой части схемы прост:

• Когда источник напряжения + Vcc включен, ток не проходит через JFET Q15. Тогда падение напряжения на стабилитроне D2 и VGS будет нулевым. При нулевом значении VGS транзистор входит в область насыщения, позволяя току протекать через JFET, поэтому ток будет увеличиваться. По мере увеличения тока падение напряжения на стабилитроне будет развиваться до тех пор, пока диод не будет смещен. Ворота станут отрицательно смещенными в отношении источника, отрицательные значения VGS начнут отключать Q15. В конце концов, устойчивое равновесие будет достигнуто за счет обратной связи, где VGS как раз подходит для тока, протекающего через JFET.

Как только напряжение сток-исток достигает определенного минимального значения, входит в насыщение, где ток IDS является приблизительно постоянным. Таким образом, источник тока JFET устанавливает постоянный ток I15 через стабилитрон D2, делая I15 = Iz

Стабилитрон D2 при обратном смещении имеет постоянное падение напряжения (Vz). Пока ток стабилитрона (Iz) находится между определенными уровнями (Измин и Измакс), называемыми удерживающим током, напряжение на стабилитроне (VZ) будет постоянно работать в области регулирования напряжения:

Стабилизированное напряжение стабилитрона VZ управляет эмиттерным повторителем Q14, нагруженным постоянным эмиттерным резистором R9, измеряющим ток нагрузки. В результате выходной ток I9 практически постоянен, даже если сопротивление нагрузки и / или напряжение изменяется. Схема работает как источник постоянного тока:

Внешняя токовая зеркальная нагрузка этого источника тока подключена к коллектору, так что через него и резистор эмиттера протекает практически одинаковый ток.

• Q13 и Q7 настроены как классическое токовое зеркало, что означает, что ток через Q13 (I13) будет отражаться в Q7, делая I13 = I7
• Q1 - источник постоянного тока PNP с постоянным током.

1.2 Стадия ввода JRC4558:

Входной каскад образован дифференциальным усилителем с длинной хвостовой парой (LTP) с токовым зеркалом. Эта стадия, выделенная красным цветом, образована Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, R1, R2, R3 и C1: 1.2.1 JRC4558 Дифференциальный усилитель с длинными хвостовыми парами.

Фазовый инвертор с длинной парой хвоста или шмит состоит из пары идентичных и согласованных PNP-транзисторов в общей конфигурации эмиттера (Q2 и Q3). Токовые зеркала Q4 и Q5 в коллекторе Q2 и Q3 являются активной нагрузкой LTP. Эта топология, как правило, является лучшим выбором для операционного усилителя, она обеспечивает высокий входной импеданс, хорошее усиление напряжения, подавление общего шума, а также дополнительные входы для суммирования обратной связи.

Природа схемы заключается в усилении разности входных сигналов Vin + и Vin-, обеспечивая подавление всех четных искажений, делая усилитель невосприимчивым к колебаниям напряжения питания. Чтобы получить реальную выгоду от использования входа LTP, токи, протекающие через дифференциальные транзисторы, должны быть выровнены. Очень эффективный способ сделать это - использовать текущее зеркало.

1.2.2 JRC4558 Текущее зеркало.

Он состоит из дифференциального сдвоенного транзистора Q4 и Q5 с высоким Hfe (β) с согласованными параметрами транзистора. Тепловая связь между обоими транзисторами идеальна, так как они используют один и тот же пакет. Наиболее важными причинами использования текущего зеркала являются усиление усиления и целостности сигнала:

1. Целостность сигнала улучшена, потому что текущее зеркало дает равный ток покоя для каждой стороны LTP. Этот баланс хорош для показателя линейности и коэффициента синфазного сигнала (CMRR).

2. Дифференциальный усилитель JRC4885 имеет несимметричный выход, где усиление равно половине, если сравнивать его с дифференциальной выходной цепью. текущее зеркало улучшит эти 50% потерь.

1.3 Стадия усилителя напряжения JRC4558 (VAS).

Ступень усилителя напряжения с высоким коэффициентом усиления является основой усилителя мощности. Его задача - усилить входной сигнал низкой амплитуды до подходящего уровня. Эта схема VAS работает в режиме класса A, так как для нее в основном требуется лишь небольшая величина тока, и, следовательно, потери мощности на активном устройстве могут оставаться достаточно малыми.

Эта стадия, выделенная оранжевым цветом, образована Q6, Q10 и R4:

VAS состоит из общего эмиттерного усилителя с двумя NPN-транзисторами Q6 и Q10, соединенными в конфигурации Дарлингтона, что повышает коэффициент усиления тока и использует выходную сторону токового зеркала Q7 в качестве нагрузки коллектора для достижения высокого коэффициента усиления.
βDARLINGTON = βQ1 * βQ2 + βQ1 + βQ2

Недостатком топологии Дарлингтона является приблизительное удвоение напряжения базового эмиттера. Поскольку между базой и эмиттером транзистора Дарлингтона имеется два перехода, эквивалентное напряжение базы-эмиттера является суммой напряжений обоих баз-эмиттера.

VbeDARINGTON = VbeQ6 + VbeQ10 = 2Vbe

1.4 JRC4558 Выходной каскад.

Выходной каскад (OPS) представляет собой двухтактный усилитель-повторитель эмиттера класса AB с током смещения, установленным множителем Vbe. Этот блок выделен синим цветом и состоит из Q11, Q12, R6, R7 и R8:

Функция выходного каскада состоит в том, чтобы обеспечить достаточное усиление тока, чтобы потенциал напряжения, обеспечиваемый VAS, мог существовать на выходе с низким импедансом нагрузки.

Этот этап эффективно управляется VAS. Изменения в смещении с температурой или между частями с одинаковым номером типа являются общими, поэтому искажения кроссовера и ток покоя могут быть подвержены значительным изменениям. Выходной диапазон JRC4558 примерно на 1,5 В меньше, чем напряжение питания, частично благодаря Vbe выходных транзисторов Q11 и Q12.

Выходные резисторы R6, R7 и R8, вставленные между эмиттерами выходной пары, также известными как балластные резисторы , используются для выравнивания различий между внутренними сопротивлениями эмиттеров транзисторов, таким образом улучшается их распределение тока. Значения резисторов, как правило, довольно низкие, что улучшает термостабильность, не позволяет дополнительным транзисторам напрямую нагружать друг друга и обеспечивает стабильность тока покоя.

1.5 JRC4558 Vbe Схема смещения множителя.

Цепь смещения множителя Vbe, также известная как сервопривод смещения , усиленный диод , резиновый диод или резиновый стабилитрон , установлена ​​для компенсации искажения кроссовера и защиты выходного каскада от теплового отключения. Этот блок выделен розовым цветом и образован Q8, Q9 и R4:

В двухтактной выходной топологии транзисторы Q11 и Q12 не начинают проводить, пока входной сигнал не превысит их прямое напряжение, которое составляет Vbe, обычно около ± 0,6 В. Противодействует смещение транзисторов так, чтобы их напряжение холостого хода никогда не падало ниже прямого напряжения.

Определенная величина тока, известная как ток смещения, постоянно подается на основания транзисторов, чтобы гарантировать, что транзисторы продолжают проводить в течение требуемого промежутка времени, жертвуя эффективностью.
Без регулируемого напряжения смещения токи покоящегося коллектора выходных усилителей мощности могут быть чрезмерными, что приводит к тепловому отказу.

Классическая топология Vbe Multiplier состоит из одного транзистора и двух резисторов. JRC4558 использует подход с двумя транзисторами, отличающийся от классического:

Множитель Vbe действует как переменный резистор, который устанавливается на то же кремниевое устройство, что и выходные транзисторы, поэтому они термически связаны. Изменения температуры устройства влияют на усиление сервотранзистора; это, следовательно, изменяет падение напряжения в цепи множителя Vbe.
Улучшить температурный коэффициент между согласованием множителя Vbe и выходным каскадом. Схема Vbe Multiplier оснащена дополнительным транзистором Q8.

1.6 JRC4558 Обратная связь.

Задача пути обратной связи - каким-то образом отправить часть выходного сигнала на VAS. Он играет важную роль в исправлении ошибок, а также в пропускной способности и ограничении усиления.
Конденсатор С2 обеспечивает частотно-избирательную отрицательную обратную связь. Эта техника называется компенсацией Миллера или компенсацией доминирующего полюса, потому что она вводит доминирующий полюс, который маскирует эффекты других полюсов в частотную характеристику разомкнутого контура.

Обратная связь идет от коллектора VAS-транзистора к его базе, ограничивая полосу пропускания и уменьшая усиление на более высоких частотах и, следовательно, улучшая стабильность на более высоких частотах, предотвращая колебания.

Некоторые гитаристы считают, что оригинальный чип JRC4558D 80-х годов обладает превосходными звуковыми характеристиками, особенно когда он помещен в определенные педали, такие как Tube Screamer. В этом случае, операционный усилитель считается святым Граалем, если вы хотите получить оригинальный винтажный звук ; многие энтузиасты ищут и открывают электронику массового производства 70-х и 80-х, ища оригинальные чипы серии.
Японская радиокорпорация JRC (созданная в сентябре 1959 года) выпустила миллионы этих чипов JRC4558D с блестящей отделкой с конца 70-х до середины 80-х годов. Они появляются в каждой части электроники Nippon с этого периода.

Позже компания JRC сменила название на New Japan Co. Ltd (NJM) и перенесла свои производственные мощности в Восточную Азию. Они продолжали выпускать 4558 операционных усилителей, помеченных как NJM4558D, но завод был оснащен новым производственным оборудованием. Несколько лет спустя компания NJM начала переиздавать JRC4558D (с матовой отделкой), но снова не производилась на старом заводе. Спецификации те же, что и у старых, но подозрение все еще сохраняется - поскольку они поменяли оборудование, действительно ли чипы переиздания так же хороши, как и старые? .. Здесь мифическая статистика.

• Вначале JRC4558D использовался по одной единственной причине: он был дешевым. Таким образом, он был помещен в тонны японского электронного оборудования, в старом дешевом стерео или радиочасе могло быть несколько скрытых внутри.
• Вы также можете заплатить 30 $ на eBay за чипы NOS (New Old Stock), которые теоретически являются оригинальными деталями, изготовленными в 80-х годах, которые никогда не продавались в розницу.
• Существует также история о том, что NJM сохранила все оригинальное оборудование, использовавшееся в старом производстве JRC4558, и могла снова производить чип, если кто-то заказывает более 50 миллионов деталей.

Некоторые люди утверждают, что они действительно могут оценить разницу между двумя чипами 4558 от разных производителей или даже между двумя идентичными JRC4558 от одного и того же производителя. Тем не менее, в гитарной педали есть много факторов, которые могут изменить звук даже больше, чем может сделать операционный усилитель: размещение компонентов, допуск значений, схема, паяные соединения, температура, источник питания и т. Д. Путем фактического прослушивания Тест, а также трассировки осциллографа и анализ спектра, нет никакой заметной разницы между сегодняшним 0,5 $ NJM4558D и старыми.

Существует также множество альтернатив чипу JRC4558, разные пользователи могут иметь разные мнения об их производительности, но в любом случае все совместимы по выводам:

• NJM4558 Новой Японской Радиокомпанией.
• RC4559 от Texas Instruments.
• NJM4556 Японской радиокомпанией. Звуковая подпись оригинала с дополнительной динамикой и атакой
• TLC272 от Texas Instruments. У него хороший, сложный искаженный звук.
• TL072 от Texas Instruments, ST Microelectronics и SGS Thomson Microelectronics.
• TL062 от Texas Instruments, ST Microelectronics, SGS Thomson Microelectronics и Motorola.
• TL082 от National Semiconductor, Texas Instruments, ST Microelectronics и Motorola.
• LM1458 от National Semiconductor и Fairchild Semiconductor.
• LM833 от National Semiconductor, ST Microelectronics, SGS Thomson Microelectronics, Motorola и ON Semiconductor.
• OPA2107 от Analog Devices. Звук Rounder делает его идеальным для блюзовых игроков
• OP275 от Analog Devices.
• OPA2604 от Burr-Brown и Texas Instruments.
• TLC2272, TLC2202 от Texas Instruments.
• LT1213 по линейной технологии.
• MC33078 от Texas Instruments. С очень хорошими максимумами.

JRC4558 Лист данных.
Teemuk Kyttala Твердотельные гитарные усилители Священное Писание.
Источники тока JFET Университетом Калифорнии в Беркли.
Источники тока в википедии.
Vbe Multipliers Джим Хагерман.
Диаграмма блоков TL071 Технологической школой Джорджии.
Технология Tube Screamer Р. Г. Кин.
Эволюция операционных усилителей сквозь века Томас Х. Ли.

Я искренне благодарен «Nandor» за вашу помощь.

Спасибо за чтение, все отзывы приветствуются

Похожие