Definir impedância de saída de áudio para proteção de saída

Estou construindo um módulo para um sintetizador modular, de acordo com o padrão Eurorack . Portanto, este é um módulo destinado a ser conectado a outros módulos por meio de cabos de conexão.

Embora a página padrão acima não especifique uma impedância de saída para as saídas do módulo, parece que em geral isso ocorre na região . A impedância de entrada é especificada como 100 k Ω . Como meu estágio final de saída é um amplificador baseado em opamp, preciso diminuir especificamente a impedância, pois o próprio amplificador operacional daria uma impedância de saída muito baixa. Além disso, como todas as saídas e entradas podem ser conectadas pelo usuário, devo esperar que a saída seja em curto para qualquer voltagem na faixa de - 12 V a + 12 $100\Omega - 1k\Omega$$100\mathrm{k}\Omega$$-12\mathrm{V}$$+12\mathrm{V}$(trilhos de energia do sistema) pelo usuário; por exemplo, é possível que o usuário conecte duas saídas e, embora isso não faça nada significativo, os módulos não devem ser danificados.

Online, posso encontrar duas maneiras diferentes de fazer isso. O circuito óbvio do amplificador operacional seguido por um resistor:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

ou colocando o resistor no loop de feedback:

^{simule este circuito}

Nos dois casos, define a impedância de saída.$R3$

A lógica para este último é que, uma vez que o feedback é obtido do nó de saída real, a saída é efetivamente muito baixa impedância em condições normais, mas o resistor, no entanto, protege muita corrente de ser extraída: se os trilhos de potência forem , então, no máximo, 24 V / R 3 = 24 m A (para R 3 = 1 k Ω ) pode ser extraído antes do amplificador operacional saturar (embora na prática, o TL07x sature mais cedo, pois não pode gerar tanta corrente )$\pm 12 \mathrm{V}$$24\mathrm{V}/R3\ = 24\mathrm{mA}$$R3 = 1\mathrm{k}\Omega$

Portanto, há duas perguntas relacionadas aqui

1. A última maneira é realmente recomendada e segura para o meu módulo e qualquer outro módulo (razoavelmente projetado) ao qual possa estar conectado? A razão pela qual tenho dúvidas é que, olhando para os módulos em estado selvagem, a primeira maneira parece ser muito mais comum, então estou pensando que há alguma desvantagem que não percebo. Por outro lado, apenas uma saída direta do amplificador operacional também parece bastante comum ...
2. $R3$$10\mathrm{k}\Omega$

Atualizar:

Para responder às especificações ausentes de Olin: os usuários não presumiriam que a mistura passiva ao reduzir as saídas funcionaria (e, de fato, a impedância de saída de outros módulos varia, portanto, não é confiável). Portanto, basicamente qualquer comportamento que não danifique os módulos é aceitável.

Por outro lado, como a saída deste módulo não é realmente utilizável como tensão de controle (devido à natureza do módulo), uma pequena perda devido ao resistor fora do circuito não importa muito; para áudio, é apenas uma pequena queda de volume.

Finalmente, lendo este tópico , noto que um problema em potencial com a última opção é que o amplificador operacional precisa acionar qualquer capacitância de saída diretamente. Em geral, os cabos de conexão modulares são bastante curtos, mas também existem modulares do tamanho de parede que podem usar cabos de conexão mais longos.

No final, acho que estou me inclinando para a primeira opção, principalmente para evitar problemas com a capacitância do cabo, e como a desvantagem (pequena perda de sinal) não é realmente importante. Mas quaisquer pensamentos ou idéias ainda são bem-vindos!

Atualização 2:

$C_f$$C_L$

Portanto, a conclusão da atualização anterior ainda é válida, o primeiro circuito é uma aposta melhor quando não sabemos a carga.

O circuito que você deseja depende das especificações que você não nos informou. A questão importante é o que exatamente deveria acontecer quando um usuário conecta as saídas de duas dessas coisas juntas?

Se eles realmente não pretendem ser conectados, o resistor é apenas para proteção. Nesse caso, seu segundo circuito é melhor. Você define o valor do resistor para não exceder a capacidade de corrente de saída do opamp nas piores condições.

Se vários módulos se destinam a ser unidos e você deve obter o resultado médio, precisará usar seu primeiro circuito. Esse seria o caso, por exemplo, se dentro das especificações for permitido conectar os canais esquerdo e direito para ficar mono. Nesse caso, o resistor precisa ser a impedância de saída especificada de cada módulo. Se eles devem calcular a média por curto-circuito, cada um precisa ter uma impedância definida e controlada. Essa impedância deve ser especificada pelo padrão.

Por exemplo, se você escolher 1 kΩ e alguém escolher 10 kΩ, a conexão dos dois módulos não produzirá a média conforme o esperado. O sinal resultante seria 10/11 partes do seu módulo e 1/11 partes do outro módulo. Para que o esquema de média funcione, todas as impedâncias precisam ser iguais e, portanto, acordadas com antecedência.

Os dois circuitos respondem de maneira diferente a uma carga externa ao GND. Usando um caso extremo para demonstrar, assuma um resistor de 1 K em GND como a carga. No primeiro circuito, a tensão do pino de saída do opamp não muda, o ganho do circuito não muda, mas a tensão externa diminui 50%.

No segundo circuito, agora você tem um atenuador de 50% dentro do loop de feedback. Antes, a extremidade direita do R2 (68K) era conectada a uma fonte de tensão de zero ohm. Agora, ele está conectado a uma tensão equivalente de Thevenin que é 1/2 da tensão de saída do opamp, através de um resistor equivalente de 500 ohm.

Portanto, o valor do resistor de feedback é diferente, o que altera o ganho do circuito, e a tensão de feedback é muito diferente, o que realmente altera o ganho. A tensão do pino de saída do opamp dobrará (aproximadamente) enquanto tenta fechar o loop. A tensão de saída externa não diminuirá muito até que o opamp sature. Ou algo assim.

A maioria dos amplificadores operacionais possui um circuito interno de curta duração. proteção já que, quando você usa feedback negativo, é o segundo método. É por isso que os OA têm um limite de corrente tão baixo.

O lado negativo é a carga capacitiva do cabo Ic = CdV / dt requer que você calcule a tensão de alimentação e. Aqui, o limite para garantir o design evita uma saturação ou limitação da taxa de giro. Portanto, não é aconselhável elevar a unidade acima de Zo do cabo.

Eu faria o primeiro porque ele carregará o amplificador operacional independentemente quando for somado em outro efeito / estágio quando outros estiverem conectados em paralelo. O efeito colateral adicional de fornecer uma carga nos curtos de saída (devido à conexão da saída em um fora dos pontos de correção) também é bem-vindo. Eu não me preocuparia com a impedância, porque ela retornará a uma entrada desequilibrada oi-z a menos de 3 metros.