¿Cómo manejan las tarjetas de sonido el voltaje negativo?

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Siento que esta es una pregunta básica, pero no he encontrado ninguna respuesta hasta ahora.

Tomemos una tarjeta de sonido aleatoria que vive dentro de una PC. Desde las conexiones al final de la hoja de datos, asumo que funciona con 5 V y usa la conexión a tierra de la computadora. Tal vez sea una suposición errónea, pero en algunos pequeños experimentos con mi computadora portátil parece que la entrada de audio y la conexión a tierra de la salida están conectadas a la conexión a tierra general de la computadora. Por lo tanto, la tarjeta de sonido no tiene un voltaje negativo fijo al que referirse.

La forma de onda de la entrada y el audio deben tener regiones negativas y positivas. ¿Cómo manejan eso el ADC y el DAC? Si hay algún circuito externo que cambia el voltaje, no lo parece.

    
pregunta Fiat Lux

3 respuestas

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Las entradas de audio suelen ser acopladas capacitivamente . Esto significa que las frecuencias bajas se atenúan y DC, la frecuencia más baja de todas, se bloquea por completo. Por lo general, los circuitos de audio están diseñados de modo que bajo signifique algo en torno al límite inferior de la audición humana, aproximadamente 20 Hz.

Una etapa de entrada de audio típica podría tener este aspecto:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

C1 sirve para bloquear cualquier DC. La combinación paralela de R1 y R2 establece la impedancia de entrada. También puede ver este arreglo como un simple filtro RC de paso bajo, con el CR constante de tiempo , y por lo tanto la frecuencia de corte del filtro, definida por R1 || R2 y C1.

R1 y R2, mientras tanto, crean un divisor de voltaje que establece el nivel de CC como lo ve el ADC o lo que sigue. Por lo general, R1 y R2 serán iguales, de modo que el nivel de CC se encuentre a mitad de camino entre los rieles de suministro, para permitir la máxima variación de voltaje en cualquier dirección.

    
respondido por el Phil Frost
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Las fuentes de alimentación de las computadoras tienen múltiples voltajes, incluidos los negativos, por lo que si algunos amplificadores necesitan rieles dobles, estos están disponibles.

Una entrada de preamplificador de suministro único está sesgada a un voltaje positivo en la mitad del rango, y la señal de entrada se aplica a ese nodo a través de un condensador de acoplamiento que pasa AC, mientras bloquea el componente de CC, evitando que Voltaje de polarización de entrada de conducir DC a través de la fuente. (Además, a menudo se proporciona una resistencia de retorno de CC en el exterior de ese condensador en caso de que la etapa de salida del dispositivo anterior necesite que su carga sea un circuito de CC completo).

Si la línea de entrada va directamente a un chip de amplificador operacional sin un condensador de acoplamiento, ese chip debe manejar el voltaje negativo de alguna manera. Si no hay un riel de energía negativa, entonces la topología del circuito lo está haciendo. El documento de Texas Instruments Diseño de amplificador operacional de suministro único tiene una Mucha información sobre esto. Mire el párrafo Condiciones de frontera a la derecha en la primera página:

  

El uso de un solo suministro limita el rango de voltaje de salida al   tensión de alimentación positiva. Esta limitación excluye negativas   tensiones de salida cuando el circuito tiene una tensión de alimentación positiva,   pero no excluye los voltajes de entrada negativos. Como   siempre que la tensión en los cables de entrada del amplificador operacional no   se vuelve negativo, el circuito puede manejar la entrada negativa   tensiones . [Énfasis mío]

Es posible diseñar una etapa de entrada muy simple con un solo componente discreto que maneje voltajes más negativos que el suministro negativo al dispositivo. El ejemplo obvio son los transistores JFET (y, de manera similar, los MOSFETS en modo de agotamiento). El voltaje de la compuerta de cierre de un JFET de canal n está por debajo del voltaje de la fuente. Puede sesgar una entrada JFET a cero y, sin embargo, manejará los cambios negativos sin recortarlos. Busque este sencillo preamplificador para obtener una pastilla pasiva en una guitarra eléctrica. Observe cómo solo hay una fuente de alimentación única y, sin embargo, la captación, que genera tensiones positivas y negativas, está acoplada directamente a la compuerta del JFET. Solo la salida está acoplada capacitivamente.

    
respondido por el Kaz
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Las etapas de entrada y salida de audio de la tarjeta de sonido que he visto están acopladas a CA (condensador en la línea). De hecho, este es un problema importante cuando intenta usar una tarjeta de sonido PC + a como un osciloscopio, ya que no es una forma fácil de medir el nivel de CC de la entrada.

El acoplamiento de CA significa que las etapas de entrada (y salida) pueden tener su nivel de no señal (DC) en cualquier punto que elijan.

    
respondido por el Wouter van Ooijen

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