OpAmp Rail2Rail, 30V ... e mais umas coisinhas

[SerraCabo]

Oi, pessoal.

É claro que perguntar por um OpAmp rail to rail nas saídas em entradas, que trabalhe de 5 a 30V, DIP ou SOIC (menos que 1.27 entre patas não dá) e que custe menos de 1€, é impressão minha ou é pedir muito?

Abraço
SC

[senso]

Mas é +/-30V ou +/-15V?

[SerraCabo]

+/-15V

Obrigado.
SC

[dropes]

Olá

As especificações estão muito breves, existem inúmeros ops e cada um tem a sua referência.
Nada melhor que saber o que se pretende e sua praticabilidade, para depois se escolher.

Na maior parte são duplos, depois existem os diferenciais, ganhos, impedâncias entrada saída, de menor ruído ou de instrumentação, baixo consumo, potência.

Assim pela gama de tensões iria para o tradicional LM358, a partir de 0.37 na mouser...
3..36V

[Njay]

Para 30V só vejo rail-to-rail output, e não é abaixo de 1€....

https://pt.mouser.com/c/semiconductors/amplifier-ics/operational-amplifiers-op-amps/?q=rail%20to%20rail%20amp&package%20%2F%20case=DIP-8%7C~PDIP-16~~PDIP-8%7C~SOIC-14~~SOT-353-5&supply%20voltage%20-%20max=15%20V~~16%20V%7C~36%20V~~40%20V&instock=y&OrgTerm=ampop%20rail-to-rail&NewSearch=1&rp=semiconductors%2Famplifier-ics%2Foperational-amplifiers-op-amps%7C~Package%20%2F%20Case%7C~Supply%20Voltage%20-%20Max&sort=pricing

[dropes]

Para 30V só vejo rail-to-rail output, e não é abaixo de 1€....

Realmente colocar 30V na entrada de um amp-op não tem sentido (instrumentação?!),
quanto á saída ainda se entende, rail2rail anda perto da alimentação, mas só o SC sabe melhor 

[SerraCabo]

Lá vou eu falar p’a caraças. Deve haver gralhas.

Eu trabalhei muuuuito tempo em audiovisuais. Fiz de tudo, principalmente som e manutenção (reparação) e controlo (ajuste dos parâmetros de funcionamento de câmaras) da electrónica subjacente a imagem. A electrónica de som é relativamente simples, a de imagem mais complicada. Estamos obviamente a falar da época em que (quase) tudo era analógico.

O que mais gostava (e gosto) de fazer é som, mas a parte vídeo (imagem) era mais apetito$a.

OK.

Quando comecei a fazer som dispunha de uma mesa de mistura a transístores mais uns quantos periféricos incluindo gravadores de fita magnética de ¼” (vulgo fita de arrasto(*1) … mais ou menos a que toda a gente conhece). No entanto já se tinham generalizado circuitos a OPAMPs. Nessa altura era comum que esses circuitos fossem alimentados a +-12V ou +-15V. Havia alguns apenas a +12V mas eram poucos.

Nessa altura o engulho da tecnologia residia na ‘máquina’ (gravador de som). Gravavam sinais com determinada intensidade magnética que variava consoante a qualidade das fitas, mas isso é outra conversa. A verdade é que com esses gravadores se trabalhava bem entalado entre o nível (vulgo volume) de ruído de fundo e a distorção que ocorria quando o nível era alto. Os gravadores tinham, um VU (vulgo ‘vuímetro’) onde 0dbVU(*3) significava 3% de distorção. Sendo o ‘db’ uma ‘medida’ logarítmica relativa a aplicar a cada caso, significava que, neste caso, quando se media o nível de som em db-VU (‘db de máquina’) se tinha a noção da distância a esse nível de 3% de distorção (*2).

Ok (novamente).

Entretant, os sinais que circulavam nos cabos (fios que interligavam equipamentos) tinham igualmente níveis que habitualmente se mediam em db mas com outras bitolas de comparação. Assim, havia o dbm (relativo a 1mW a 600 Ohm) com que nunca trabalhei, o dbU e o dbV (mais usado nos EUA). O dbU era relativo a 775mV e o dbV relativamente a 1V. Quando recebia algum equipamento calibrado a dbV recalibrava para dbU para simplificar as coisas.

Ora bem (para evitar o OK). Nos estúdios (sejam de que tipo for) há vários inimigos figadais, um dos quais a ‘alterna’, interferência causada pela frequência das alimentações de 220V. Há várias formas de minimizar o problema e a malta usava tantas quanto possível.

A tal medição em dbU ou dbV que, como vimos, tem a ver com os ‘Volts’ é o nível eléctrico nominal em que os sinais circulavam nos cabos e que, quando me juntei ao processo, já tinha sido estabelecido dever ser +4dbU (aprox 1.23Vac). Isso significa que, para uma sinusóide, os circuitos tinham que se aguentar, pelo menos, 1.75Vpk (de pico positivo e negativo)  ou 3.5Vpp (pico a pico).. coisa corriqueira.

Feitas estas continhas e calibrado o sistema, sabia-se que com o ganho da máquina a zero +4dbU corresponderia a 0dbVU (os tais 3% de distorção). Desta forma bastaria olhar para os VUs da mesa de mistura e sabia-se que a medição corresponderia aos da máquina.

… a porra é que o som não se coaduna com sinusóides e alguém já tinha decidido que os circuitos deveriam ser capazes de se aguentar com 8db acima do nominal (headroom), ou seja, +12dbU mesmo que a distorção subisse muito (mas pouco tempo - poucas décimas de segundo).

+12dbU significa 3.1Vac o que implica que os circuitos se tivessem que aguentar com 9Vpp. As mesas de mistura trabalhavam já a +-15V, podendo ‘aguentar’ uns 25Vpp. Isso era importante para que o técnico não se tivesse que preocupar muito com a saturação dentro da mesa de mistura, em particular nos circuitos de equalização (vulgo graves, agudos, etc, etc) e os compressores, que fizessem parte da misturadora quer estivessem cá fora ligados a ela.

Pois bem, surgem os gravadores digitais (ao início videogravadores dedicados a gravar apenas som) e logo gravadores digitais em fita de arrasto. Paralelamente surgiram videogravadores com pistas HiFi gravando som em FM juntamente no canal de imagem. Estas novas tralhas trouxeram um aumento brutal na dinâmica (‘distância’ entre o nível de ruído e o nível de intensidade máxima de som) e alguém bem colocado (provavelmente na Áudio Engeneering Society) decidiu que o headroom passasse a 18db. Pois. Já não havia os tais 3% de distorção, os sistemas fariam simplesmente ‘clip’ (limitação) a sinusóides 18db acima dos +4dbU. Héhé. Há, portanto, que conseguir manipularem-se sinais eléctricos 8x (18db) acima dos 1.23Vac, ou seja 9.8V. Se não me engano nas contas, isso dá 13.8Vpk, ligeiramente abaixo da alimentação de +15V. Sendo AC, implica 27,6Vpp. Continua-se a trabalhar-se a 0dbVU sabendo-se que não irá praticamente haver distorção nos tais casos em que anteriormente ela subiria significativamente.

Percebem agora a pancada do ‘je’ relativamente a OPAMPS de +-15V?

Já agora, à época, os equipamentos domésticos (vulgo aparelhagens) trabalhavam a -10dbU, equivalente a 1/3 de 775mV.




*1 – Chama-se-lhe fita de arrasto em oposição à fita magnética klang que era perfurada (como o caso da película de imagem), https://obsoletemedia.org/35mm-magnetic-film/

*2 – A determinada altura as fitas eram tão boas que os tais 3% de distorção eram empurrados para +3dbVU ou ainda mais para cima. Podiam gravar-se sinais mais ‘fortes’ se a electrónica o permitisse. O patamar de ruído ia paralelamente baixando, mas nada de radical.

*3 – Deveria, suponho, escrever-se dB porque deriva de Bell – o Alexander Bell.

[Njay]

Mas se a maior amplitude do teu sinal é ~9Vpp, qualquer ampop alimentado a 15V dá perfeitamente, não precisa de ser rail-to-rail. Normalmente o sinal está centrado em 0V e portanto as entradas e saídas hão-de variar entre ~ -4.5V e +4.5V, que "são amendoins" para qualquer ampop alimentado a -/+15V.

[SerraCabo]

... 9.8Vac (em sinusóide), 13.8Vpk, 27.6Vpp. Daí os +-15V.

SC

[Njay]

... 9.8Vac (em sinusóide), 13.8Vpk, 27.6Vpp. Daí os +-15V.

Ah, ok... lapso meu. Mas é assim.... por exemplo um LM358 mete à saída, garantidamente, até Vcc/Vss - 1.5V...  que daria, a -+15V, 13.5V, bastante perto de 13.8V, se calhar não é preocupante para a aplicação em causa, e podemos ter em conta que V - 1.5V é o pior caso "over temperature" etc, eles são provavelmente melhores que isso (dá para fazer um teste). Se ainda assim for crítico chegar aos 13.8Vp, na verdade o LM358 pode ser alimentado a -+16V... se der para esticar um bocadinho a alimentação para -+ (13.8 + 1.5) 15.3V, já fica completamente dentro da spec.

[KammutierSpule]

Vejam também CMRR e o SNR (Signal-to-Noise Ratio)

O SNR é o equivalente a "bits" em digital. Se esse SNR for muito mau, a qualidade do audio é má...

Este parametro está relacionado com a "head room" que falas. Podes ter muita "head room", mas depois se o SNR for mau, o sinal que tens no nivel "normal" é mau..

Assim podes considerar ter OPAMPs menos bons, mas só a trabalhar até aos níveis de interesse (e depois fora desse intervalo de interesse, tens saturação) ou se quiseres mesmo essa "head room" toda, deves procurar um OPAMP especializado em audio (por exemplo os da TexasIntruments)

[SerraCabo]

(ao fim continua de seguida)

Em relação ao que eu estava a falar, o SNR dos OPAMPS não era para aí chamado. Mesmo nos anos 80 qualquer OPAMP ranhoso tinha uma excelente relação sinal/ruido comparada à de um excelente gravador. Geralmente a electrónica dos gravadores (analógicos) andava pelos 60 a 70dbs mas não contando com a fita. Com a fita, regrediam a 55dbs, às vezes um pouco menos.

O headroom era aquilo com que se podia (ou não) contar para que um súbito aumento de nível (inesperado) não arruinasse a gravação. Quando o ambiente era de incerteza, gravava-se 10db abaixo do zero, e o ruído estava presente (coeficiente de cagaço, como na engenharia). Para atenuar a coisa usava-se companders, habitualmente Dolby A (4 bandas) ou (para os mais tesos) Dolby B ou C. O Dolby SR apareceu mais tarde. Mas os Dolby's eram caros (ou maus e baratos). Eu trabalhei sem Dolby e com Dolby A e B ou C (já não recordo mas parece-me que C, numa máquina Fostex de 16 pistas). Havia outro concorrente chamado DBX mas suponho que seria parecido com o Dolby B ou C. Nunca trabalhei com ele.

A porra do Dolby's, particularmente o A, era que implicava que a máquina tivesse uma resposta bastante linear e que os níveis de gravação e em particular os de reprodução estivessem aferidos ao próprio Dolby. A gaita é que esses níveis e resposta em frequência variavam com a marca e modelo de fita (como se já não bastasse o problema da afinação do 'bias' da fita). Se não estivessem bem aferidos, o efeito tinha pinta de estar alguém a mexer nos agudos à medida que o nível subia ou descia. No caso do Dolby A isto acontecia nos mais graves, menos graves e menos agudos e agudos (as 4 bandas).

Em ambientes de estúdio não há muito tempo para um gajo se dedicar a estas minudências já para não dizer que pelo menos naquela altura poucos tinham a noção destas coisas. A solução mais simples era usar-se sempre uma marca e um modelo de fita boa (e cara). Recordo, por exemplo, ter usado a Ampex 456 e a BASF 911. A malta do cinema usava fitas Piral e Agfa, mas nada sei sobre isso. Às vezes as importações estavam bloqueadas no Banco de Portugal (pois, nessa época aconteciam coisas estranhas) e tínhamos que usar fitas cuja qualidade avaliávamos como “fitas de nastro”.

Quando apareceu a gravação digital (inicialmente de 16 bits) a coisa não melhorou muito porque embora o SNR fosse melhor, a distorção aumentava linearmente à medida que o nível baixava. Pois. Poucos bits, mais distorção. Mas eu nessa altura estava meio fora do processo e, entretanto, a bitalhada aumentou em paralelo à taxa de amostragem. De qualquer forma ainda trabalhei bastante com gravadores de imagem com gravação de áudio em FM (no canal de vídeo) que tinham um SNR acima de 80dbs, mais o headroom (o headroom não era para ‘queimar’, logo, não entrava na especificação). Na prática, os fabricantes diziam por exemplo, 80db de SNR mais 18dbs de headroom.

[SerraCabo]

O headroom é uma coisa com que normalmente não se conta (ou não deve contar). Claro que para a malta que trabalha em “musica” de partir pedra, tudo isso é irrelevante.

Entretanto o aumento geral de qualidade (e do headroom) veio trazer um problema. A malta da produção, digamos, dramática, tende a dar valor à dinâmica, a malta da publicidade não. Na publicidade o nível é ‘a partir’. Fiz muita, e é até cheirar a queimado. Se assim não fosse a ‘minha’ produção ‘desapareceria’ (não se ouviria) no meio da restante publicidade (não se ouviria .. comparativamente).

As TVs, entretanto, aqui e lá fora, caíram na mão de (cala-te boca) que não perceberam que havia que aplicar uma atenuação fixa de 10 a 16dbs à publicidade. O problema então era que ao entrar a publicidade o nível disparava e incomodava a audiência. Este problema era curto no tempo em que o HiFi era ranhoso (baixo headroom), passou a bicudo quando o HiFi melhorou (alto headroom).

Vai daí entram as “altas autoridades” e os políticos, ainda mais (cata-te boca), e começaram a reclamar por uma “normalização” do nível de som. Adorem tudo terraplanar. Suponho que algumas estações por cabo o não fazem, mas nos canais ‘mainstream’ o som está permanentemente empastelado.

Normalização do nível de som é uma espécie de golfinho pendurado no estendal. Em socorro das “altas autoridades” aparece … a Dolby ***pois*** que produz um ‘normalizador’ de nível que tudo empastela. Como a generalidade da malta é entretanto surda ou não sabe ouvir …

Já agora, é por isso que a generalidade dos ‘remasters’ da música é uma treta. Nesse campo a peste chama-se ‘masterizadores’. Numa primeira fase martelavam a dinâmica, neste momento o ‘pitch’ (frequência) e, pasme-se, o ritmo. É a pasmaceira total. Daí o velho vinil, mesmo podre, ter mais graça do que eu esperava.

**** e não esquecer que em estúdio, uma gravação era sistematicamente para regravar noutra fita (cópia de cópia) acabando em 3 gerações.

No canal
https://www.youtube.com/user/pegzch
há excelentes vídeos também sobre este assunto. Se conseguir encontrar deixo aqui links.

[SerraCabo]

Um exemplo:



Outro, talvez ainda mais interessante:



SC

[SerraCabo]

Mais um follow-up a que eu chamaria

The day the Pop Music died.



SC