W tym poście poznamy różne obwody przedwzmacniacza i powinien być tutaj odpowiedni układ dla prawie każdego standardowego zastosowania przedwzmacniacza audio.
Jak sama nazwa wskazuje, przedwzmacniacz to układ audio, który jest używany przed wzmacniaczem mocy lub między małym źródłem sygnału a wzmacniaczem mocy. Zadaniem przedwzmacniacza jest podniesienie poziomu małego sygnału do rozsądnego poziomu, tak aby nadawał się on dla wzmacniacza mocy do dalszego wzmocnienia w głośniku.
Przekazane przez: Matrix
Przedwzmacniacz mikrofonowy
Plik przedwzmacniacz mikrofonowy pokazane powyżej charakteryzuje się wzrostem napięcia powyżej 52 dB (400 razy), co może pasować do dynamiki o wysokiej impedancji lub mikrofon elektretowy do prawie każdej sekcji sprzętu audio.
W przypadku użycia w połączeniu ze standardowymi mikrofonami, jak wspomniano tutaj, można łatwo uzyskać wyjście o wartości około 1 V RMS, chociaż regulacja wzmocnienia umożliwia ustawienie niższej mocy wyjściowej, aby zapewnić, że można wyeliminować przeciążenie obwodu przez obciążenie. .
Stosunek sygnału do szumu obwodu jest znakomity i zwykle wynosi powyżej 70 dB w odniesieniu do wyjścia 1 V RMS (przy pełnym wzmocnieniu i bez obciążenia).
Jak to działa
Proponowany obwód przedwzmacniacza MIC wzmacniacza operacyjnego składa się z kilku stopni, w tym IC1 jako wzmacniacz nieodwracający. i IC2 jako wzmacniacz odwracający.
Każdy wzmacniacz jest powszechnie dostępnym typem. Wzmocnienie w pętli zamkniętej IC1 jest ustalone na około 45 razy przez obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego zbudowany z wykorzystaniem sieci R3 i R5. Impedancja wejściowa obwodu jest ustalona na minimalną wartość 27k za pomocą R4, co jest wystarczające, aby zapobiec wystąpieniu ekstremalnego obciążenia mikrofonu, C2 umożliwia blokowanie DC na wejściu obwodu.
Obwód ma również sieć części połączonych z gniazdem wejściowym, która usuwa wszelkiego rodzaju zbłąkany impuls elektryczny i dodatkowo hamuje prawdopodobne oscylacje spowodowane fałszywym sprzężeniem zwrotnym. Urządzenie zastosowane w IC1 to NESS34 lub NE5534A, które w rzeczywistości są wysokiej klasy wzmacniaczem operacyjnym. NE5534A jest nieznacznie lepszy od i NE5534, chociaż dwa układy scalone zapewniają wyjątkową funkcjonalność przy minimalnym szumie i zniekształceniach.
C3 jest używany jako kondensator sprzęgający na wyjściu układów scalonych IC1 i VR1. VR1 działa jak normalna kontrola wzmocnienia potencjometru. Następnie sygnał jest przekazywany do kolejnego stopnia wzmocnienia. Rezystory R6 i R9 tworzą sieć z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, która zapewnia wzmocnienie napięcia w zamkniętej pętli od 10 do IC2. Umożliwia to obwodowi osiągnięcie całkowitego wzmocnienia napięcia około 450.
Jeśli chodzi o wydajność szumową, ekstremalnie wysoka wydajność nie jest tutaj krytyczna, dlatego każdy odpowiedni wzmacniacz operacyjny zamiast IC2 będzie działał. Tutaj użyliśmy wzmacniacza operacyjnego TL081CP, jednak każdy inny typ, taki jak LF351, również działałby równie dobrze. Te typy, będące wzmacniaczami operacyjnymi BiFET, zapewniają wyjątkowo niskie wielkości zniekształceń.
Projektowanie PCB
Układ komponentów
Uniwersalny przedwzmacniacz wykorzystujący wzmacniacz operacyjny LM382
Poniższy schemat obwodu przedstawia podstawowy uniwersalny przedwzmacniacz audio wykorzystujący układ scalony LM382, który oferuje bardzo niski poziom szumów, niskie zniekształcenia i rozsądnie wysokie wzmocnienie, a obwód ten może być używany w praktycznie wszystkich typowych zastosowaniach obwodu przedwzmacniacza audio.
Jak to działa
Rezystory R2 i kondensator C6 umożliwiają wyrównanie, które można zobaczyć między wyjściem przedwzmacniacza a wejściem odwracającym. Przy niskich częstotliwościach C6 ma wysoką impedancję, co skutkuje niską częstotliwością sprzężenia zwrotnego i dużym wzmocnieniem napięcia. Przy wyższych częstotliwościach impedancja C6 powoli spada, zapewniając wzmocnione ujemne sprzężenie zwrotne i wycofując odpowiedź obwodu przy wymaganych 6 dB na oktawę.
Rozciąga się tylko do częstotliwości około 2 kHz, ponieważ powyżej tej częstotliwości impedancja C6 jest dość mała w porównaniu z impedancją R2, co nie ma wpływu na stopień sprzężenia zwrotnego obwodu ani wzmocnienie napięcia.
R1 i C4 są również częścią systemu sprzężenia zwrotnego. C2 to wejściowy kondensator blokujący DC, a C3 to kondensator filtra RF, który pomaga zapobiegać zakłóceniom RF i problemom z niestabilnością z powodu sygnałów błądzących ze źródła do nieodwracającego wejścia (do którego sygnał wejściowy jest sprzężony).
LM382 ma wysoki poziom wykluczenia tętnień wyjściowych, jednak ze względu na niższy poziom sygnału wejściowego i prawdopodobieństwo, że wahania szumów mogą być dodawane do linii zasilających.
Mimo że IC1 wytwarza znaczne wzmocnienie napięcia, w jakiś sposób zapewnia poziom wyjściowy pomiędzy 50 mV RMS, co stanowi około jednej dziesiątej napięcia sterującego wymaganego przez większość wzmacniaczy wysokiej częstotliwości.
Dlatego Tr1 jest wbudowany w postać wspólnego wzmacniacza nadajnika ze wzmocnieniem napięcia wynoszącym może 20 dB. R4 umożliwia konstruktywne sprzężenie zwrotne, które zmniejsza wzmocnienie napięcia Tr1 do odpowiedniego poziomu, co dodatkowo zapewnia niższy stopień zniekształceń. IC9 łączy wyjście Tr1 z tłumikiem VR1 w celu uzyskania regulowanego wyjścia.
Pasmo przenoszenia
W przypadku sygnałów niefiltrowanych można osiągnąć niewielką redukcję szumów, zasadniczo stosując filtr odcinający wysokie tony i uzyskać stosunkowo gładką średnią charakterystykę częstotliwościową.
Proces jest realizowany przez zastosowanie podbicia wysokich tonów, jednak wielkość dostosowanego podbicia zależy od dynamicznego poziomu sygnału. Jest najwyższa w przedziałach niskiego sygnału i spada do zera przy maksimum przy sygnałach poziomu dynamicznego.
Gdy na wejściu podawany jest sygnał muzyczny, obwód umożliwia cięcie wysokich tonów, które ponownie jest optymalizowane dynamicznie, co faktycznie ma miejsce w celu skompensowania odpowiedzi na wysokie podbicie wysokich tonów.
Uniwersalny obwód przedwzmacniacza ma górny filtr odcinający wykorzystujący R7 i c8, który pozwala na tłumienie około 5 dB przy częstotliwościach 10 kHz. Dzięki temu wysokie częstotliwości mogą zostać wzmocnione o 5 dB dla wysokich poziomów sygnału. Dla wejść średnich sygnałów charakterystyka częstotliwościowa oferowana przez projekt jest po prostu płaska.
Obwód przedwzmacniacza gitarowego
Podstawową funkcją tego obwodu przedwzmacniacza gitarowego jest integracja z dowolną standardową gitarą elektryczną i podniesienie jej niskich sygnałów wejściowych struny do rozsądnie wysokich wstępnie wzmocnionych sygnałów, które mogą być następnie doprowadzone do większego wzmacniacza mocy w celu uzyskania pożądanego wzmocnionego wyjścia.
Częstotliwość sygnału wyjściowego z przetworników gitarowych zwykle różni się znacznie od przetworników do przetworników i chociaż niektóre mają bardzo wysokie napięcie, które może przepchnąć prawie każdy wzmacniacz mocy, niektóre mają tylko około 30 miliwoltów napięcia RMS lub podobnego.
Wzmacniacze zbudowane wyraźnie, które mogą być używane z gitarami, mają zwykle stosunkowo wysoką czułość i mogą być niezawodnie używane do prawie każdego odbioru, jednak podczas używania gitary z inną formą wzmacniacza (np. Wzmacniacz hi-fl) całkowita uzyskana objętość jest zawsze uważana za niewystarczającą.
Łatwym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie przedwzmacniacza, jak pokazano powyżej, przed podaniem go do wzmacniacza mocy w celu zwiększenia amplitudy częstotliwości sygnału. Wspomniana tutaj podstawowa konfiguracja ma wzmocnienie napięcia, które może naprawdę zmieniać się w zależności od jednostki do ponad 26 dB (20 razy), dlatego powinna pasować do praktycznie każdego przetwornika gitarowego i praktycznie każdego wzmacniacza mocy.
Impedancja wejściowa przedwzmacniacza powinna wynosić około 50k, a impedancja wyjściowa niska. Dlatego obwód mógłby być zastosowany jako podstawowy wzmacniacz buforowy ze wzmocnieniem napięcia równym jedności, aby dopasować się do dość wysokiej impedancji wyjściowej przetwornika gitary do wzmacniacza mocy o niskiej impedancji wejściowej, jeśli jest to wymagane.
Jako podstawę urządzenia zastosowano pojedynczy, niskoszumowy wzmacniacz operacyjny BIFET (IC1), który w związku z tym ma marginalne poziomy zniekształceń, a także stosunek sygnału do szumu około -70 dB lub wyższy, nawet gdy jednostka lub ks instrument o bardzo niskiej mocy wyjściowej, taki jak gitara.
Jak to działa
Ten projekt jest w rzeczywistości normalnym nieodwracającym obwodem konfiguracyjnym wzmacniacza operacyjnego z R2 i R3 zastosowanymi do polaryzacji nieodwracającego wejścia IC1 na około 50% napięcia zasilania.
To również ustawia impedancję wejściową obwodu na około 50k. R1 i R4 tworzą sieć z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, również z R4 o minimalnej wartości 1C1 odwracające sygnały sterujące są bezpośrednio sprzężone ze sobą, a układ zapewnia jednostkowe wzmocnienie napięcia.
Ponieważ R4 jest skalibrowany na wyższą rezystancję, wzmocnienie napięcia AC zmniejsza się stopniowo, jednak C2 wprowadza blokowanie DC tak, że wzmocnienie napięcia DC pozostaje zmienne, a wyjście wzmacniacza pozostaje spolaryzowane przy @ ½ napięcia zasilania.
Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza jest w przybliżeniu równoważne wartości R1 + R4 podzielonej przez R1, co daje w rezultacie nominalne całkowite wzmocnienie napięcia, które może przekraczać 22 razy, przy czym R4 ma najwyższą wartość.
Pobór prądu przez obwód wynosi około 2 miliamperów przy zasilaniu 9 V, co zwiększa się do około 2,5 miliamperów przy zasilaniu 30 V.
Efektywnym źródłem napięcia dla urządzenia jest kompaktowa bateria 9 V typu PP3. Kiedy używane jest zasilanie 9 V, średnie napięcie wyjściowe bez zacięcia wynosi około 2 V RMS i działa to całkiem dobrze.
Szczegóły połączenia płytki drukowanej Strip i schemat rozmieszczenia komponentów
Lista części
Wzmacniacz buforowy o wysokiej impedancji
Wzmacniacz buforowy działa również jak idealny przedwzmacniacz do większości zastosowań, jednak wraz z przedwzmacniaczem działa również jako bufor o wysokiej impedancji między stopniem wejściowym sygnału a stopniem wzmacniacza mocy. Pozwala to w szczególności na stosowanie tego typu przedwzmacniaczy z bardzo niskoprądowymi sygnałami wejściowymi, których nie stać na obciążenie innymi przedwzmacniaczami o niskiej impedancji.
Przedstawiony tutaj wzmacniacz buforowy ma zwykle impedancję wejściową powyżej 100 M przy 1 kHz, a impedancję wejściową można po prostu wyregulować do prawie dowolnego akceptowalnego poziomu poniżej tego punktu. Wzmocnienie napięcia obwodu wynosi jedność.
Jak to działa
Rysunek powyżej przedstawia schemat obwodu wzmacniacza buforowego o wysokiej impedancji, a urządzenie jest w zasadzie tylko wzmacniaczem operacyjnym pracującym jako wzmacniacz nieodwracający dla wzmocnienia jedności. Poprzez sprzężenie wyjścia układu scalonego IC1 bezpośrednio z jego odwracającym wejściem, w systemie dodawane jest 100% ujemnego sprzężenia zwrotnego, aby uzyskać wymagane wzmocnienie napięcia jednostkowego wraz z bardzo wysoką impedancją wejściową.
To powiedziawszy, obwód polaryzacji, który w tej sytuacji zawiera od R1 do R3, bocznikuje impedancję wejściową wzmacniacza, tak że ogólnie obwód zapewnia impedancję wejściową znacznie mniejszą niż sam IC1. Impedancja wejściowa wynosi około 2,7 megaoma i dla większości zastosowań może to być wystarczające.
Jednak działanie bocznikujące rezystorów polaryzacji mogłoby zostać usunięte i jest to celem „ładowania początkowego” kondensatora C2. Podłącza sygnał wyjściowy do złącza trzech rezystorów polaryzacji, a zatem każda regulacja napięcia wejściowego jest równoważona przez równe przesunięcie napięcia na wyjściu IC1 i na przecięciu trzech rezystorów polaryzacji.
W roli IC1 zastosowano podstawowy wzmacniacz operacyjny 741 C, który, jak wspomniano wcześniej, zapewnia impedancję wejściową zwykle przekraczającą 100 megaomów przy 1 kHz, co powinno być wystarczające dla każdej standardowej implementacji.
Wyższa impedancja wejściowa, którą można osiągnąć za pomocą wzmacniacza operacyjnego dla wejść FET, naprawdę nie ma żadnego praktycznego znaczenia, więc istnieje kilka wad w przypadku większości systemów wejściowych FET w tym obwodzie.
Po pierwsze, mają one w rzeczywistości skłonność do oscylacji, gdy wejście jest otwarte (kiedy wejście jest podłączone do urządzenia, oscylacje są tłumione i eliminowane).
Inną wadą jest to, że moc wejściowa tak wielu urządzeń wejściowych FET jest znacznie wyższa niż w urządzeniach bipolarnych, takich jak 741 IC. Dzięki temu działaniu bocznikującemu, w większości częstotliwości impedancja wejściowa jest teraz zmniejszona, podczas gdy przy niskich częstotliwościach basowych i średnich częstotliwościach impedancja wejściowa jest po prostu wyższa.
W tym celu niezbędna jest stosunkowo niska impedancja wejściowa (jak przetwornik, który ma zalecaną impedancję ładunku wiele 100 kiloomów i M omów), jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest wyeliminowanie C2 i zmiana ilości R1 na R3 w celu osiągnięcia żądaną impedancję wejściową.
Lista części
Układ PCB
Przedwzmacniacz operacyjny dla sygnałów 2,5 mV
Ten szczególny obwód przedwzmacniacza operacyjnego jest niezwykle czuły i pozwala podbić sygnały tak niskie, jak 2,5 mV do 100 mV. W rzeczywistości wywodzi się ze starej koncepcji przedwzmacniacza RIAA.
We wcześniejszych czasach moc wyjściowa wkładu z ruchomą cewką magnesu lub wysokiego napięcia wynosiła zwykle zakres od 2,5 do 10 miliwoltów, tak że przetwornik mógł być zbalansowany ze wzmacniaczem mocy (prawdopodobnie wymagałoby to sygnału wyjściowego o wartości kilkuset miliwoltów RMS).
Chociaż moc wyjściowa wkładek magnetycznych i ruchomych cewek wzrosłaby o 6 dB na oktawę, można by to obejść bez potrzeby jakiejkolwiek korekcji, aby temu przeciwdziałać, ponieważ podczas procesu nagrywania konieczne było zastosowanie odpowiedniego wyrównania.
Niemniej jednak korekta byłaby nadal konieczna, ponieważ podczas procesu nagrywania stosowane byłoby obcięcie basów i podbicie wysokich tonów, oprócz regulacji, charakterystyka częstotliwościowa często przeciwdziałała zwiększeniu o 6 dB sygnału wyjściowego.
Obcięcie basu musiało zostać uwzględnione, aby zatrzymać niepotrzebne modulacje rowków o niskiej częstotliwości, a potrójne wzmocnienie (z potrójnym obcięciem podczas odtwarzania) zapewniłoby prostą, ale wydajną funkcję redukcji szumów.
Rysunek powyżej jest w rzeczywistości typowym wykresem odpowiedzi częstotliwościowej obwodu przedwzmacniacza RIAA, który pokazuje niezbędne parametry wymagane do pomyślnej implementacji bardzo czułego przedwzmacniacza, takiego jak ten.
Jak działa obwód
W rzeczywistych zastosowaniach wzmacniacze korekcyjne RIAA zwykle odbiegałyby nieco od idealnej odpowiedzi, chociaż specyfikacje urządzenia nie były brane pod uwagę krytycznie.
W rzeczywistości jednak nawet prosta sieć wyrównawcza składająca się z sześciu zestawów kondensatorów rezystancyjnych zwykle powoduje maksymalny błąd nie większy niż jeden lub 2 dB, co w rzeczywistości wygląda całkiem OK.
R2, R3 używane do połączenia tego napięcia zniekształcenia z IC1. R2. C2 filtruje wszelkie zniekształcenia lub buczenie na zasilaczu, zapobiegając dodawaniu zakłóceń do zasilania wzmacniacza.
Wysoka wartość R3 zapewnia wysoką impedancję wejściową dla obwodu, jednak jest ona przenoszona przez R4 do niezbędnego poziomu około 47k.
Kilka innych odbiorników może przedstawiać barierę obciążenia 100k i dlatego R4 należy zwiększyć do 100k, jeśli jednostka ma być realizowana za pomocą sygnału wejściowego, tak jak w starych przetwornikach.
Wysoka impedancja wejściowa wzmacniacza pozwala na użycie bardzo małej wartości części dla C3 bez poświęcania basów obwodu.
Jest to korzystne, ponieważ eliminuje znaczny poziom udarów prądowych przy włączaniu sygnałów wejściowych, gdy tylko urządzenie rozpocznie normalne funkcjonowanie.
Selektywne częstotliwościowo ujemne sprzężenie zwrotne nad IC1 zapewnia niezbędną regulację odpowiedzi częstotliwościowej.
Przy średnich częstotliwościach R5 i R7 są głównymi wyznacznikami wzmocnienia obwodu, ale przy niższych częstotliwościach C6 dodaje znaczną impedancję R5, aby zminimalizować ujemne sprzężenie zwrotne i zwiększyć wymagane wzmocnienie.
Podobnie, impedancja C5 jest mała przy wysokich częstotliwościach w porównaniu z impedancją R5, a wpływ bocznikowania C5 prowadzi do większego sprzężenia zwrotnego i koniecznego odchylenia wysokich częstotliwości.
Ponieważ obwód generuje wzrost napięcia o ponad 50 dB w średnich częstotliwościach audio, moc wyjściowa staje się wystarczająco wysoka, aby zasilać dowolny standardowy wzmacniacz mocy, nawet gdy jest używany z sygnałem wejściowym o wartości zaledwie około 2,5 mV RMS.
Obwód jest zasilany dowolnym napięciem od około 9 do 30 woltów, ale zaleca się pracę z odpowiednio wysokim potencjałem zasilania (około 20–30 woltów), aby umożliwić rozsądny procent przeciążenia.
Gdy obwód jest podawany z wysokim sygnałem wyjściowym, ale tylko z napięciem zasilania około 9 V, prawdopodobne jest minimalne przeciążenie.
Lista części
Układ PCB
Poprzedni: Obwód zasilania laboratorium Dalej: Jak zaprojektować obwody wzmacniacza mocy MOSFET - wyjaśnienie parametrów
