V tomto príspevku sa naučíme rôzne obvody predzosilňovača a malo by tu byť vhodné rozloženie pre takmer každú štandardnú aplikáciu predzosilňovača zvuku.
Ako už názov napovedá, predzosilňovač je zvukový obvod, ktorý sa používa pred výkonovým zosilňovačom alebo medzi malým zdrojom signálu a výkonovým zosilňovačom. Úlohou predzosilňovača je zvýšiť úroveň malého signálu na rozumnú úroveň tak, aby sa stal vhodný pre výkonový zosilňovač na ďalšie zosilnenie do reproduktora.
Prispel: Matrix
Mikrofónový predzosilňovač
The predzosilňovač mikrofónu zobrazené vyššie má zosilnenie napätia viac ako 52 dB (400-krát), ktoré by mohlo vyhovovať dynamike s vysokou impedanciou alebo elektretový mikrofón na takmer ktorúkoľvek časť zvukového zariadenia.
Ak sa použije v spojení so štandardnými mikrofónmi, ako je tu uvedené, je možné ľahko získať výstup približne 1 volt RMS, hoci regulácia zosilnenia umožňuje nastavenie nižšieho výkonu, aby bolo možné vylúčiť preťaženie obvodu záťažou. .
Pomer signálu k šumu obvodu je vynikajúci a je normálne nad 70 dB vzhľadom na výstup 1 V RMS (s plným zosilnením a bez zaťaženia).
Ako to funguje
Navrhovaný obvod predzosilňovača MIC pre operačný zosilňovač sa skladá z niekoľkých stupňov, ktoré zahŕňajú IC1 ako neinvertujúci zosilňovač. a IC2 ako invertujúci zosilňovač.
Každý zosilňovač je bežne dostupný typ. Zisk uzavretej slučky IC1 je fixovaný približne 45-krát cez obvod negatívnej spätnej väzby vybudovaný pomocou siete R3 a R5. Vstupná impedancia obvodu je fixovaná na minimálnu hodnotu 27k pomocou R4, čo je dostatočné na zabezpečenie toho, aby nedochádzalo k extrémnemu zaťaženiu mikrofónu, C2 umožňuje DC blokovanie na vstupe obvodu.
Obvod má tiež sieť častí spojených so vstupným konektorom, ktorý odstraňuje akýkoľvek druh rozptýleného zachytávania elektrického šumu a dodatočne inhibuje pravdepodobné kmity spôsobené rušivou spätnou väzbou. Zariadenie použité pre IC1 je NESS34 alebo NE5534A, čo je vlastne špičkový operačný zosilňovač. NE5534A je o niečo lepší ako i NE5534, aj keď tieto dva integrované obvody poskytujú výnimočnú funkčnosť s minimálnym šumom a skreslením.
C3 sa používa ako väzbový kondenzátor na výstupe IC1 a VR1. VR1 funguje ako normálna kontrola zisku potu. Ďalej je signál spojený s nasledujúcim stupňom zosilnenia. Rezistory R6 a R9 tvoria sieť so zápornou spätnou väzbou, ktorá zaisťuje zisk napätia v uzavretej slučke 10 až IC2. To umožňuje obvodu dosiahnuť celkový zosilnenie napätia okolo 450.
Pokiaľ ide o účinnosť šumu, extrémny vysoký výkon tu nie je rozhodujúci, a preto bude namiesto IC2 fungovať akýkoľvek vhodný operačný zosilňovač. Tu sme použili operačný zosilňovač TL081CP, avšak rovnako dobrý by bol aj akýkoľvek iný typ, napríklad LF351. Tieto typy, ktoré sú operačnými zosilňovačmi BiFET, poskytujú extrémne nízke hodnoty skreslenia.
Dizajn DPS
Usporiadanie komponentov
Univerzálny predzosilňovač využívajúci operačný zosilňovač LM382
Schéma zapojenia nižšie zobrazuje základný univerzálny zvukový predzosilňovač využívajúci IC LM382, ktorý ponúka veľmi nízky šum, nízke skreslenie a primerane vysoký zisk a tento obvod je možné použiť prakticky pre všetky bežné aplikácie obvodov predzosilňovača zvuku.
Ako to funguje
Rezistory R2 a kondenzátor C6 umožňujú vyrovnanie, ktoré je viditeľné medzi výstupom predzosilňovača a invertujúcim vstupom. Pri nízkych frekvenciách obsahuje C6 vysokú impedanciu, ktorá vedie k nízkej frekvencii spätnej väzby a vysokému napätiu. Pri väčších frekvenciách impedancia C6 pomaly klesá, čo poskytuje zvýšenú negatívnu spätnú väzbu a odvíja odozvu obvodu na potrebných 6 dB na oktávu.
Rozprestiera sa iba na frekvenciu okolo 2 kHz, pretože nad touto frekvenciou je impedancia C6 v porovnaní s impedanciou R2 pomerne malá, čo nemá žiadny vplyv na stupeň spätnej väzby alebo zosilnenie napätia obvodu.
R1 a C4 sú tiež súčasťou systému spätnej väzby. C2 je vstupný DC blokujúci kondenzátor a C3 je kondenzátor RF filtra, ktorý pomáha predchádzať problémom s RF interferenciou a nestabilitou v dôsledku bludných signálov zo zdroja na neinvertujúci vstup (ku ktorému je vstupný signál pripojený).
LM382 má vysokú úroveň vylúčenia zvlnenia výstupu, avšak kvôli svojej nižšej úrovni vstupného signálu a pravdepodobnosti, že do napájacích vedení môžu byť pridané fluktuácie šumu.
Aj keď IC1 vytvára značné množstvo zosilnenia napätia, nejako poskytuje niekde medzi výstupnou úrovňou 50 mV RMS, čo je asi jedna desatina napájacieho napätia potrebného pre väčšinu vysokofrekvenčných zosilňovačov.
Preto je Tr1 začlenený do formy spoločného emitorového zosilňovača s napäťovým ziskom asi 20 dB. R4 umožňuje konštruktívnu spätnú väzbu, ktorá znižuje napäťový zisk Tr1 na správnu úroveň, čo navyše poskytuje nižší stupeň skreslenia. IC9 spája výstup Tr1 s atenuátorom VR1 pre získanie nastaviteľného výstupu.
Frekvenčná odozva
Pre nefiltrované signály by sa dalo dosiahnuť malé množstvo redukcie šumu, hlavne použitím filtra výškových rezov, a možno získať relatívne hladkú priemernú frekvenčnú odozvu.
Proces je implementovaný aplikáciou vysokých výšok, avšak množstvo prispôsobeného zosilnenia závisí od dynamickej úrovne signálu. Je najvyššia v intervaloch nízkeho signálu a pri signáloch dynamickej úrovne klesá na maximum.
Keď je na vstup privádzaný hudobný signál, obvod umožňuje výškový rez, ktorý je opäť dynamicky optimalizovaný, čo sa skutočne deje, aby sa kompenzovala odozva zvýšenia vysokých výšok.
Univerzálny obvod predzosilňovača má horný filter využívajúci R7 a c8, ktorý umožňuje útlm okolo 5 dB s frekvenciami 10 kHz. Vďaka tomu môžu byť vysoké frekvencie zosilnené o veľkosť 5 dB pre vysoké úrovne signálu. Pre vstupy stredného signálu je návrhová frekvenčná odozva iba plochá.
Obvod predzosilňovača gitary
Základnou funkciou tohto gitarového predzosilňovacieho obvodu je integrácia s ľubovoľnou štandardnou elektrickou gitarou a zvýšenie jeho nízkych vstupných strunových signálov na primerane vysoké predzosilnené signály, ktoré by sa potom mohli privádzať do väčšieho výkonového zosilňovača pre požadovaný zosilnený výstup.
Frekvencia výstupného signálu z gitarových snímačov má tendenciu sa veľmi líšiť od snímacích snímačov k snímačom, a hoci niektoré majú veľmi vysoké napätie, ktoré dokáže tlačiť na takmer akýkoľvek zosilňovač výkonu, niektoré majú napätie okolo 30 milivoltov RMS.
Zosilňovače výslovne vyrobené, ktoré sa dajú použiť s gitarami, majú zvyčajne relatívne vysokú citlivosť a dajú sa spoľahlivo použiť takmer na akýkoľvek snímač. Avšak pri použití gitary s inou formou zosilňovača (napríklad Hi-fl zosilňovač) celkový dosiahnutý objem sa vždy považuje za nedostatočný.
Ľahkým riešením tohto problému je použitie predzosilňovača, ako je uvedené vyššie, pred jeho napájaním do výkonového zosilňovača na zvýšenie amplitúdy frekvencie signálu. Tu uvedená základná konfigurácia má zosilnenie napätia, ktoré sa môže skutočne líšiť od jednotky k viac ako 26 dB (20-krát), preto by malo vyhovovať prakticky každému zosilňovaču gitary a prakticky každému výkonovému zosilňovaču.
Vstupná impedancia predzosilňovača by mala byť asi 50 k a výstupná impedancia je nízka. Preto by sa obvod mohol použiť ako základný vyrovnávací zosilňovač so ziskom jednoty napätia, ktorý vyhovuje dosť vysokej výstupnej impedancii snímača gitary, až po výkonový zosilňovač s nízkou vstupnou impedanciou, ak je to potrebné.
Ako základ pre jednotku sa použil osamelý nízkošumový operačný zosilňovač BIFET (IC1), ktorý má preto marginálne úrovne skreslenia, ako aj pomer signálu k šumu okolo -70 dB alebo vyšší, aj keď jednotka alebo Volkswagen s nástroj s veľmi nízkym výkonom ako gitara.
Ako to funguje
Táto konštrukcia je v skutočnosti normálnym neinvertujúcim konfiguračným obvodom operačného zosilňovača s R2 a R3 použitými na predpätie neinvertujúceho vstupu IC1 na približne 50% napájacieho napätia.
Tieto tiež nastavujú vstupnú impedanciu obvodu na približne 50 k. R1 a R4 tvoria sieť so zápornou spätnou väzbou, taktiež s R4 na minimálnej hodnote sú invertujúce riadiace signály 1C1 navzájom priamo spojené a obvod poskytuje jednotkové napätie.
Pretože R4 je kalibrovaný na vyšší odpor, zosilnenie striedavého napätia postupne klesá, avšak C2 zavádza blokovanie jednosmerného prúdu tak, že zosilnenie jednosmerného napätia zostáva premenlivé a výstup zosilňovača zostáva skreslený pri hodnote ½ napájacieho napätia.
Napäťový zisk zosilňovača je zhruba ekvivalentný R1 + R4, vydelený R1, čo vedie k nominálnemu celkovému zosilneniu napätia možno nad 22-krát, pričom R4 má najvyššiu hodnotu.
Prúdová spotreba obvodu je okolo 2 miliampérov pri napájaní 9 voltov, čo sa pri použití napájania 30 voltov zvyšuje na približne 2,5 miliampérov.
Účinným zdrojom napätia pre zariadenie je kompaktná 9 voltová batéria typu PP3. Keď sa použije 9 voltové napájanie, priemerné odopnuté výstupné napätie je okolo 2 voltov RMS, a to funguje celkom dobre.
Detaily pripojenia DPS a schéma rozloženia komponentov
Zoznam položiek
Vysokoimpedančný zosilňovač
Vyrovnávací zosilňovač funguje tiež ako ideálny predzosilňovač pre väčšinu aplikácií, ale spolu s predzosilnením funguje aj ako vyrovnávacia pamäť s vysokou impedanciou medzi vstupným stupňom signálu a stupňom výkonového zosilňovača. Toto umožňuje predovšetkým použitie týchto typov predzosilňovačov so vstupnými signálmi s extrémne nízkym prúdom, ktoré si nemôžu dovoliť zaťaženie inými predzosilňovačmi s nízkou impedanciou.
Tu zobrazený vyrovnávací zosilňovač má normálne viac ako 100 M vstupnú impedanciu pri 1 kHz a vstupnú impedanciu je možné jednoducho upraviť na takmer ľubovoľnú prijateľnú úroveň pod týmto bodom. Zisk napätia obvodu je jednota.
Ako to funguje
Obrázok vyššie zobrazuje schému zapojenia zosilňovača s vysokou impedanciou vyrovnávacej pamäte a jednotka je v podstate iba operačným zosilňovačom fungujúcim ako neinvertujúci zosilňovač na získanie jednoty. Spojením výstupu IC1 priamo s jeho invertujúcim vstupom sa do systému pridá 100% negatívnej spätnej väzby, aby sa dosiahol potrebný jednotkový napäťový zisk spolu s veľmi vysokou vstupnou impedanciou.
To znamená, že skreslený obvod, ktorý v tejto situácii zahŕňa R1 až R3, posúva vstupnú impedanciu zosilňovača tak, že obvod celkovo poskytuje vstupnú impedanciu oveľa menšiu ako samotný IC1. Vstupná impedancia je okolo 2,7 megohmov a pre väčšinu aplikácií to môže stačiť.
Avšak posunovacia činnosť predpätých rezistorov mohla byť odstránená, a to je cieľom „bootstrappingu“ kondenzátora C2. Pripája výstupný signál k spojeniu troch predpätých rezistorov, a teda akákoľvek úprava vstupného napätia je vyvážená rovnakým posunom napätia na výstupe IC1 a na priesečníku troch predpätých rezistorov.
V úlohe IC1 je použitý základný operačný zosilňovač 741 C, ktorý, ako už bolo uvedené, poskytuje vstupnú impedanciu zvyčajne presahujúcu 100 megohmov pri 1 kHz, ktorá by mala byť úplne postačujúca pre akúkoľvek štandardnú implementáciu.
Vyššia vstupná impedancia, ktorú je možné dosiahnuť použitím operačného zosilňovača pre vstupy FET, skutočne nemá žiadny praktický význam, takže väčšina vstupných systémov FET v tomto obvode má niekoľko nevýhod.
Po prvé, že v skutočnosti majú sklon k oscilácii, keď je vstup otvorený (keď je vstup pripojený k zariadeniu, oscilácie sú tlmené a eliminované).
Druhou nevýhodou je, že vstupný výkon toľko vstupných zariadení FET je podstatne vyšší ako bipolárne zariadenia ako 741 IC. Vďaka týmto posunovacím akciám je teraz na väčšine frekvencií vstupná impedancia znížená, zatiaľ čo pri nízkych basoch a stredných frekvenciách je vstupná impedancia jednoducho vyššia.
Na tento účel je relatívne nízka vstupná impedancia (napríklad snímač, ktorý má odporúčanú impedanciu náboja 100 kOhm a MOhm), jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, eliminácia C2 a zmena množstiev R1 na R3 na dosiahnutie požadovaná vstupná impedancia.
Zoznam položiek
Rozloženie DPS
Operačný zosilňovač predzosilňovač pre signály 2,5 mV
Tento konkrétny obvod predzosilňovača operačného zosilňovača je mimoriadne citlivý a umožní vám zosilniť signály od 2,5 mV do 100 mV. Je to vlastne odvodené od starého konceptu predzosilňovača RIAA.
V predchádzajúcich dňoch bol výstup kazety s pohyblivou cievkou magnetu alebo vysokého napätia zvyčajne v rozmedzí 2,5 až 10 milivoltov, takže snímač mohol byť vyvážený výkonovým zosilňovačom (to by pravdepodobne vyžadovalo výstupný signál niekoľko stoviek milivoltov). RMS).
Aj keď výstup magnetických nábojov a kaziet s pohyblivou cievkou stúpne na 6 dB na oktávu, bolo by to možné bez potreby akejkoľvek kompenzácie, aby sa tomu zabránilo, pretože počas procesu záznamu bolo potrebné použiť vhodné vyrovnanie.
Vyrovnanie by bolo napriek tomu stále nevyhnutné, pretože počas procesu nahrávania by sa okrem nastavenia používalo zníženie basov a zvýšenie výšok, okrem úpravy bola často vyrovnaná frekvenčná odozva zvýšením výstupného signálu o oktávu o 6 dB.
Na zastavenie zbytočne nízkofrekvenčných modulácií groove bolo treba zahrnúť basový rez a trojité zosilnenie (s trojitým rezom pri prehrávaní) by poskytlo jednoduché, ale efektívne zariadenie na potlačenie šumu.
Obrázok vyššie je v skutočnosti typický graf frekvenčnej odozvy starého predzosilňovača obvodu RIAA, ktorý zobrazuje potrebné parametre potrebné na úspešnú implementáciu vysoko citlivého predzosilňovača, ako je tento.
Ako funguje obvod
Pri skutočnom použití by sa ekvalizačné zosilňovače RIAA zvyčajne trochu odchýlili od dokonalej odozvy, aj keď technické parametre zariadenia neboli kriticky brané do úvahy.
V skutočnosti však aj priama vyrovnávacia sieť zložená zo šiestich súprav odporových kondenzátorov zvyčajne vedie k maximálnej chybe nepresahujúcej jeden alebo 2 dBs, čo je v skutočnosti celkom v poriadku.
R2, R3 použité na spojenie tohto skresľovacieho napätia s IC1. R2. C2 odfiltruje akékoľvek skreslenie alebo šum na napájacom zdroji, čím zabráni tomu, aby sa do napájania zosilňovača pridávalo rušenie.
Vysoká hodnota R3 poskytuje vysokej vstupnej impedancii obvodu, táto sa však prenáša pomocou R4 na potrebnú úroveň približne 47k.
Niekoľko ďalších snímačov môže predstavovať záťažovú bariéru 100k, a preto by sa hodnota R4 mala zvýšiť na 100k, ak sa má jednotka realizovať prostredníctvom vstupného signálu, ako je tomu u starých snímačov.
Vysoká vstupná impedancia zosilňovača umožňuje použiť pre C3 veľmi malú hodnotu časti bez toho, aby sa obetovala basová odozva obvodu.
Je to výhodné, pretože eliminuje významnú úroveň prúdového nárastu zo zapnutých vstupných snímacích signálov, akonáhle toto zariadenie prevezme proces svojej normálnej činnosti.
Frekvenčná selektívna negatívna spätná väzba cez IC1 poskytuje potrebné nastavenie frekvenčnej odozvy.
Pri stredných frekvenciách R5 a R7 sú hlavnými determinantmi zosilnenia obvodu, ale pri nízkofrekvenčných frekvenciách C6 pridáva podstatnú impedanciu R5, aby sa minimalizovala negatívna spätná väzba a zvýšil požadovaný zisk.
Rovnako je impedancia C5 pri vysokých frekvenciách malá v porovnaní s impedanciou R5 a vplyv posunu C5 vedie k väčšej spätnej väzbe a nevyhnutnému vysokofrekvenčnému zavedeniu.
Pretože obvod generuje na stredných zvukových frekvenciách zosilnenie napätia viac ako 50 dB, výstup sa stáva dostatočne vysokým na to, aby bežal akýkoľvek štandardný výkonový zosilňovač, aj keď sa používa so vstupným signálom iba asi 2,5 mV RMS.
Obvod je napájaný z ľubovoľného napätia medzi približne 9 a 30 voltami, ale na zaistenie primeraného percenta preťaženia sa odporúča pracovať s primerane veľkým napájacím potenciálom (približne 20 - 30 voltov).
Ak je obvod pripojený k vysokému výstupnému signálu, ale iba k napájaciemu napätiu približne 9 voltov, pravdepodobne dôjde k minimálnemu preťaženiu.
Zoznam položiek
Rozloženie DPS
Dvojica: Laboratórny napájací obvod Ďalej: Ako navrhnúť obvody výkonového zosilňovača MOSFET - vysvetlené parametre
