V tomto příspěvku se naučíme různé obvody předzesilovače a mělo by zde být vhodné rozložení pro téměř jakoukoli standardní aplikaci předzesilovače zvuku.

Jak název napovídá, předzesilovač je zvukový obvod, který se používá před výkonovým zesilovačem nebo mezi malým zdrojem signálu a výkonovým zesilovačem. Úkolem předzesilovače je zvýšit úroveň malého signálu na rozumnou úroveň tak, aby byl vhodný pro výkonový zesilovač pro další zesílení do reproduktoru.

Přispěl: Matrix

Předzesilovač mikrofonu

The předzesilovač mikrofonu na obrázku výše je zisk napětí přes 52 dB (400krát), který by vyhovoval dynamice s vysokou impedancí nebo elektretový mikrofon téměř na jakoukoli část zvukového zařízení.

Pokud se použije ve spojení se standardními mikrofony, jak je zde uvedeno, lze snadno získat výstup přibližně 1 volt RMS, ačkoli řízení zesílení umožňuje nastavit nižší výstup, aby bylo zajištěno, že bude možné vyloučit přetížení obvodu zátěží .

Poměr signálu k šumu obvodu je vynikající a je obvykle nad 70 dB s ohledem na výstup 1 V RMS (s plným ziskem a bez zátěže).

Jak to funguje

Navrhovaný obvod předzesilovače MIC MIC předzesilovače se skládá z několika stupňů, které zahrnují IC1 jako neinvertující zesilovač. a IC2 jako invertující zesilovač.

Každý zesilovač jsou běžně dostupné typy. Zisk uzavřené smyčky IC1 je fixován přibližně 45krát obvodem negativní zpětné vazby vytvořeným pomocí sítě R3 a R5. Vstupní impedance obvodu je fixována na minimální hodnotu 27k pomocí R4, což je dostatečné pro zajištění toho, aby nedocházelo k extrémnímu zatížení mikrofonu, C2 umožňuje DC blokování na vstupu obvodu.

Obvod má také síť částí propojených se vstupním konektorem, který odstraňuje jakýkoli druh rozptýleného elektrického šumu a navíc potlačuje pravděpodobné oscilace způsobené rušivou zpětnou vazbou. Zařízení používané pro IC1 je NESS34 nebo NE5534A, což je ve skutečnosti špičkový operační zesilovač. NE5534A je nepatrně lepší než i NE5534, ačkoli dva integrované obvody poskytují výjimečnou funkčnost s použitím minimálního šumu a zkreslení.

C3 se používá jako vazební kondenzátor na výstupu IC1 a VR1. VR1 funguje jako normální kontrola zisku potu. Poté je signál spojen s následujícím stupněm zesílení. Rezistory R6 a R9 tvoří síť se zápornou zpětnou vazbou, která zajišťuje zisk napětí v uzavřené smyčce 10 až IC2. To umožňuje obvodu dosáhnout celkového zesílení napětí kolem 450.

Pokud jde o účinnost šumu, extrémní vysoký výkon zde není kritický, a proto bude fungovat jakýkoli vhodný operační zesilovač místo IC2. Zde jsme použili operační zesilovač TL081CP, nicméně jakýkoli jiný typ, jako je LF351, by také fungoval stejně dobře. Tyto typy, které jsou operačními zesilovači BiFET, poskytují extrémně nízkou velikost zkreslení.

Design PCB

Rozložení komponent

Univerzální předzesilovač využívající operační zesilovač LM382

Schéma zapojení níže ukazuje základní univerzální zvukový předzesilovač využívající IC LM382, který nabízí velmi nízký šum, nízké zkreslení a přiměřeně vysoký zisk a tento obvod lze použít prakticky pro všechny běžné aplikace obvodů s předzesilovačem zvuku.

Jak to funguje

Rezistory R2 a kondenzátor C6 umožňují vyrovnání, které je vidět mezi výstupem předzesilovače a invertujícím vstupem. Při nízkých frekvencích C6 zahrnuje vysokou impedanci vedoucí k nízké frekvenci zpětné vazby a vysokému napětí. U větších frekvencí se impedance C6 pomalu snižuje, což poskytuje vylepšenou negativní zpětnou vazbu a odvíjí odezvu obvodu na potřebných 6 dB na oktávu.

“co dělá regulátor napětí ”

Rozšiřuje se pouze na frekvenci kolem 2kHz, protože nad ní je impedance C6 poměrně malá ve srovnání s impedancí R2, což nemá žádný vliv na stupeň zpětné vazby nebo zesílení obvodu.

R1 a C4 jsou také součástí zpětnovazebního systému. C2 je vstupní DC blokovací kondenzátor a C3 je kondenzátor RF filtru, který pomáhá předcházet problémům s vysokofrekvenčním rušením a nestabilitou v důsledku rozptýlených signálů ze zdroje na neinvertující vstup (ke kterému je vstupní signál připojen).

LM382 má vysokou úroveň vyloučení zvlnění výstupu, avšak kvůli jeho nižší úrovni vstupního signálu a pravděpodobnosti, že na přívodní vedení mohou být přidány kolísání šumu.

I když IC1 vytváří značné množství zesílení napětí, nějakým způsobem poskytuje někde mezi 50mV RMS výstupní úrovní, což je zhruba jedna desetina napájecího napětí potřebného pro většinu zesilovačů vysokých frekvencí.

Proto je Tr1 začleněn ve formě společného emitorového zesilovače s napěťovým ziskem asi 20 dB. R4 umožňuje konstruktivní zpětnou vazbu, která snižuje zisk napětí Tr1 na správnou úroveň, což navíc poskytuje nižší stupeň zkreslení. IC9 spojuje výstup Tr1 s útlumníkem VR1 pro získání nastavitelného výstupu.

Frekvenční odezva

U nefiltrovaných signálů by bylo možné dosáhnout malého množství redukce šumu, v podstatě pomocí filtru s výškovým řezem, a lze dosáhnout relativně hladké průměrné frekvenční odezvy.

Proces je implementován použitím výškových zesílení, avšak množství přizpůsobeného zesílení závisí na dynamické úrovni signálu. Je nejvyšší v intervalech s nízkým signálem a maximálně klesá na nulu se signály na dynamické úrovni.

Když je na vstup aplikován hudební signál, obvod umožňuje výškový výřez, který je znovu optimalizován dynamicky, k tomu skutečně dochází, aby se kompenzovala vysoká odezva výšek.

Univerzální obvod předzesilovače má špičkový filtr využívající R7 a c8, který umožňuje útlum kolem 5 dB s frekvencemi 10 kHz. Díky tomu mohou být vysoké frekvence zvýšeny o velikost 5 dB pro vysoké úrovně signálu. U vstupů se středním signálem je frekvenční odezva nabízená konstrukcí pouze plochá.

Kytarový předzesilovač obvod

Základní funkcí tohoto obvodu předzesilovače kytary je integrace s jakoukoli standardní elektrickou kytarou a zvýšení jejích nízkých vstupních řetězcových signálů na přiměřeně vysoké předzesílené signály, které lze poté přivést do většího výkonového zesilovače pro požadovaný zesílený výstup

Frekvence výstupního signálu z kytarových sběračů má tendenci se značně lišit od sběrače k sběrači, a ačkoli některé mají velmi vysoké napětí, které může tlačit téměř jakýkoli výkonový zesilovač, některé mají jen asi 30 milivoltů RMS nebo tak napětí.

Zesilovače výslovně sestavené, které lze použít s kytarami, mají obvykle relativně vysokou citlivost a lze je spolehlivě použít pro téměř jakýkoli snímač, avšak při použití kytary s jinou formou zesilovače (například hi-fl zesilovač) celkový dosažený objem je vždy považován za nedostatečný.

Snadným řešením tohoto problému je použití předzesilovače, jak je uvedeno výše, před jeho napájením výkonovým zesilovačem ke zvýšení amplitudy frekvence signálu. Zde uvedená základní konfigurace má napěťový zisk, který se může skutečně lišit od jednotky až po více než 26 dB (20krát), proto by měl vyhovovat prakticky každému snímači kytary a prakticky každému výkonovému zesilovači.

Vstupní impedance předzesilovače by měla být asi 50k a výstupní impedance je nízká. Proto by obvod mohl být použit jako základní vyrovnávací zesilovač s jednotkovým napěťovým ziskem, aby vyhovoval poměrně vysoké výstupní impedanci kytarového snímače na výkonový zesilovač, který má v případě potřeby nízkou vstupní impedanci.

Jako základ jednotky byl použit osamělý nízkošumový operační zesilovač BIFET (IC1), který má proto mezní úrovně zkreslení a poměr signálu k šumu kolem -70 dB nebo vyšší, i když jednotka nebo Volkswagen s velmi nízký výkon jako kytara.

Jak to funguje

Tato konstrukce je ve skutečnosti normální neinvertující konfigurační obvod operačního zesilovače s R2 a R3 použitými pro zkreslení neinvertujícího vstupu IC1 na přibližně 50% napájecího napětí.

Ty rovněž nastavují vstupní impedanci obvodu na přibližně 50k. R1 a R4 tvoří síť se zápornou zpětnou vazbou, také s R4 na minimální hodnotě jsou invertující řídicí signály 1C1 navzájem přímo spojeny a obvod poskytuje jednotkové napětí.

Jelikož je R4 kalibrován na vyšší odpor, zisk střídavého napětí se postupně snižuje, avšak C2 zavádí blokování stejnosměrného proudu tak, že zisk stejnosměrného napětí zůstává proměnlivý a výstup zesilovače zůstává předpjatý při hodnotě ½ napájecího napětí.

Zesílení napětí zesilovače je zhruba ekvivalentní R1 + R4, děleno R1, což vede k nominálnímu celkovému zesílení napětí možná nad 22krát s R4 na nejvyšší hodnotě.

Proudová spotřeba obvodu je kolem 2 milliampů při napájení 9 voltů, což se zvyšuje na přibližně 2,5 miliampéru při použití napájení 30 voltů.

Efektivním zdrojem napětí pro zařízení je kompaktní 9voltová baterie, jako je typ PP3. Když je použito 9 voltové napájení, průměrné odepnuté výstupní napětí je kolem 2 voltů RMS, a to funguje docela dobře.

Detaily připojení desky plošných spojů a schéma rozložení komponent

Seznam dílů

Zesilovač s vysokou impedancí vyrovnávací paměti

Vyrovnávací zesilovač funguje také jako ideální předzesilovač pro většinu aplikací, ale spolu s předzesilovačem funguje také jako vyrovnávací paměť s vysokou impedancí mezi vstupním stupněm signálu a výkonovým zesilovačem. To zejména umožňuje použití těchto typů předzesilovačů se vstupními signály s extrémně nízkým proudem, které si nemohou dovolit zatížení jinými předzesilovači typu s nízkou impedancí.

Zde zobrazený vyrovnávací zesilovač má běžně více než 100 M vstupní impedanci při 1 kHz a vstupní impedanci lze jednoduše upravit na téměř jakoukoli přijatelnou úroveň pod tímto bodem. Zisk napětí obvodu je jednota.

Jak to funguje

Obrázek výše zobrazuje schéma zapojení zesilovače s vysokou impedancí vyrovnávací paměti a jednotka je v podstatě pouze operační zesilovač fungující jako neinvertující zesilovač pro jednotný zisk. Spojením výstupu IC1 přímo s jeho invertujícím vstupem se do systému přidá 100% negativní zpětná vazba, aby se dosáhlo nezbytného zesílení napětí jednotky spolu s velmi vysokou vstupní impedancí.

Jak již bylo řečeno, předpínací obvod, který v této situaci zahrnuje R1 až R3, posune vstupní impedanci zesilovače, takže obvod celkově poskytuje vstupní impedanci mnohem menší než samotný IC1. Vstupní impedance je kolem 2,7 megohmů a pro většinu aplikací to může stačit.

Posunovací účinek předpětí rezistorů však mohl být odstraněn, a to je cílem „bootstrappingu“ kondenzátoru C2. Připojuje výstupní signál ke spoji tří zkreslení rezistorů, a tak je jakékoli nastavení vstupního napětí vyváženo stejným posunem napětí na výstupu IC1 a na křižovatce těchto tří zkreslení rezistorů.

V roli IC1 je použit základní operační zesilovač 741 C, a jak již bylo uvedeno výše, poskytuje vstupní impedanci obvykle přesahující 100 megohmů při 1 kHz, což by mělo být zcela adekvátní pro jakoukoli standardní implementaci.

Vyšší vstupní impedance, které lze dosáhnout pomocí operačního zesilovače pro vstupy FET, ve skutečnosti nemá žádný praktický význam, takže u většiny vstupních systémů FET v tomto obvodu existuje několik nevýhod.

“softstartéry pro indukční motory ”

Za prvé, že ve skutečnosti mají sklon k oscilaci, když je vstup otevřený (když je vstup připojen k zařízení, oscilace jsou oslabeny a eliminovány).

Druhou nevýhodou je, že vstupní výkon tolika vstupních zařízení FET je podstatně vyšší než u bipolárních zařízení, jako je 741 IC. Díky této posunovací akci je nyní na většině frekvencí vstupní impedance snížena, zatímco na nízkých basech a středních frekvencích je vstupní impedance jednoduše vyšší.

Za tímto účelem je relativně nízká vstupní impedance (jako je snímač, který má doporučenou impedanci náboje mnoho 100 k ohmů a M ohmů), jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je eliminovat C2 a změnit množství R1 na R3, aby se dosáhlo požadovaná vstupní impedance.

Seznam dílů

Rozložení PCB

Předzesilovač pro zesilovače pro signály 2,5 mV

Tento konkrétní obvod předzesilovače operačního zesilovače je extrémně citlivý a umožní vám zesílit signály od 2,5 mV do 100 mV. Ve skutečnosti je odvozen ze starého konceptu předzesilovače RIAA.

V dřívějších dobách byl výstup kazety s pohyblivou cívkou magnetu nebo vysokého napětí typicky v rozmezí 2,5 až 10 milivoltů, takže snímač mohl být vyvážen výkonovým zesilovačem (to by pravděpodobně vyžadovalo výstupní signál několika stovek milivoltů) RMS).

Ačkoliv by výstup magnetických a pohyblivých cívkových kazet vzrostl na 6 dB na oktávu, mohl by to udělat bez nutnosti jakéhokoli vyrovnání, aby se tomu zabránilo, protože během procesu záznamu bylo nutné použít vhodné vyrovnání.

Vyrovnání by však bylo stále nutné, protože během procesu záznamu by bylo použito snížení basů a zesílení výšek, kromě úpravy byla často kompenzována frekvenční odezva zvýšením výstupního signálu o oktávu o 6 dB.

Aby bylo možné zastavit zbytečně nízkofrekvenční modulace drážek, musel být zahrnut basový střih a trojnásobné zesílení (s trojitým střihem při přehrávání) by poskytlo jednoduché, ale efektivní zařízení pro snížení šumu.

Obrázek nahoře je ve skutečnosti typický graf frekvenční odezvy starého předzesilovače RIAA, který zobrazuje nezbytné parametry potřebné pro úspěšnou implementaci vysoce citlivého předzesilovače, jako je tento.

Jak obvod funguje

Ve skutečném použití by se ekvalizační zesilovače RIAA obvykle trochu odchýlily od dokonalé odezvy, ačkoli specifikace zařízení nebyly kriticky brány v úvahu.

Ve skutečnosti však i přímá vyrovnávací síť složená ze šesti sad odporových kondenzátorů obvykle vede k maximální chybě ne větší než jeden nebo 2 dBs, což ve skutečnosti vypadá docela dobře.

R2, R3 slouží k propojení tohoto zkreslujícího napětí s IC1. R2. C2 odfiltruje jakékoli zkreslení nebo šum na napájecím zdroji, čímž zabrání přidání rušení do napájení zesilovače.

Vysoká hodnota R3 zajišťuje vysokou vstupní impedanci obvodu, ale tato je přenášena R4 na potřebnou úroveň přibližně 47k.

Několik dalších snímačů může představovat zátěžovou bariéru 100k, a proto by měla být R4 zvýšena na 100k, pokud má být jednotka implementována prostřednictvím vstupního signálu, jako je tomu u starých snímačů.

Vysoká vstupní impedance zesilovače umožňuje použití hodnoty velmi malé části pro C3, aniž by byla obětována basová odezva obvodu.

Je to výhodné, protože eliminuje významnou úroveň proudového rázu ze vstupních signálů sepnutí signálu ON, jakmile toto zařízení převezme svůj normální funkční proces.

Frekvenčně selektivní negativní zpětná vazba přes IC1 zajišťuje nezbytnou úpravu frekvenční odezvy.

Na středních frekvencích R5 a R7 jsou hlavní determinanty zesílení obvodu, ale na nízkofrekvenčních frekvencích C6 přidává podstatnou impedanci R5 k minimalizaci negativní zpětné vazby a zvýšení požadovaného zisku.

Podobně je impedance C5 při vysokých frekvencích malá ve srovnání s impedancí R5 a dopad posunu C5 vede k větší zpětné vazbě a nutnému vysokofrekvenčnímu odvalení.

Vzhledem k tomu, že obvod generuje na středních zvukových frekvencích zisk napětí přes 50 dB, je výstup dostatečně vysoký, aby fungoval jakýkoli standardní výkonový zesilovač, i když je použit se vstupním signálem pouze asi 2,5 mV RMS.

Obvod je napájen z jakéhokoli napětí mezi přibližně 9 a 30 volty, ale pro zajištění přiměřeného procenta přetížení se doporučuje pracovat s přiměřeně vysokým napájecím potenciálem (přibližně 20 až 30 voltů).

Pokud je obvod aplikován s vysokým výstupním signálem, ale pouze s napájecím napětím zhruba 9 voltů, pravděpodobně dojde k malému přetížení minimálně.