Op Amp -esivahvistinpiirit - mikrofonille, kitaroille, mikit, puskurit

Kokeile Instrumenttia Ongelmien Poistamiseksi





Tässä viestissä opimme erilaisia ​​esivahvistinpiirejä, ja täällä pitäisi olla sopiva asettelu melkein mille tahansa tavalliselle äänen esivahvistussovellukselle.

Kuten nimestä voi päätellä, esivahvistin on äänipiiri, jota käytetään ennen tehovahvistinta tai pienen signaalilähteen ja tehovahvistimen välillä. Esivahvistimen tehtävänä on nostaa pienen signaalin taso kohtuulliselle tasolle niin, että siitä tulee tehovahvistin edelleen vahvistettavaksi kaiuttimeksi.



Lähettäjä: Matrix

Mikrofonin esivahvistin

mikrofonin esivahvistin Edellä esitetyssä on yli 52 dB: n (400-kertainen) jännitevahvistus, joka voisi sopia suuren impedanssin dynaamiseen tai elektrettimikrofoni melkein mihin tahansa audiolaitteen osaan.



Jos sitä käytetään yhdessä tässä mainittujen vakiomikrofonien kanssa, noin 1 voltin RMS-ulostulo voidaan helposti saada, vaikka vahvistuksen säätö mahdollistaa pienemmän lähdön asettamisen sen varmistamiseksi, että piirin ylikuormitus kuormalla voidaan eliminoida .

Piirin signaali-kohinasuhde on erinomainen ja normaalisti yli 70 dB suhteessa 1 V RMS -ulostuloon (täydellä vahvistuksella ja kuormittamattomana).

Kuinka se toimii

Ehdotettu op amp MIC -esivahvistinpiiri koostuu parista vaiheesta, jotka sisältävät IC1: n ei-invertoivana vahvistimena. ja IC2 käänteisenä vahvistimena.

Jokainen vahvistin on yleisesti saatavilla olevaa tyyppiä. IC1: n suljetun silmukan vahvistus on kiinteä noin 45 kertaa negatiivisen takaisinkytkentäpiirin kautta, joka on rakennettu käyttämällä R3- ja R5-verkkoja. Piirin tuloimpedanssi on kiinnitetty minimiarvoon 27k R4: n avulla, mikä on riittävä varmistaakseen, että mikrofonia ei kuormiteta äärimmäisen paljon, C2 mahdollistaa DC-eston piiritulossa.

Piirissä on myös tuloliittimeen liitettyjen osien verkko, joka poistaa kaikenlaisen harhaanjohtavan sähköisen kohinan ja estää lisäksi väärän takaisinkytkennän aiheuttaman todennäköisen värähtelyn. IC1: lle käytetty laite on NESS34 tai NE5534A, joka on itse asiassa huippuluokan operatiivinen vahvistin. NE5534A on marginaalisesti parempi kuin i NE5534, vaikka molemmat IC: t tarjoavat poikkeuksellisen toimivuuden käyttämällä minimaalisia kohina- ja vääristymälukuja.

C3: ta käytetään kytkentäkondensaattorina IC1: n ja VR1: n ulostulojen yli. VR1 toimii kuin normaali potin vahvistuksen hallinta. Seuraavaksi signaali kytketään seuraavaan vahvistusvaiheeseen. Vastukset R6 ja R9 muodostavat negatiivisen takaisinkytkentäverkon, joka varmistaa suljetun silmukan jännitevahvistuksen 10 - IC2. Tämän avulla piiri voi saavuttaa noin 450: n kokonaisjännitteen vahvistuksen.

Melutason suhteen äärimmäisen korkea suorituskyky ei ole tässä kriittinen, ja siksi mikä tahansa sopiva op-vahvistin IC2: n sijasta toimii. Tässä olemme käyttäneet TL081CP-op-vahvistinta, mutta kaikki muut tyypit, kuten LF351, toimisivat myös yhtä hyvin. Tämäntyyppiset BiFET-op-vahvistimet tarjoavat erittäin pieniä vääristymiä.

PCB-suunnittelu

Komponentin asettelu

Universaali esivahvistin, joka käyttää Op-vahvistinta LM382

Alla olevassa piirikaaviossa on esitetty yleinen yleinen äänivahvistin, joka käyttää IC LM382: ta, joka tarjoaa erittäin matalan melun, vähäiset vääristymät ja kohtuullisen suuren vahvistuksen, ja tätä virtapiiriä voidaan käyttää käytännössä kaikissa normaaleissa äänen esivahvistinpiirisovelluksissa.

Kuinka se toimii

Vastukset R2 ja kondensaattori C6 mahdollistavat taajuuskorjauksen, joka näkyy esivahvistimen lähdön ja käänteisen tulon välillä. Matalilla taajuuksilla C6 sisältää suuren impedanssin, joka johtaa alhaiseen takaisinkytkentätaajuuteen ja korkeaan jännitevahvistukseen. Suuremmilla taajuuksilla C6: n impedanssi pienenee hitaasti, mikä antaa paremman negatiivisen takaisinkytkennän ja vierittää piirivasteen tarvittavalla 6dB: lla oktaavia kohden.

Se ulottuu vain noin 2 kHz: n taajuuteen, koska sen taajuuden yläpuolella C6: n impedanssi on melko pieni verrattuna R2: n impedanssiin, jolla ei ole vaikutusta piirin takaisinkytkentäasteeseen tai jännitevahvistukseen.

R1 ja C4 ovat myös osa palautejärjestelmää. C2 on DC-sisääntulon estokondensaattori ja C3 on RF-suodatinkondensaattori, joka auttaa estämään radiotaajuushäiriöitä ja epävakaisuuksia, jotka johtuvat lähteestä ei-invertoivaan sisääntuloon (johon tulosignaali on kytketty) kulkevista signaaleista.

LM382: lla on korkea lähtösignaalin poissulkeminen, johtuen kuitenkin matalammasta tulosignaalin tasosta ja todennäköisyydestä, että kohinavaihtelut voidaan lisätä syöttölinjoihin.

Vaikka IC1 luo merkittävän määrän jännitevahvistusta, jotenkin se tarjoaa jonnekin 50 mV RMS-ulostulotason välillä, joka on noin kymmenesosa suurimman osan hi-fr-vahvistimien tarvitsemasta käyttöjännitteestä.

Siksi Tr1 on sisällytetty yhteisen emitterivahvistimen muotoon, jonka jännitevahvistus on ehkä 20dB. R4 sallii rakentavan takaisinkytkennän, joka vähentää Tr1: n jännitevahvistuksen oikealle tasolle, mikä lisäksi antaa pienemmän vääristymän. IC9 linkittää Tr1-lähdön VR1-vaimentimeen saadakseen säädettävän lähdön.

Taajuusvaste

Suodattamattomille signaaleille voidaan saavuttaa pieni määrä kohinanvaimennusta, pääasiassa käyttämällä diskanttisuodatinta, ja voidaan saada suhteellisen tasainen keskimääräinen taajuusvaste.

Prosessi toteutetaan soveltamalla diskanttivahvistusta, mutta sovitetun tehostuksen määrä riippuu signaalin dynaamisesta tasosta. Se on korkein matalan signaalin välein ja pienenee nollaan enintään dynaamisen tason signaaleilla.

Kun tulosignaaliin syötetään musiikkisignaalia, piiri sallii diskanttileikkauksen, joka taas optimoidaan dynaamisesti, tämä tapahtuu tosiasiallisesti korkean diskantin tehostusvasteen kompensoimiseksi.

Universaalissa esivahvistinpiirissä on yläsuojattu suodatin, joka käyttää R7: tä ja c8: ta, mikä sallii noin 5 dB: n vaimennuksen 10 kHz: n taajuuksilla. Tämän vuoksi korkeita taajuuksia voidaan korottaa 5 dB: n voimakkuudella korkeilla signaalitasoilla. Keskisuurille signaalituloille suunnittelun tarjoama taajuusvaste on vain tasainen.

Kitaran esivahvistinpiiri

Tämän kitaran esivahvistinpiirin perustoiminto on integroida minkä tahansa tavallisen sähkökitaran kanssa ja nostaa sen matalat syöttöjousisignaalit kohtuullisen korkeiksi esivahvistetuiksi signaaleiksi, jotka voitaisiin sitten syöttää isompaan tehovahvistimeen halutun tehostetun ulostulon saamiseksi

Kitaran äänimerkkien lähtösignaalitaajuudella on taipumus vaihdella suuresti poiminnasta poimintaan, ja vaikka joillakin on erittäin korkea jännite, joka voi työntää melkein mitä tahansa tehovahvistinta, joillakin on vain noin 30 millivoltia RMS: ää tai niin paljon jännitettä.

Erityisesti rakennetuilla vahvistimilla, joita voidaan käyttää kitaroiden kanssa, on yleensä suhteellisen korkea herkkyys, ja niitä voidaan käyttää luotettavasti melkein mihin tahansa noutoon, mutta käytettäessä kitaraa jonkin muun vahvistimen (kuten hi-fl-vahvistimen) kanssa saavutettua kokonaistilavuutta pidetään aina riittämättömänä.

Helppo ratkaisu tähän ongelmaan on käyttää esivahvistinta edellä esitetyllä tavalla, ennen kuin syötät sen tehovahvistimeen signaalin taajuusamplitudin nostamiseksi. Tässä mainitussa perusasetuksessa on jännitevahvistus, joka voi todella vaihdella yksiköistä yli 26 dB: iin (20 kertaa), joten sen pitäisi sopia käytännöllisesti katsoen jokaiseen kitaran poimintaan käytännöllisesti katsoen jokaiseen tehovahvistimeen.

Esivahvistimen tuloimpedanssin tulisi olla noin 50k, ja lähtöimpedanssin on pieni. Siksi virtapiiriä voitaisiin käyttää yhtenäisenä jännitevahvistuksena toimivana puskurivahvistimena sopivaksi kitaran poiminnan melko korkealle lähtöimpedanssille tehovahvistimeen, jolla on pieni tuloimpedanssi tarvittaessa.

Yksittäisen matalan melutason BIFET-operaatiovahvistinta (IC1) on käytetty yksikön perustana, jolla on siten marginaaliset vääristymät sekä signaalin ja kohinan välinen suhde noin -70dB tai korkeampi, vaikka yksikkö orkkisi erittäin pienitehoinen instrumentti kuin kitara.

Kuinka se toimii

Tämä malli on itse asiassa normaali toimintavahvistimen ei-invertoiva kokoonpanopiiri, jossa R2: ta ja R3: ta käytetään kääntämään ei-invertoiva IC1-tulo noin 50 prosentilla syöttöjännitteestä.

Nämä asettavat myös piirin tuloimpedanssiksi noin 50 kt. R1 ja R4 muodostavat verkon negatiivisella takaisinkytkennällä, myös R4: n ollessa vähimmäisarvolla. 1C1: n käänteiset ohjaussignaalit kytketään suoraan toisiinsa, ja piiri tarjoaa yksikön jännitteen vahvistuksen.

Kun R4 on kalibroitu suurempaa vastusta varten, vaihtojännitevahvistus pienenee asteittain, mutta C2 tuo tasavirtaeston estoon siten, että tasajännitevahvistus pysyy vaihtelevana ja vahvistimen lähtö pysyy esijännitettynä @ 1/2 syöttöjännitteellä.

Vahvistimen jännitevahvistus on suunnilleen yhtä suuri kuin R1 + R4, jaettuna R1: llä, mikä johtaa nimelliseen kokonaisjännitevahvistukseen, joka on ehkä yli 22 kertaa R4: n ollessa korkeimmalla arvolla.

Piirin virrankulutus on noin 2 milliampeeria 9 voltin virtalähteen kautta, joka kasvaa noin 2,5 milliampeeriin, kun käytetään 30 voltin syöttöä.

Laitteen tehokas jännitesyöttö on kompakti 9 voltin akku, kuten PP3-tyyppi. Kun käytetään 9 voltin syöttöä, keskimääräinen leikkaamaton lähtöjännite on noin 2 volttia RMS, ja tämä toimii melko hyvin.

Liuskakortin piirilevyliitännän yksityiskohdat ja komponenttien asettelukaavio

Osaluettelo

Korkean impedanssin puskurivahvistin

Puskurivahvistin toimii myös kuin ihanteellinen esivahvistin useimpiin sovelluksiin, mutta esivahvistuksen lisäksi se toimii myös kuin korkea impedanssipuskuri signaalin sisäänmenoasteen ja tehovahvistinvaiheen välillä. Tämä mahdollistaa erityisesti tämän tyyppisten esivahvistimien käytön erittäin matalavirtaisten tulosignaalien kanssa, mikä ei ole varaa ladata muilla matalan impedanssin tyyppisillä esivahvistimilla.

Tässä esitetyllä puskurivahvistimella on normaalisti yli 100 M sisääntuloimpedanssi 1 kHz: ssä, ja tuloimpedanssi voitaisiin yksinkertaisesti säätää melkein mihin tahansa hyväksyttävään tasoon tämän pisteen alapuolella. Piirin jännitteen vahvistus on yhtenäisyys.

Kuinka se toimii

Yllä olevassa kuvassa näkyy korkean impedanssin puskurivahvistimen kytkentäkaavio, ja yksikkö on pohjimmiltaan vain toimintavahvistin, joka toimi ei-invertoivana vahvistimena yhtenäisyyden vahvistamiseksi. Kytkemällä IC1: n lähtö suoraan invertoivaan tuloonsa lisätään systeemin yli 100 prosentin negatiivinen takaisinkytkentä tarvittavan yksikköjännitevahvistuksen saavuttamiseksi yhdessä erittäin suuren impedanssin kanssa.

Tästä huolimatta esijännitepiiri, joka tässä tilanteessa sisältää ryhmät R1 - R3, välittää vahvistimen tuloimpedanssin siten, että piiri tarjoaa kokonaisuutena paljon pienemmän tuloimpedanssin kuin pelkkä IC1. Tuloimpedanssi on noin 2,7 megaohmia, ja se voi olla riittävä useimmille sovelluksille.

Esijännitteiden vastusten vaihtotyö voitaisiin kuitenkin poistaa, ja tämä on C2-kondensaattorin 'käynnistyshihnan' tavoite. Se yhdistää lähtösignaalin kolmen esijännitevastuksen liitokseen, ja siten kaikki tulojännitteen säätö tasapainotetaan yhtä suurella jännitteensiirrolla IC1: n ulostulossa ja kolmen esijännitevastuksen leikkauspisteessä.

IC1-roolissa käytetään perus-741 C -operaatiovahvistinta, ja kuten aikaisemmin todettiin, tämä tarjoaa tuloimpedanssin, joka yleensä ylittää 100 megaohmia 1 kHz: ssä, ja sen pitäisi olla melko riittävä mihin tahansa vakiototeutukseen.

Suuremmalla tuloimpedanssilla, joka voidaan saavuttaa käyttämällä FET-tulojen käyttövahvistinta, ei todellakaan ole mitään käytännön merkitystä, joten useimmissa FET-tulojärjestelmissä on muutamia haittoja tässä piirissä.

Ensinnäkin, että heillä on todellakin taipumus heilahtaa, kun tulo on auki (kun tulo on kiinnitetty laitteeseen, värähtelyt vaimennetaan ja poistetaan).

Toinen haittapuoli on, että niin monen FET-syöttölaitteen tuloteho on oleellisesti suurempi kuin bipolaariset laitteet, kuten 741 IC. Tämän vaihtotyön ansiosta enimmäistaajuuksilla tuloimpedanssi vähenee nyt, kun taas matalilla bassoilla ja keskitaajuuksilla tuloimpedanssi on yksinkertaisesti suurempi.

Tätä tarkoitusta varten on suhteellisen pieni tuloimpedanssi (kuten mikit, joiden suositeltu latausimpedanssi on monta 100 k ohmia ja M ohmia), yksi tapa saavuttaa tämä on eliminoida C2 ja muuttaa R1: n määrät R3: ksi haluttu tuloimpedanssi.

Osaluettelo

PCB-asettelu

Op Amp -esivahvistin 2,5 mV: n signaaleille

Tämä erityinen op-vahvistimen esivahvistinpiiri on erittäin herkkä ja antaa sinun lisätä signaaleja jopa 2,5 mV: sta 100 mV: iin. Se on itse asiassa johdettu vanhasta RIAA-esivahvistinkonseptista.

Aikaisempina päivinä magneetin tai suurjännitteen liikkuvan kelapatruunan ulostulo oli tyypillisesti 2,5-10 millivoltin vaihteluväliä, jotta poiminta voitaisiin tasapainottaa tehovahvistimen kanssa (tämä edellyttäisi mahdollisesti parin sadan millivoltin lähtösignaalia). RMS).

Vaikka magneettisten ja liikkuvien kelapatruunoiden tuotos nousee 6 dB: llä oktaavia kohden, se voisi tehdä ilman tarvetta tasaamiseen tämän torjumiseksi, koska sopiva tasaus oli otettava mukaan äänitysprosessin aikana.

Tasaus olisi silti välttämätöntä, koska tallennuksen aikana käytettäisiin bassoleikkausta ja diskantinvahvistusta säätämisen lisäksi taajuusvastetta usein vastustamaan 6 dB: n oktaavin nousulla poimintalähdössä.

Bassoleikkaus oli sisällytettävä tarpeettoman matalataajuisten uramodulaatioiden pysäyttämiseksi, ja kolmoisvahvistus (kolminkertaisella leikkauksella toiston aikana) antaisi yksinkertaisen mutta tehokkaan melunvaimennustoiminnon.

Yllä oleva kuva on itse asiassa tyypillinen vanhan RIAA-esivahvistinpiirin taajuusvastekaavio, joka näyttää tarvittavat parametrit, joita tarvitaan tämänkaltaisen erittäin herkän esivahvistimen onnistuneeseen toteuttamiseen.

Kuinka piiri toimii

Todellisessa käytössä RIAA-tasausvahvistimet poikkeavat tyypillisesti hieman täydellisestä vasteesta, vaikka laitemäärityksiä ei pidetty kriittisenä.

Itse asiassa jopa suoraviivainen tasoitusverkko, joka koostuu kuudesta vastus-kondensaattorijoukosta, johtaa tyypillisesti enintään yhden tai 2 dB: n maksimivirheeseen, mikä on oikeastaan ​​melko OK.

R2, R3 käytetään yhdistämään tämä vääristymäjännite IC1: een. R2. C2 suodattaa pois kaikki virtalähteen vääristymät tai huminan estäen häiriöiden lisäämisen vahvistimen syötteeseen.

Korkea R3-arvo tarjoaa korkean tuloimpedanssin piirille, mutta R4 siirtää tämän tarvittavalle tasolle noin 47 k.

Muutamat muut noutimet voivat aiheuttaa 100 k: n kuormitusesteen, ja siksi R4 tulisi nostaa 100 k: iin, jos yksikkö on tarkoitus toteuttaa tulosignaalin kautta, kuten meillä on vanhoissa noutimissa.

Vahvistimen korkea tuloimpedanssi sallii hyvin pienen osan arvon käyttämisen C3: lle tinkimättä piirin bassovasteesta.

Se on hyödyllinen, koska se eliminoi merkittävän virtapiirin tulonottosignaalien kytkemisestä päälle heti, kun tämä laite alkaa normaalisti.

Taajuusselektiivinen negatiivinen takaisinkytkentä IC1: n kautta tarjoaa tarvittavan taajuusvasteen säätämisen.

Keskitaajuuksilla R5 ja R7 ovat piirin vahvistuksen tärkeimmät determinantit, mutta matalilla taajuuksilla C6 lisää R5: n merkittävän impedanssin negatiivisen palautteen minimoimiseksi ja vaaditun vahvistuksen lisäämiseksi.

Samoin C5: n impedanssi on pieni korkeilla taajuuksilla verrattuna R5: n impedanssiin, ja C5: n shuntin vaikutus johtaa suurempaan takaisinkytkentään ja välttämättömään suurtaajuuskäyttöön.

Koska piiri tuottaa yli 50 dB: n jännitevahvistuksen keskitason taajuuksilla, ulostulosta tulee riittävän korkea toimimaan minkä tahansa standardin tehovahvistimen, vaikka sitä käytetään vain noin 2,5 mV RMS: n tulosignaalin kanssa.

Piiri saa virtaa kaikesta noin 9-30 voltin jännitteestä, mutta on suositeltavaa toimia kohtuullisen suurella syöttöpotentiaalilla (noin 20-30 volttia) kohtuullisen ylikuormitusprosentin mahdollistamiseksi.

Kun piiriä käytetään korkealla lähtösignaalilla, mutta vain noin 9 voltin syöttöjännitteellä, todennäköisesti tapahtuu pieni ylikuormitus minimillä.

Osaluettelo

PCB-asettelu




Pari: Laboratorion virtalähde Seuraava: Kuinka suunnitella MOSFET-tehovahvistinpiirejä - parametrit selitetty