Схеми за предусилвател на Op Amp - за микрофони, китари, пикапи, буфери

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





В тази публикация ще научим различни схеми за предусилвател и тук трябва да има подходящо оформление за почти всяко стандартно приложение за предусилвател на аудио.

Както подсказва самото име, предусилвателят е аудио верига, която се използва преди усилвател на мощност или между малък източник на сигнал и усилвател на мощност. Работата на предусилвателя е да повиши нивото на малкия сигнал до разумно ниво, така че да стане подходящ за усилвателя на мощността за по-нататъшно усилване в високоговорител.



Принос от: Матрица

Микрофон предусилвател

The предусилвател за микрофон показаното по-горе се характеризира с усилване на напрежението от над 52dB (400 пъти), което може да отговаря на динамика с висок импеданс или електротен микрофон до почти всяка секция на аудио съоръжение.



Ако се използва заедно със стандартни микрофони, както е споменато тук, може лесно да се получи изход от приблизително 1 волта RMS, въпреки че регулирането на усилването позволява да се настрои по-нисък изход, за да се гарантира, че претоварването на веригата от товара може да бъде елиминирано .

Съотношението сигнал / шум на веригата е изключително и обикновено надвишава 70 dB по отношение на изхода от 1 V RMS (с пълно усилване и разтоварване).

Как работи

Предложената схема на MIC предусилвател с усилвател се състои от няколко етапа, които включват IC1 като неинвертиращ усилвател. и IC2 като инвертиращ усилвател.

Всеки усилвател е общодостъпен тип. Коефициентът на усилване на затворения контур на IC1 е фиксиран на около 45 пъти чрез верига за отрицателна обратна връзка, изградена с помощта на мрежата R3 и R5. Входният импеданс на веригата е фиксиран на минимална стойност от 27k посредством R4, което е достатъчно, за да се гарантира, че не се случва екстремно натоварване на микрофона, C2 позволява блокиране на постоянен ток на входа на веригата.

Схемата също има мрежа от части, свързани с входния жак, която премахва всякакъв вид отклоняващ се електрически шум и допълнително инхибира вероятните трептения, причинени от фалшива обратна връзка. Устройството, използвано за IC1, е NESS34 или NE5534A, което всъщност е оперативен усилвател от висок клас. NE5534A е малко по-добър от i NE5534, въпреки че двете интегрални схеми осигуряват изключителна функционалност, използвайки минимални цифри на шума и изкривяванията.

C3 се използва като свързващ кондензатор през изхода на IC1 и VR1. VR1 действа като нормален контрол на печалбата на пота. След това сигналът се свързва към следващия усилващ етап. Резисторите R6 и R9 представляват мрежа с отрицателна обратна връзка, която осигурява усилване на напрежението в затворен цикъл от 10 до IC2. Това позволява на веригата да постигне общо усилване на напрежението от около 450.

Що се отнася до шумовата ефективност, изключително високата производителност тук не е критична и следователно всеки подходящ операционен усилвател вместо IC2 ще работи. Тук използвахме усилвател TL081CP, но всеки друг тип като LF351 също би работил добре. Тези типове като BiFET операционни усилватели осигуряват изключително ниски величини на изкривявания.

Дизайн на печатни платки

Разположение на компонентите

Универсален предусилвател, използващ Op amp LM382

Схемата по-долу показва основен универсален аудио предусилвател, използващ IC LM382, който предлага много нисък шум, ниско изкривяване и разумно голямо усилване и тази схема може да се използва практически за всички нормални приложения за усилвател на аудио предварително.

Как работи

Резисторите R2 и кондензаторът C6 позволяват изравняване, което може да се види между изхода на предусилвателя и инвертиращия вход. При ниски честоти C6 включва висок импеданс, водещ до ниска честота на обратна връзка и високо напрежение. При по-големи честоти импедансът на C6 бавно намалява, осигурявайки засилена отрицателна обратна връзка и отваряне на реакцията на веригата при необходимите 6dB на октава.

Той се простира само до честота около 2kHz, тъй като над него честотата импедансът на C6 е доста малък в сравнение с този на R2, който няма влияние върху степента на обратна връзка на веригата или усилване на напрежението.

R1 и C4 също са част от системата за обратна връзка. C2 е входният кондензатор за блокиране на постоянен ток, а C3 е кондензатор на RF филтър, който помага да се предотвратят RF смущения и проблеми с нестабилността поради разсеяни сигнали от източника към неинвертиращия вход (към който е свързан входният сигнал).

LM382 има високо ниво на изключване на пулсации на изхода, но поради по-ниското ниво на входния сигнал и вероятността колебанията на шума да бъдат добавени към захранващите линии.

Въпреки че IC1 създава значително количество усилване на напрежението, по някакъв начин осигурява някъде между 50mV RMS изходно ниво, което е около една десета от задвижващото напрежение, необходимо на повечето усилватели hi-fr.

Следователно Tr1 е включен под формата на общ усилвател на емитер с усилване на напрежението от около 20 dB. R4 позволява конструктивна обратна връзка, която намалява усилването на напрежението на Tr1 до правилното ниво, което допълнително осигурява по-ниска степен на изкривяване. IC9 свързва изхода Tr1 с атенюатора VR1 за получаване на регулируем изход.

Честотен отговор

За нефилтрирани сигнали може да се постигне малко количество намаляване на шума, по същество чрез използване на филтър с високи честоти и може да се получи относително гладка средна честотна характеристика.

Процесът се изпълнява чрез прилагане на усилване на високите честоти, но количеството адаптирано усилване разчита на динамичното ниво на сигнала. Той е най-висок през интервалите с нисък сигнал и намалява до нула при максимума при сигнали от динамично ниво.

Когато на входа се подаде музикален сигнал, веригата дава възможност за намаляване на високите честоти, което отново се оптимизира динамично, това всъщност се случва, за да се компенсира висока реакция на усилване на високите честоти.

Универсалната схема за предварително усилване има филтър за изрязване отгоре, използващ R7 и c8, който позволява затихване от около 5 dB с честоти 10 kHz. Поради това високите честоти могат да бъдат увеличени с величина 5 dB за високи нива на сигнала. За входове със среден сигнал честотната характеристика, предлагана от дизайна, е просто плоска.

Китара предусилвател схема

Основната функция на тази схема за предусилвател на китара е да се интегрира с която и да е стандартна електрическа китара и да повиши нейните ниско входни низови сигнали в разумно високи предварително усилени сигнали, които след това могат да бъдат подадени към по-голям усилвател на мощност за желания усилен изход

Честотата на изходния сигнал от пикапи на китара има тенденция да се различава значително от пикап до пикап и въпреки че някои имат много високо напрежение, което може да избута почти всеки усилвател на мощност, някои имат около 30 миливолта RMS или около това напрежение.

Усилвателите, специално изградени, които могат да се използват с китари, обикновено имат относително висока чувствителност и те могат да се използват надеждно за почти всеки пикап, но когато използвате китара с друга форма на усилвател (като усилвател hi-fl), общият постигнат обем винаги се счита за недостатъчен.

Лесно решение на този проблем е да използвате предусилвател, както е показано по-горе, преди да го подадете към усилвателя на мощността, за да повишите амплитудата на честотата на сигнала. Основната конфигурация, спомената тук, има усилване на напрежението, което наистина може да варира от единица до повече от 26 dB (20 пъти), следователно тя трябва да отговаря на почти всеки пикап на китара до практически всеки усилвател на мощност.

Входният импеданс на предусилвателя трябва да бъде около 50k, а изходният импеданс е нисък. Следователно веригата може да се използва като основен буферен усилвател с единично усилване на напрежението, за да отговаря на доста високия изходен импеданс на китарен пикап към усилвател на мощност с нисък входен импеданс, ако е необходимо.

Като основа за устройството е използван самотен BIFET усилвател с нисък шум (IC1), който следователно има пределни нива на изкривяване, както и съотношение сигнал / шум около -70dB или по-високо, дори когато устройството orkw с инструмент с много ниска мощност като китара.

Как работи

Този дизайн всъщност е нормална операционна усилвателна неинвертираща конфигурационна схема с R2 и R3, използвани за отклонение на неинвертиращия вход IC1 при около 50% от захранващото напрежение.

Те също така определят входния импеданс на веригата на приблизително 50k. R1 и R4 образуват мрежата с отрицателна обратна връзка, също и с R4 при минимална стойност 1C1, инвертиращите управляващи сигнали са директно свързани помежду си и веригата осигурява единично усилване на напрежението.

Тъй като R4 е калибриран за по-голямо съпротивление, усилването на променливото напрежение намалява постепенно, но C2 въвежда DC блокиране, така че усилването на постояннотоковото напрежение да остава променливо, а изходът на усилвателя остава отклонен при @ @ захранващото напрежение.

Усилването на напрежението на усилвателя е приблизително еквивалентно на R1 + R4, разделено на R1, което води до номинално общо усилване на напрежението може би над 22 пъти с R4 при най-висока стойност.

Консумацията на ток на веригата е около 2 милиампера чрез захранване от 9 волта, което се увеличава до приблизително 2,5 милиампера, когато се използва захранване от 30 волта.

Ефективно захранващо напрежение за устройството е компактна 9-волтова батерия като тип PP3. Когато се използва захранване от 9 волта, средното неотключено изходно напрежение е около 2 волта RMS и това работи доста добре.

Подробна информация за връзката на платката на лентата и диаграма на оформлението на компонентите

Списък с части

Усилвател с буфер с висок импеданс

Буферният усилвател също работи като идеален предварително усилвател за повечето приложения, но заедно с предварителното усилване той също функционира като буфер с висок импеданс между входния етап на сигнала и етапа на усилвателя на мощността. Това особено позволява тези видове предусилватели да се използват с изключително ниски токови входни сигнали, които не могат да си позволят натоварване с други предусилватели от нисък импеданс.

Илюстрираният тук буферен усилвател има обикновено повече от 100 M входен импеданс при 1kHz и входният импеданс може просто да бъде настроен на почти всяко приемливо ниво под тази точка. Усилването на напрежението на веригата е единица.

Как работи

Фигурата по-горе показва схемата на буферния усилвател с висок импеданс и схемата по същество е просто работещ усилвател, работещ като неинвертиращ усилвател за усилване на единството. Чрез свързване на изхода на IC1 директно към неговия инвертиращ вход, 100% отрицателна обратна връзка се добавя към системата, за да се постигне необходимото усилване на единичното напрежение, заедно с много висок входен импеданс.

Като се има предвид това, веригата за отклонение, която в тази ситуация включва от R1 до R3, шунтира входния импеданс на усилвателя, така че схемата като цяло осигурява входен импеданс, много по-малък от IC1 сам. Входният импеданс е около 2,7 мегаома и за повечето приложения това може да е достатъчно.

Въпреки това, маневреното действие на отклонителните резистори може да бъде премахнато и това е целта на 'конзолния кондензатор' на C2. Той свързва изходния сигнал към кръстовището на трите пристрастни резистора и по този начин всяко регулиране на входното напрежение се балансира чрез равномерно изместване на напрежението на изхода на IC1 и на пресечната точка на трите резистори на пристрастия.

В ролята на IC1 се използва основен оперативен усилвател 741 C и както беше посочено по-горе, това осигурява входен импеданс, обикновено надвишаващ 100 мегаома при 1 kHz, което би трябвало да е напълно подходящо за всяко стандартно изпълнение.

По-високият импеданс на входа, който може да бъде постигнат с помощта на работещ усилвател за FET входове, наистина не е от практическо значение, така че има няколко недостатъка при повечето FET входни системи в тази схема.

Първо, че те всъщност имат склонност към трептене, когато входът е отворен (когато входът е прикрепен към устройството, трептенията се затихват и елиминират).

Другият недостатък е, че входната мощност на толкова много FET входни устройства е значително по-висока от биполярните устройства като 741 IC. Чрез това маневрено действие при повечето честоти входният импеданс сега е намален, докато при ниски баси и средни честоти входният импеданс е просто по-висок.

За тази цел е необходим относително нисък входен импеданс (като пикапа, който има препоръчителен импеданс на зареждане от много 100 k ohm и M ohm), един от начините за постигане на това е премахването на C2 и промяната на количествата R1 на R3, за да се постигне желания входен импеданс.

Списък с части

Оформление на печатни платки

Op Amp предусилвател за 2.5 mV сигнали

Тази конкретна схема за предусилвател с усилвател е изключително чувствителна и ще ви позволи да усилите сигнали от 2,5 mV до 100 mV. Той всъщност е получен от стара концепция за предусилвател RIAA.

В по-ранни дни изходът на движеща се бобина на магнит или високо напрежение обикновено беше от 2,5 до 10 миливолта, така че пикапът да може да се балансира с усилвателя на мощността (това вероятно би изисквало изходен сигнал от няколко стотин миливолта RMS).

Въпреки че изходът на касетите с магнитни и движещи се бобини ще се повиши с 6dB на октава, той може да се справи без необходимост от някакво изравняване, за да се противодейства на това, тъй като по време на процеса на запис трябва да се включи подходящо изравняване.

Независимо от това, изравняването все още ще бъде необходимо, тъй като по време на процеса на запис ще бъдат използвани намаляване на басите и усилване на високите честоти, в допълнение към настройката, честотната характеристика често се противодейства с увеличение на октавата от 6 dB в изходната мощност.

Намаляването на басите трябваше да бъде включено, за да се спрат ненужно нискочестотните модулации на каналите и тройното усилване (с тройно намаляване при възпроизвеждане) ще осигури просто, но ефективно средство за намаляване на шума.

Фигурата по-горе всъщност е типична графика на честотната характеристика на старата схема на предусилвател на RIAA, която показва необходимите параметри, необходими за успешното внедряване на силно чувствителен предусилвател като този.

Как работи веригата

В реална употреба усилвателите за изравняване RIAA обикновено биха се отклонили малко от перфектния отговор, въпреки че спецификациите на устройствата не бяха разгледани критично.

Всъщност обаче, дори директната изравнителна мрежа, съставена от шест комплекта кондензаторни съпротивления, обикновено води до максимална грешка от не повече от един или 2 dBs, което всъщност изглежда съвсем наред.

R2, R3, използвани за свързване на това напрежение на изкривяване с IC1. R2. C2 филтрира всяко изкривяване или бръмчене на захранването, като предотвратява добавянето на смущения към захранването на усилвателя.

Високата стойност на R3 осигурява висок входен импеданс за веригата, но това се прехвърля от R4 до необходимото ниво от приблизително 47k.

Няколко други пикапи могат да представляват бариера на натоварване от 100k и следователно R4 трябва да бъде увеличена до 100k, ако единицата трябва да бъде реализирана чрез входен сигнал, както при старите пикапи.

Високият входен импеданс на усилвателя позволява да се използва много малка стойност на частта за C3, без да се жертва басовата реакция на веригата.

Това е изгодно, тъй като елиминира значително ниво на токов удар от входящите сигнали за включване, веднага щом това устройство започне нормалния си процес на функциониране.

Честотно селективната отрицателна обратна връзка по IC1 осигурява необходимата настройка на честотната характеристика.

При средни честоти R5 и R7 са основните определящи фактори за усилване на веригата, но при честоти с по-ниска честота C6 добавя значителен импеданс на R5, за да минимизира отрицателната обратна връзка и да увеличи необходимата печалба.

По същия начин, импедансът на C5 е малък при високи честоти в сравнение с импеданса на R5, а въздействието на C5 шунтирането води до по-голяма обратна връзка и необходимо високочестотно отпадане.

Тъй като веригата генерира усилване на напрежение от над 50db в средните аудио честоти, изходът става достатъчно висок, за да работи всеки стандартен усилвател на мощност, дори когато се използва с входен сигнал от само около 2,5 mV RMS.

Веригата се захранва от всяко напрежение между приблизително 9 и 30 волта, но се препоръчва да се работи с разумно висок потенциал на захранване (приблизително 20-30 волта), за да се осигури разумен процент на претоварване.

Когато веригата се прилага с висок изходен сигнал, но само с приблизително 9 волта захранващо напрежение, вероятно е да се получи малко претоварване при минимум.

Списък с части

Оформление на печатни платки




Предишна: Лабораторна верига за захранване Напред: Как да проектираме веригите на усилвателя на MOSFET - обяснени параметри