Forsterkerkretser for forsterkere - For mikrofoner, gitarer, pick-ups, buffere

I dette innlegget vil vi lære en rekke forforsterkerkretser, og det bør være et passende oppsett her for nesten alle standard lydforforsterkerapplikasjoner.

Som navnet antyder, er en forforsterker en lydkrets som brukes før en forsterker, eller mellom en liten signalkilde og en forsterker. Jobben til en forforsterker er å heve nivået på det lille signalet til et rimelig nivå slik at det blir egnet for effektforsterkeren for ytterligere forsterkning til en høyttaler.

Bidratt av: Matrix

Forforsterker for mikrofon

De mikrofonforforsterker vist ovenfor har en spenningsforsterkning på over 52dB (400 ganger) som kan passe til en dynamisk høyimpedans eller electret mikrofon til omtrent hvilken som helst del av et lydutstyr.

Hvis det brukes sammen med standardmikrofoner som nevnt her, kan det lett oppnås en utgang på omtrent 1 volt RMS, selv om en forsterkningskontroll gjør det mulig å sette en lavere utgang for å sikre at overbelastning av kretsen av belastningen kan elimineres. .

Signal / støyforholdet til kretsen er enestående og er normalt over 70 dB i forhold til en utgang på 1 V RMS (med full forsterkning og ulastet).

Hvordan det fungerer

Den foreslåtte MIC forforsterkerkretsen for op amp består av et par trinn, som inkluderer IC1 som den ikke-inverterende forsterkeren. og IC2 som en inverterende forsterker.

Hver forsterker er ofte tilgjengelige typer. IC1s forsterkning med lukket sløyfe blir løst rundt 45 ganger gjennom en negativ tilbakemeldingskrets bygget med R3 og R5-nettverket. Kretsens inngangsimpedans er fast til en minimal verdi på 27k ved hjelp av R4, noe som er tilstrekkelig for å sikre at ekstrem belastning av mikrofonen ikke skjer, C2 muliggjør DC-blokkering ved kretsinngangen.

Kretsen har også et nettverk av deler som er koblet til inngangskontakten som fjerner enhver form for svekkende elektrisk støyopptak og i tillegg hemmer sannsynlig svingning forårsaket av falske tilbakemeldinger. Enheten som brukes for IC1 er en NESS34 eller NE5534A, som faktisk er en avansert operasjonsforsterker. NE5534A er marginalt overlegen i NE5534, selv om de to IC-ene gir eksepsjonell funksjonalitet med minimale tall for støy og forvrengning.

C3 brukes som en koblingskondensator på tvers av utgangen til IC1 og VR1. VR1 fungerer som en normal pot gain gain control. Deretter kobles signalet til det følgende forsterkningstrinnet. Motstandene R6 og R9 utgjør et negativt tilbakemeldingsnettverk som sikrer en lukket sløyfespenningsforsterkning på 10 til IC2. Dette gjør det mulig for kretsen å oppnå en total spenningsforsterkning på rundt 450.

Når det gjelder støyeffektivitet, er ekstrem høy ytelse ikke kritisk her, og derfor vil enhver passende forsterkning i stedet for IC2 fungere. Her har vi brukt en TL081CP op amp, men alle andre typer som LF351 vil også fungere like bra. Disse typene er BiFET op forsterkere som gir ekstremt lave forvrengninger.

PCB-design

Komponentoppsett

Universal forforsterker ved bruk av Op amp LM382

Kretsskjemaet nedenfor viser en grunnleggende universell lydforforsterker ved bruk av IC LM382, som gir svært lav støy, lav forvrengning og rimelig høy forsterkning, og denne kretsen kan brukes til praktisk talt alle normale lydforforsterkerkretsapplikasjoner.

Hvordan det fungerer

Motstandene R2 og kondensatoren C6 muliggjør utjevning, som kan sees mellom forforsterkerens utgang og inverterende inngang. Ved lave frekvenser inkluderer C6 en høy impedans som resulterer i lav tilbakemeldingsfrekvens og høy spenningsforsterkning. Ved større frekvenser avtar sakte impedansen til C6, noe som gir forbedret negativ tilbakemelding og ruller av kretsresponsen med de nødvendige 6 dB per oktav.

Den strekker seg bare opp til en frekvens på rundt 2 kHz, fordi over den frekvensen er impedansen til C6 ganske liten sammenlignet med R2, som ikke har noen innflytelse på kretsens tilbakemeldingsgrad eller spenningsforsterkning.

R1 og C4 er også en del av tilbakemeldingssystemet. C2 er inngangs-DC-blokkeringskondensatoren og C3 er en RF-filterkondensator som hjelper til med å forhindre RF-forstyrrelser og ustabilitetsproblemer på grunn av straysignaler fra kilden til den ikke-inverterende inngangen (som inngangssignalet er koblet til).

LM382 har et høyt nivå for utelukkelse av utgangsrippel, men på grunn av dets lavere inngangssignalnivå og sannsynligheten for at støysvingninger kan legges til forsyningslinjene.

Selv om IC1 skaper en betydelig mengde spenningsforsterkning, gir det på en eller annen måte et sted mellom 50mV RMS-utgangsnivå, som er rundt en tidel av driftsspenningen som trengs av de fleste hi-fr-forsterkere.

Derfor er Tr1 innarbeidet i form av en vanlig emitterforsterker med en spenningsforsterkning på kanskje 20dB. R4 tillater en konstruktiv tilbakemelding som reduserer Tr1s spenningsforsterkning til riktig nivå, som i tillegg gir en lavere grad av forvrengning. IC9 kobler Tr1-utgang til VR1-demper for å få en justerbar utgang.

Frekvensrespons

For ufiltrerte signaler kan en liten mengde støyreduksjon oppnås, hovedsakelig ved å bruke et diskantfilter, og en relativt jevn gjennomsnittlig frekvensrespons kan oppnås.

Prosessen er implementert ved å bruke diskantforsterkning, men mengden av tilpasset boost er avhengig av signalets dynamiske nivå. Den er høyest gjennom intervaller med lavt signal og reduseres til null maksimalt med dynamiske nivåsignaler.

Når et musikksignal påføres inngangen, aktiverer kretsen en diskantkutt som igjen er optimalisert dynamisk, dette skjer faktisk for å kompensere for en høy diskantforsterkerrespons.

Den universelle forforsterkerkretsen har et toppkuttfilter ved bruk av R7 og c8, som tillater en demping på rundt 5 dB med 10 kHz frekvenser. På grunn av dette kan de høye frekvensene økes med en styrke på 5 dB for høye signalnivåer. For mellomstore signalinnganger er frekvensresponsen som tilbys av designet bare flat.

Forforsterkerkrets for gitar

Den grunnleggende funksjonen til denne gitarforforsterkerkretsen er å integrere med en hvilken som helst standard elektrisk gitar og heve de lave inngangssignalene til rimelig høye forsterkede signaler som deretter kan mates til en større effektforsterker for ønsket forsterket utgang.

Utgangssignalfrekvensen fra gitaropptakere har en tendens til å variere sterkt fra opptak til opptak, og selv om noen har en veldig høy spenning som kan presse nesten hvilken som helst effektforsterker, har noen omtrent 30 millivolt RMS eller så spenning.

Forsterkere som er uttrykkelig bygget og som kan brukes med gitarer, har vanligvis en relativt høy følsomhet, og disse kan brukes pålitelig for omtrent hvilken som helst pick-up, men når du bruker en gitar med en annen form for forsterker (for eksempel en hi-fl-forsterker), samlet oppnådd volum anses alltid å være utilstrekkelig.

Et enkelt middel til dette problemet er å bruke en forforsterker som vist ovenfor, før du mater den til effektforsterkeren for å øke signalfrekvensamplituden. Den grunnleggende konfigurasjonen som er nevnt her, har en spenningsforsterkning som virkelig kan variere fra enhet til mer enn 26 dB (20 ganger), derfor bør den passe til praktisk talt alle gitaropptakere til praktisk talt hver effektforsterker.

Forforsterkerens inngangsimpedans skal være omtrent 50k, og utgangsimpedansen er lav. Derfor kan kretsen brukes som en grunnleggende bufferforsterker med enhetsspenningsforsterkning for å tilpasse den ganske høye utgangsimpedansen til en gitaropptaker til en effektforsterker med lav inngangsimpedans om nødvendig.

En ensom BIFET-operasjonsforsterker med lav støy (IC1) har blitt brukt som grunnlag for enheten, som derfor har marginale forvrengningsnivåer samt et signal / støy-forhold på rundt -70dB eller høyere selv når enheten orker med en veldig lavt instrument som en gitar.

Hvordan det fungerer

Denne utformingen er faktisk en normal ikke-inverterende konfigurasjonskrets med driftsforsterker med R2 og R3 som brukes til å forspenne den ikke-inverterende IC1-inngangen på rundt 50% av forsyningsspenningen.

Disse setter også kretsens inngangsimpedans til omtrent 50k. R1 og R4 danner nettverket med negativ tilbakemelding, også med R4 ved minimumsverdi 1C1, inverterende styresignaler er direkte koblet til hverandre, og kretsen gir enhetsspenningsforsterkning.

Da R4 er kalibrert for høyere motstand, reduseres vekselstrømsspenningen gradvis, men C2 introduserer likestrømssperring slik at likspenningsforsterkningen forblir variabel, og forsterkerens utgang forblir forspent ved @ ½ forsyningsspenningen.

Forsterkerens spenningsforsterkning tilsvarer omtrent R1 + R4, delt på R1, noe som resulterer i en nominell total spenningsforsterkning på kanskje over 22 ganger med R4 på høyeste verdi.

Kretsens strømforbruk er rundt 2 milliampere gjennom en 9 volt forsyning, noe som øker til omtrent 2,5 milliampere når en 30 volt forsyning brukes.

En effektiv spenningsforsyning for enheten er et kompakt 9 volt batteri som en PP3-type. Når en 9 volt forsyning brukes, er den gjennomsnittlige utkoblede utgangsspenningen rundt 2 volt RMS, og dette fungerer ganske bra.

Strip Board PCB-tilkoblingsdetaljer og komponentoppsettdiagram

Deleliste

Bufferforsterker med høy impedans

En bufferforsterker fungerer også som en ideell forforsterker for de fleste applikasjoner, men sammen med forforsterkning fungerer den også som en høyimpedansbuffer mellom signalinngangstrinnet og effektforsterkerstadiet. Dette gjør det spesielt mulig å bruke disse typer forforsterkere med inngangssignaler med ekstremt lav strøm, som ikke har råd til belastning med andre forforsterkere med lav impedans.

Bufferforsterkeren illustrert her har en normalt mer enn 100 M inngangsimpedans ved 1 kHz, og inngangsimpedansen kan rett og slett justeres til omtrent hvilket som helst akseptabelt nivå under dette punktet. Kretsens spenningsforsterkning er enhet.

Hvordan det fungerer

Figuren over viser kretsdiagrammet for høy impedansbufferforsterker, og enheten er egentlig bare en driftsforsterker som fungerer som en ikke-inverterende forsterker for enhetsgevinst. Ved å koble utgangen fra IC1 direkte til dens inverterende inngang, tilsettes 100 prosent negativ tilbakemelding over systemet for å oppnå enhetens spenningsforsterkning som er nødvendig sammen med en veldig høy inngangsimpedans.

Når det er sagt, forspenner forspenningskretsen, som i denne situasjonen inkluderer fra R1 til R3, forsterkerens inngangsimpedans slik at kretsen samlet gir en inngangsimpedans som er mye mindre enn IC1 alene. Inngangsimpedansen er rundt 2,7 megohms, og for de fleste applikasjoner kan dette være tilstrekkelig.

Imidlertid kan skyvevirkningen av forspenningsmotstandene fjernes, og dette er målet for C2-kondensatoren 'bootstrapping'. Den kobler utgangssignalet til de tre forspenningsmotstandskrysset, og dermed blir enhver justering av inngangsspenningen balansert av en lik spenningsforskyvning ved utgangen til IC1 og i skjæringspunktet mellom de tre forspenningsmotstandene.

I IC1-rollen brukes en grunnleggende 741 C-operasjonsforsterker, og som nevnt tidligere gir dette en inngangsimpedans som vanligvis overstiger 100 megohms ved 1 kHz som skal være ganske tilstrekkelig for enhver standardimplementering.

Den høyere inngangsimpedansen som kan oppnås ved å bruke en driftsforsterker for FET-innganger, har egentlig ingen praktisk betydning, så det er noen ulemper med de fleste FET-inngangssystemer i denne kretsen.

Først at de faktisk har en tilbøyelighet til å svinge når inngangen er åpen (når inngangen er festet til enheten, svingninger dempes og elimineres).

Den andre ulempen er at inngangseffekten til så mange FET-inngangsenheter er vesentlig høyere enn bipolare enheter som 741 IC. Gjennom denne shuntaksjonen er inngangsimpedansen nå redusert på de fleste frekvenser, mens inngangsimpedansen ved lave bass- og mellomfrekvenser bare er høyere.

For dette formålet er en relativt lav inngangsimpedans (som pickupen som har en anbefalt ladeimpedans på mange 100 k ohm og M ohm nødvendig), en måte å oppnå dette på er å eliminere C2 og endre mengdene R1 til R3 for å oppnå ønsket inngangsimpedans.

Deleliste

PCB-oppsett

Forsterker forforsterker for 2,5 mV signaler

Denne spesielle forsterkerkretsen for forsterkere er ekstremt følsom og lar deg øke signalene så lave som 2,5 mV til en 100 mV. Den er faktisk hentet fra et gammelt RIAA-forforsterkerkonsept.

Tidligere dager var utgangen fra en bevegelig spolekassett av en magnet eller høyspenning typisk 2,5 til 10 millivolt rekkevidde, slik at pickupen kunne balanseres med effektforsterkeren (dette vil muligens kreve et utgangssignal på et par hundre millivolt. RMS).

Selv om produksjonen av magnetiske og bevegelige spiralpatroner vil øke med 6 dB per oktav, kan den gjøre uten behov for utjevning for å motvirke dette, siden passende utjevning måtte være involvert under opptaksprosessen.

Likevel vil utjevning fortsatt være nødvendig fordi under opptaksprosessen basskutt og diskantforsterkning vil bli brukt, i tillegg til å justere, motvirkes ofte frekvensresponsen med en 6dB oktavøkning i pick-up-utgang.

Basskutt måtte inkluderes for å stoppe unødvendige lavfrekvente spormodulasjoner, og trippel boost (med trippel kutt i avspilling) ville gi et enkelt, men effektivt støydempingsanlegg.

Figuren ovenfor er faktisk en typisk gammel RIAA-forforsterkerkrets frekvensresponsgraf som viser de nødvendige parametrene som kreves for å kunne implementere en svært følsom forforsterker som denne.

Hvordan kretsen fungerer

I reell bruk vil RIAA-utjevningsforsterkere vanligvis avvike litt fra den perfekte responsen, selv om enhetsspesifikasjoner ikke ble vurdert kritisk.

Egentlig resulterer imidlertid selv et rett utjevningsnettverk bestående av seks motstandskondensatorsett vanligvis i en maksimal feil på ikke mer enn en eller 2 dB, noe som faktisk ser ganske OK ut.

R2, R3 brukes til å koble denne forvrengningsspenningen til IC1. R2. C2 filtrerer bort forvrengning eller brummen på strømforsyningen, og forhindrer at forstyrrelser legges til forsterkermatingen.

Den høye R3-verdien gir en høy inngangsimpedans for kretsen, men denne overføres av R4 til det nødvendige nivået på omtrent 47k.

Noen få andre pickups kan presentere en belastningsbarriere på 100k, og derfor bør R4 økes til 100k hvis enheten skal implementeres gjennom et inngangssignal som vi har i gamle pickups.

Forsterkerens høye inngangsimpedans gjør det mulig å bruke en veldig liten delverdi for C3 uten å ofre kretsens bassrespons.

Det er fordelaktig fordi det eliminerer et betydelig strømstrøm fra inngangssignaler som slås PÅ, så snart denne enheten får sin normale fungerende prosess.

En frekvensselektiv negativ tilbakemelding over IC1 gir den nødvendige justeringen av frekvensresponsen.

Ved midtfrekvenser er R5 og R7 de viktigste determinantene for kretsforsterkningen, men ved lavere frekvenser legger C6 til en betydelig impedans på R5 for å minimere negativ tilbakemelding og øke forsterkningen som kreves.

På samme måte er impedansen til C5 liten ved høye frekvenser sammenlignet med impedansen til R5, og virkningen av C5-shunting fører til større tilbakemeldinger og den høyfrekvente avrullingen som er nødvendig.

Siden kretsen genererer en spenningsforsterkning på over 50 db i midten av lydfrekvenser, blir utgangen tilstrekkelig høy til å kjøre en hvilken som helst standard effektforsterker selv når den brukes med et inngangssignal på bare ca. 2,5 mV RMS.

Kretsen får strøm fra en hvilken som helst spenning mellom ca. 9 og 30 volt, men det anbefales å arbeide med et relativt høyt forsyningspotensial (ca. 20-30 volt) for å muliggjøre en rimelig overbelastningsprosent.

Når kretsen brukes med et høyt utgangssignal, men med bare omtrent 9 volt forsyningsspenning, vil sannsynligvis en liten overbelastning finne sted i det minste.

Deleliste

PCB-oppsett