Förstärkarkretsar på förstärkare - För mikrofoner, gitarrer, pickups, buffertar

I det här inlägget kommer vi att lära oss en mängd olika förförstärkarkretsar, och det borde finnas en lämplig layout här för nästan alla standardförstärkare för ljudapplikationer.

Som namnet antyder är en förförstärkare en ljudkrets som används före en effektförstärkare eller mellan en liten signalkälla och en effektförstärkare. Förförstärkarens uppgift är att höja nivån på den lilla signalen till en rimlig nivå så att den blir lämplig för effektförstärkaren för ytterligare förstärkning till en högtalare.

Bidrag av: Matrix

Förförstärkare av mikrofon

De mikrofonförförstärkare visas ovan har en spänningsförstärkning på över 52dB (400 gånger) som kan passa en dynamik med hög impedans eller electret-mikrofon till nästan vilken del av ett ljudutrustning som helst.

Om de används tillsammans med standardmikrofoner som nämnts här, kan en utgång på ungefär 1 volt RMS lätt erhållas, även om en förstärkningskontroll gör det möjligt för en lägre utgång att ställas in för att säkerställa att överbelastning av kretsen med belastningen kan elimineras .

Signalförhållandet för kretsen är enastående och är normalt över 70 dB med avseende på en utgång på 1 V RMS (med full förstärkning och avlastad).

Hur det fungerar

Den föreslagna op-MIC-förförstärkarkretsen består av ett par steg, som inkluderar IC1 som den icke-inverterande förstärkaren. och IC2 som en inverterande förstärkare.

Varje förstärkare är vanligt tillgängliga typer. IC1: s slutna kretsförstärkning fixeras till cirka 45 gånger genom en negativ återkopplingskrets byggd med hjälp av R3- och R5-nätverket. Kretsens ingångsimpedans är fixerad till ett minimivärde på 27k med hjälp av R4, vilket är tillräckligt för att säkerställa att extrem belastning av mikrofonen inte sker, C2 möjliggör DC-blockering vid kretsingången.

Kretsen har också ett nätverk av delar som är anslutna till ingångsuttaget som avlägsnar alla typer av avvikande elektriskt brusupptagning och dessutom hämmar sannolik svängning orsakad av falsk återkoppling. Enheten som används för IC1 är en NESS34 eller NE5534A som faktiskt är en avancerad förstärkare. NE5534A är marginellt överlägsen i NE5534 även om de två IC: erna ger exceptionell funktionalitet med minimalt antal störningar och distorsion.

C3 används som en kopplingskondensator över utsignalen från IC1 och VR1. VR1 fungerar som en vanlig pot-gain-kontroll. Därefter kopplas signalen till följande förstärkningssteg. Resistorerna R6 och R9 utgör ett negativt återkopplingsnätverk som säkerställer en spänningsförstärkning med sluten slinga på 10 till IC2. Detta gör det möjligt för kretsen att uppnå en total spänningsförstärkning på cirka 450.

När det gäller bullereffektivitet är extremt höga prestanda inte kritiska här, och därför fungerar någon lämplig förstärkare istället för IC2. Här har vi använt en TL081CP-förstärkare, men alla andra typer som LF351 skulle också fungera lika bra. Dessa typer är BiFET-förstärkare som ger extremt låga snedvridningar.

PCB-design

Komponentlayout

Universal Förförstärkare med Op amp LM382

Kretsschemat nedan visar en grundläggande universell ljudförförstärkare med IC LM382, som erbjuder mycket lågt brus, låg förvrängning och ganska hög förstärkning, och den här kretsen kan användas för praktiskt taget alla normala ljudförförstärkarkretsapplikationer.

Hur det fungerar

Motstånden R2 och kondensatorn C6 möjliggör utjämning, vilket kan ses mellan förförstärkarutgången och inverterande ingång. Vid låga frekvenser inkluderar C6 en hög impedans vilket resulterar i låg återkopplingsfrekvens och hög spänningsförstärkning. Vid större frekvenser minskar C6: s impedans långsamt, vilket ger förbättrad negativ återkoppling och rullar av kretsresponsen med nödvändiga 6 dB per oktav.

Den sträcker sig bara upp till en frekvens på cirka 2 kHz, för ovanför frekvensen är impedansen för C6 ganska liten jämfört med den för R2, som inte har någon inverkan på kretsens återkopplingsgrad eller spänningsförstärkning.

R1 och C4 är också en del av återkopplingssystemet. C2 är den ingående likströmsspärrkondensatorn och C3 är en RF-filterkondensor som hjälper till att förhindra RF-störningar och instabilitetsproblem på grund av strössignaler från källan till den icke-inverterande ingången (till vilken insignalen är kopplad).

LM382 har dock en hög nivå av uteslutning av krusningar, dock på grund av dess lägre insignalnivå och sannolikheten att brusfluktuationer kan läggas till matningslinjerna.

Även om IC1 skapar en betydande mängd spänningsförstärkning, ger det på något sätt någonstans mellan 50mV RMS-utgångsnivå, vilket är ungefär en tiondel av den drivspänning som behövs av majoriteten av hi-fr-förstärkare.

Därför införlivas Tr1 i form av en vanlig sändarförstärkare med en spänningsförstärkning på kanske 20 dB. R4 tillåter en konstruktiv återkoppling som minskar Tr1: s spänningsförstärkning till rätt nivå, vilket dessutom ger en lägre distorsionsgrad. IC9 länkar Tr1-utgången till VR1-dämparen för att få en justerbar utgång.

Frekvenssvar

För ofiltrerade signaler kunde en liten mängd brusreducering åstadkommas, huvudsakligen med användning av ett diskantfilter, och ett relativt jämnt medelfrekvenssvar kan erhållas.

Processen implementeras genom att applicera diskantförstärkning, men den anpassade kvantiteten av boost är beroende av signalens dynamiska nivå. Det är högst genom intervall med låg signal och minskar till noll vid maximalt med dynamiska nivåsignaler.

När en musiksignal appliceras vid ingången möjliggör kretsen en diskant som igen optimeras dynamiskt, detta sker faktiskt för att kompensera ett högt diskantförstärkningsrespons.

Den universella förförstärkarkretsen har ett toppklippfilter med R7 och c8, vilket möjliggör en dämpning på cirka 5 dB med 10 kHz frekvenser. På grund av detta kan de höga frekvenserna förstärkas med en styrka av 5 dB för höga signalnivåer. För mellansignalingångar är frekvenssvaret som designen erbjuder bara platt.

Förförstärkarkrets för gitarr

Den grundläggande funktionen för denna gitarrförförstärkarkrets är att integreras med vilken standardelektrisk gitarr som helst och höja dess låga ingångssignaler till en ganska hög förstärkt signal som sedan kan matas till en större effektförstärkare för önskad förstärkt utgång.

Utgångssignalfrekvensen från gitarrpickups tenderar att skilja sig mycket från pick-up till pick-up, och även om vissa har en mycket hög spänning som kan driva nästan vilken effektförstärkare som helst, har vissa bara cirka 30 millivolt RMS eller så spänning.

Förstärkare som är uttryckligen byggda som kan användas med gitarrer har vanligtvis en relativt hög känslighet och dessa kan användas pålitligt för nästan vilken pickup som helst, men när man använder en gitarr med någon annan form av förstärkare (som en hi-fl-förstärkare) den totala uppnådda volymen anses alltid vara otillräcklig.

En enkel lösning på detta problem är att använda en förförstärkare som visas ovan innan du matar den till effektförstärkaren för att höja signalfrekvensamplituden. Den grundläggande konfigurationen som nämns här har en spänningsförstärkning som verkligen kan variera från enhet till mer än 26 dB (20 gånger), därför bör den passa i princip varje gitarrupptagning till praktiskt taget alla effektförstärkare.

Förförstärkarens ingångsimpedans bör vara cirka 50k och utgångsimpedansen är låg. Därför kan kretsen användas som en grundläggande buffertförstärkare med enhetsspänningsförstärkning för att passa den relativt höga utgångsimpedansen hos en gitarrupptagning till en effektförstärkare med låg ingångsimpedans om så krävs.

En ensam BIFET-operationsförstärkare med låg ljudnivå (IC1) har använts som bas för enheten, som därför har marginella distorsionsnivåer samt ett signal-brusförhållande på cirka -70 dB eller högre även när enheten svänger med en instrument med mycket låg effekt som en gitarr.

Hur det fungerar

Denna konstruktion är faktiskt en normal icke-inverterande konfigurationskrets med driftsförstärkare med R2 och R3 som används för att förspänna den icke-inverterande IC1-ingången vid cirka 50% av matningsspänningen.

Dessa ställer också in kretsens ingångsimpedans till cirka 50k. R1 och R4 bildar nätverket med negativ återkoppling, även med R4 vid minimivärdet 1C1 är inverterande styrsignaler direkt kopplade till varandra och kretsen ger enhetsspänningsförstärkning.

När R4 är kalibrerad för högre motstånd minskar växelspänningsförstärkningen gradvis, men C2 introducerar likströmsspärr så att likspänningsförstärkningen förblir variabel och förstärkarens utgång förblir förspänd vid ½ matningsspänningen.

Förstärkarens spänningsförstärkning är ungefär ekvivalent med R1 + R4, dividerat med R1, vilket resulterar i en nominell total spänningsförstärkning på kanske över 22 gånger med R4 som högsta värde.

Kretsens strömförbrukning är cirka 2 milliampere genom en 9 volts strömförsörjning, vilket ökar till cirka 2,5 millimeter när en 30 volt matning används.

En effektiv spänningsförsörjning för enheten är ett kompakt 9 volts batteri som en PP3-typ. När en 9 volts strömförsörjning används är den genomsnittliga oklippta utspänningen cirka 2 volt RMS, och det fungerar ganska bra.

Strip Board PCB-anslutningsdetaljer och layoutdiagram för komponenter

Dellista

Buffertförstärkare med hög impedans

En buffertförstärkare fungerar också som en idealisk förförstärkare för de flesta applikationer, men tillsammans med förförstärkningen fungerar den också som en högimpedansbuffert mellan signalinmatningssteget och effektförstärkarsteget. Detta gör det möjligt för dessa typer av förförstärkare att användas med ingångssignaler med extremt låg ström, vilket inte har råd med laddning med andra förförstärkare av låg impedans.

Den buffertförstärkare som illustreras här har normalt mer än 100 M ingångsimpedans vid 1 kHz, och ingångsimpedansen kan enkelt justeras till nästan vilken acceptabel nivå som helst under den punkten. Kretsens spänningsförstärkning är enhet.

Hur det fungerar

Bilden ovan visar högimpedansbuffertförstärkarens kretsschema, och enheten är i huvudsak bara en arbetsförstärkare som fungerar som en icke-inverterande förstärkare för enhetsförstärkning. Genom att koppla utgången från IC1 direkt till dess inverterande ingång adderas 100 procent negativ återkoppling över systemet för att uppnå den nödvändiga enhetsspänningsförstärkningen tillsammans med en mycket hög ingångsimpedans.

Med detta sagt förskjuter förspänningskretsen, som i denna situation inkluderar R1 till R3, förstärkarens ingångsimpedans så att kretsen totalt sett ger en ingångsimpedans mycket mindre än IC1 ensam. Ingångsimpedansen är cirka 2,7 megohms, och för majoriteten av applikationerna kan det vara tillräckligt.

Emellertid kunde förspänningsmotståndens växlingsåtgärd avlägsnas, och detta är målet för C2-kondensatorns 'bootstrapping'. Den ansluter utsignalen till de tre förspänningsmotståndskorsningarna, och all balansering av ingångsspänningen balanseras således av en lika spänningsförskjutning vid utgången från IC1 och vid skärningspunkten mellan de tre förspänningsmotstånden.

I IC1-rollen används en grundläggande 741 C operationsförstärkare, och som tidigare nämnts ger detta en ingångsimpedans som vanligtvis överstiger 100 megohms vid 1 kHz som borde vara helt adekvat för alla standardimplementeringar.

Den högre ingångsimpedansen som kan uppnås med en operationsförstärkare för FET-ingångar är verkligen inte av någon praktisk betydelse, så det finns några nackdelar med de flesta FET-ingångssystem i denna krets.

Först att de faktiskt har en benägenhet att svänga när ingången är öppen (när ingången är ansluten till enheten dämpas och elimineras svängningarna).

Den andra nackdelen är att ingångseffekten för så många FET-inmatningsenheter är väsentligt högre än bipolära enheter som 741 IC. Genom dessa växlingsåtgärder reduceras nu ingångsimpedansen vid de flesta frekvenser medan vid låg bas- och mellanfrekvenser är ingångsimpedansen helt enkelt högre.

För detta ändamål är en relativt låg ingångsimpedans nödvändig (som pickup som har en rekommenderad laddningsimpedans på många 100 k ohm och M ohm), ett sätt att uppnå detta är att eliminera C2 och ändra kvantiteterna R1 till R3 för att uppnå önskad ingångsimpedans.

Dellista

PCB-layout

Förstärkare för förstärkare för 2,5 mV signaler

Denna speciella förstärkarkrets för förstärkare är extremt känslig och låter dig öka signaler så låga som 2,5 mV till 100 mV. Den härrör faktiskt från ett gammalt RIAA-förförstärkarkoncept.

Tidigare dagar var utgången från en rörlig spolpatron av en magnet eller högspänning typiskt 2,5 till 10 millivolt, så att pickupen kunde balanseras med effektförstärkaren (detta skulle eventuellt kräva en utsignal på ett par hundra millivolt RMS).

Även om utmatningen från magnetiska och rörliga spolpatroner skulle öka med 6 dB per oktav skulle det kunna göra utan behov av någon utjämning för att motverka detta eftersom lämplig utjämning måste involveras under inspelningsprocessen.

Icke desto mindre skulle utjämning fortfarande vara nödvändig för att under inspelningsprocessen skulle basskärning och diskantförstärkning användas, förutom att justera, motverkade frekvenssvaret ofta med en 6dB oktavökning i pick-up-utgången.

Basskärningen var tvungen att inkluderas för att stoppa onödigt lågfrekventa spårmoduleringar och trippelförstärkningen (med trippelskärning i uppspelning) skulle ge en enkel men effektiv ljudreduceringsanläggning.

Bilden ovan är faktiskt en typisk gammal RIAA-förförstärkarkrets frekvensresponsdiagram som visar de nödvändiga parametrarna som krävs för att framgångsrikt implementera en mycket känslig förförstärkare som denna.

Hur kretsen fungerar

I verklig användning skulle RIAA-utjämningsförstärkare vanligtvis avvika lite från det perfekta svaret, även om enhetsspecifikationer inte ansågs kritiskt.

Egentligen resulterar dock även ett enkelt utjämningsnätverk bestående av sex motståndskondensatoruppsättningar vanligtvis i ett maximalt fel på högst en eller två dB, vilket faktiskt ser ganska OK ut.

R2, R3 används för att länka denna distorsionsspänning till IC1. R2. C2 filtrerar bort eventuell snedvridning eller brum på strömförsörjningen, vilket förhindrar att störningarna läggs till förstärkarmatningen.

Det höga R3-värdet ger en hög ingångsimpedans för kretsen, men detta överförs av R4 till den nödvändiga nivån på cirka 47k.

Några andra upphämtningar kan utgöra en belastningsbarriär på 100k och därför bör R4 ökas till 100k om enheten ska implementeras genom en insignal som vi har i gamla pickups.

Förstärkarens höga ingångsimpedans gör det möjligt att använda ett mycket litet delvärde för C3 utan att offra kretsens basrespons.

Det är fördelaktigt eftersom det eliminerar en betydande nivå av strömflöde från inkopplingssignaler som slås PÅ så snart denna enhet tar sin normala funktionsprocess.

En frekvensselektiv negativ återkoppling över IC1 ger den nödvändiga justeringen av frekvenssvaret.

Vid mittfrekvenser är R5 och R7 de viktigaste faktorerna för kretsförstärkningen, men vid lägre frekvenser lägger C6 till en väsentlig impedans på R5 för att minimera negativ återkoppling och öka förstärkningen som krävs.

På samma sätt är impedansen för C5 liten vid höga frekvenser jämfört med impedansen för R5, och effekten av C5-växling leder till större återkoppling och den högfrekventa avrullning som krävs.

Eftersom kretsen genererar en spänningsförstärkning på över 50 db i mitten av ljudfrekvenser blir utgången tillräckligt hög för att köra någon standardeffektförstärkare även när den används med en insignal på endast cirka 2,5 mV RMS.

Kretsen drivs från valfri spänning mellan cirka 9 och 30 volt, men det rekommenderas att arbeta med en relativt hög matningspotential (cirka 20-30 volt) för att möjliggöra en rimlig överbelastningsprocent.

När kretsen appliceras med en hög utsignal men med endast ungefär 9 volt matningsspänning, kommer troligen en liten överbelastning att ske minst.

Dellista

PCB-layout