Op Amp Ön Amplifikatör Devreleri - MIC'ler, Gitarlar, Pikaplar, Tamponlar için

Bu yazıda, çeşitli preampli katör devrelerini öğreneceğiz ve hemen hemen her standart ses preampli katörü uygulaması için burada uygun bir düzen olmalıdır.

Adından da anlaşılacağı gibi, bir ön amplifikatör, bir güç amplifikatöründen önce veya küçük bir sinyal kaynağı ile bir güç amplifikatörü arasında kullanılan bir ses devresidir. Bir ön amplifikatörün görevi, küçük sinyalin seviyesini makul bir seviyeye yükseltmektir, böylece bir hoparlöre daha fazla amplifikasyon için güç amplifikatörü için uygun hale gelir.

Katkıda bulunan: Matrix

Mikrofon Preamp

mikrofon ön yükselticisi Yukarıda gösterilen, yüksek empedans dinamiğine uyabilecek 52dB'nin (400 kat) üzerinde bir voltaj kazancına sahiptir. elektret mikrofon bir ses donanımının hemen hemen herhangi bir bölümüne.

Burada belirtildiği gibi standart mikrofonlarla birlikte kullanılırsa, yaklaşık 1 voltluk bir RMS çıkışı kolaylıkla elde edilebilir, ancak bir kazanç kontrolü, devrenin yük tarafından aşırı yüklenmesinin ortadan kaldırılmasını sağlamak için daha düşük bir çıkışın ayarlanmasını mümkün kılar. .

Devrenin sinyal-gürültü oranı olağanüstüdür ve normalde 1 V RMS çıkışına göre (tam kazanç ve yüksüz) 70 dB'nin üzerindedir.

Nasıl çalışır

Önerilen op amp MIC ön amplifikatör devresi, tersine çevrilemeyen amplifikatör olarak IC1'i içeren birkaç aşamadan oluşur. ve bir evirici amplifikatör olarak IC2.

Her amplifikatör yaygın olarak bulunan tiplerdir. IC1'in kapalı döngü kazancı, R3 ve R5 ağı kullanılarak oluşturulan bir negatif geri besleme devresi aracılığıyla yaklaşık 45 kez sabitlenir. Devrenin giriş empedansı, R4 aracılığıyla minimum 27k değerinde sabitlenir, bu da mikrofonun aşırı yüklenmemesini sağlamak için yeterlidir, C2, devre girişinde DC engellemeyi etkinleştirir.

Devre ayrıca, her türlü başıboş elektrik gürültüsünü kaldıran ve ayrıca sahte geri beslemenin neden olduğu olası salınımı engelleyen, giriş jakına bağlı bir parça ağına sahiptir. IC1 için kullanılan cihaz, aslında bir yüksek son operasyonel ampli katör olan bir NESS34 veya NE5534A'dır. NE5534A, i NE5534'ten marjinal olarak daha üstündür, ancak iki IC minimum gürültü ve distorsiyon rakamları kullanarak olağanüstü işlevsellik sağlar.

C3, IC1 ve VR1'in çıkışında bir bağlantı kapasitörü olarak kullanılır. VR1, normal bir pot kazanım kontrolü gibi davranır. Daha sonra sinyal, aşağıdaki amplifikasyon aşamasına bağlanır. Dirençler R6 ve R9, 10 ila IC2 kapalı döngü voltaj kazancı sağlayan bir negatif geri besleme ağı oluşturur. Bu, devrenin yaklaşık 450 civarında bir toplam voltaj kazancı elde etmesini sağlar.

Gürültü verimliliği ile ilgili olarak, aşırı yüksek performans burada kritik değildir ve bu nedenle IC2 yerine herhangi bir uygun op amp çalışacaktır. Burada bir TL081CP op amp kullandık, ancak LF351 gibi diğer herhangi bir tür de iyi çalışacaktır. BiFET op amper olan bu tipler, son derece düşük distorsiyon büyüklükleri sağlar.

PCB Tasarımı

Bileşen Düzeni

Op amp LM382 kullanan Evrensel Ön Amplifikatör

Aşağıdaki devre şeması, çok düşük gürültü, düşük distorsiyon ve makul derecede yüksek kazanç sunan IC LM382'yi kullanan temel bir evrensel ses ön amfisini gösterir ve bu devre pratik olarak tüm normal ses ön amplifikatör devre uygulamaları için kullanılabilir.

Nasıl çalışır

Dirençler R2 ve kapasitör C6, ön yükseltici çıkışı ve ters çevirme girişi arasında görülebilen eşitlemeyi sağlar. Düşük frekanslarda C6, düşük geri besleme frekansı ve yüksek voltaj kazancı ile sonuçlanan yüksek bir empedans içerir. Daha büyük frekanslarda C6'nın empedansı yavaşça azalır, gelişmiş negatif geri besleme sağlar ve oktav başına gerekli 6dB'de devre yanıtını yuvarlar.

Sadece 2 kHz civarında bir frekansa kadar uzanır, çünkü C6'nın empedansı, devrenin geri besleme derecesi veya voltaj kazancı üzerinde hiçbir etkisi olmayan R2'ninkine kıyasla oldukça küçüktür.

R1 ve C4 de geri bildirim sisteminin bir parçasıdır. C2, giriş DC engelleme kapasitörüdür ve C3, kaynaktan ters çevirmeyen girişe (giriş sinyalinin bağlandığı) başıboş sinyaller nedeniyle RF paraziti ve dengesizlik sorunlarını önlemeye yardımcı olan bir RF filtre kondansatörüdür.

LM382, yüksek seviyede çıkış dalgalanması dışlamasına sahiptir, ancak daha düşük giriş sinyali seviyesi ve besleme hatlarına gürültü dalgalanmaları eklenmesi olasılığı nedeniyle.

IC1, önemli miktarda voltaj kazancı oluştursa da, bir şekilde 50mV RMS çıkış seviyesi arasında bir yerde sağlar; bu, hi-fr amplifikatörlerin çoğunun ihtiyaç duyduğu sürücü voltajının yaklaşık onda biri kadardır.

Bu nedenle Tr1, belki 20dB'lik bir voltaj kazancı ile ortak bir yayıcı amplifikatör formuna dahil edilir. R4, Tr1'in voltaj kazancını doğru seviyeye düşüren ve ek olarak daha düşük bir bozulma derecesi sağlayan yapıcı bir geri bildirime izin verir. IC9, ayarlanabilir bir çıkış elde etmek için Tr1 çıkışını VR1 zayıflatıcıya bağlar.

Frekans tepkisi

Filtrelenmemiş sinyaller için, esas olarak bir tiz kesim filtresi kullanılarak küçük bir miktar gürültü azaltımı gerçekleştirilebilir ve nispeten düzgün bir ortalama frekans tepkisi elde edilebilir.

Süreç, tiz yükseltme uygulanarak gerçekleştirilir, ancak uyarlanan yükseltme miktarı, sinyalin dinamik seviyesine bağlıdır. Düşük sinyal aralıklarında en yüksektir ve dinamik seviye sinyalleri ile maksimumda sıfıra düşer.

Girişe bir müzik sinyali uygulandığında, devre yine dinamik olarak optimize edilen bir tiz kesimi sağlar, bu aslında yüksek bir tiz yükseltme tepkisini telafi etmek için gerçekleşir.

Evrensel ön amplifikatör devresinde, 10 kHz frekanslarda yaklaşık 5 dB zayıflamaya izin veren R7 ve c8 kullanan bir üstten kesim filtresi vardır. Bu nedenle, yüksek frekanslar, yüksek sinyal seviyeleri için 5 dB'lik bir büyüklükle artırılabilir. Orta düzey sinyal girişleri için, tasarımın sunduğu frekans yanıtı düzdür.

Gitar Preamplifikatör Devresi

Bu gitar ön amplifikatör devresinin temel işlevi, herhangi bir standart elektro gitarla entegre olmak ve düşük giriş dize sinyallerini, daha sonra istenen güçlendirilmiş çıkış için daha büyük bir güç amplifikatörüne beslenebilecek makul derecede yüksek önceden amplifiye edilmiş sinyallere yükseltmektir.

Gitar pikaplarından gelen çıkış sinyali frekansı, pikaptan pikaplara kadar büyük ölçüde farklılık gösterir ve bazıları hemen hemen her güç amplifikatörünü zorlayabilecek çok yüksek bir voltaja sahip olsa da, bazıları yaklaşık 30 milivolt RMS veya benzeri voltaj içerir.

Gitarlarla kullanılabilecek şekilde açıkça yapılmış amplifikatörler genellikle nispeten yüksek bir hassasiyete sahiptir ve bunlar hemen hemen her pick-up için güvenilir bir şekilde kullanılabilir, ancak başka bir amplifikatörle (hi-fl amplifikatör gibi) bir gitar kullanırken elde edilen toplam hacim her zaman yetersiz olarak kabul edilir.

Bu sorunun kolay bir çözümü, sinyal frekansı genliğini yükseltmek için güç amplifikatörüne beslemeden önce yukarıda gösterildiği gibi bir ön amplifikatör kullanmaktır. Burada bahsedilen temel konfigürasyon, üniteden 26dB'den (20 kez) daha fazla değişebilen bir voltaj kazancına sahiptir, bu nedenle neredeyse her gitar pikabına hemen hemen her güç amplifikatörüne uymalıdır.

Ön yükselticinin giriş empedansı yaklaşık 50k olmalıdır ve çıkış empedansı düşüktür. Bu nedenle devre, gerekirse düşük bir giriş empedansına sahip bir güç amplifikatörüne bir gitar pikabının oldukça yüksek çıkış empedansına uyacak şekilde birim voltaj kazancına sahip temel bir tampon amplifikatörü olarak kullanılabilir.

Ünite için temel olarak tek bir düşük gürültülü BIFET işlemsel amplifikatörü (IC1) kullanılmıştır; bu nedenle, marjinal distorsiyon seviyelerinin yanı sıra ünite ile orksw olduğunda bile -70dB veya daha yüksek bir sinyal-gürültü oranı vardır. gitar gibi çok düşük çıkışlı enstrüman.

Nasıl çalışır

Bu tasarım aslında, ters çevirmeyen IC1 girişini besleme voltajının yaklaşık% 50'sinde önyargılı hale getirmek için kullanılan R2 ve R3 ile normal bir işlemsel amplifikatör ters çevirmeyen konfigürasyon devresidir.

Bunlar aynı şekilde devrenin giriş empedansını yaklaşık 50k olarak ayarlar. R1 ve R4 negatif geri besleme ile ağı oluşturur, ayrıca minimum değerde R4 ile 1C1 ters çeviren kontrol sinyalleri doğrudan birbirine bağlanır ve devre birim voltaj kazancı sağlar.

R4, daha yüksek direnç için kalibre edildiğinde, AC voltaj kazancı kademeli olarak azalır, ancak C2, DC voltaj kazancının değişken kalacağı şekilde DC blokajı getirir ve amplifikatörün çıkışı, besleme voltajında ​​@ ½ önyargılı kalır.

Amplifikatörün voltaj kazancı kabaca R1 + R4'e eşittir, R1'e bölünür ve en yüksek değerde R4 ile belki 22 katın üzerinde bir nominal genel voltaj kazancı ile sonuçlanır.

Devrenin akım tüketimi, 30 voltluk bir besleme kullanıldığında yaklaşık 2,5 miliamper'e çıkan 9 voltluk bir besleme yoluyla yaklaşık 2 miliamperdir.

Cihaz için etkili bir voltaj kaynağı, PP3 tipi gibi kompakt 9 voltluk bir bataryadır. 9 voltluk bir besleme kullanıldığında, ortalama kırpılmamış çıkış voltajı yaklaşık 2 volt RMS'dir ve bu oldukça iyi çalışır.

Şerit Kartı PCB Bağlantı Detayları ve Bileşenleri Yerleşim Şeması

Parça listesi

Yüksek Empedans Tampon Amplifikatörü

Bir tampon amplifikatör aynı zamanda çoğu uygulama için ideal bir ön amplifikatör gibi çalışır, ancak ön amplifikasyonla birlikte, sinyal giriş aşaması ve güç amplifikatörü aşaması arasında yüksek empedanslı bir tampon işlevi görür. Bu, özellikle bu tür ön yükselticilerin, diğer düşük empedans tipi ön yükselticilerle yüklemeyi karşılayamayan son derece düşük akım giriş sinyalleri ile kullanılmasına izin verir.

Burada gösterilen tampon amplifikatör normalde 1kHz'de 100 M'den fazla giriş empedansına sahiptir ve giriş empedansı, bu noktanın altındaki hemen hemen herhangi bir kabul edilebilir seviyeye basitçe ayarlanabilir. Devrenin voltaj kazancı birliktir.

Nasıl çalışır

Yukarıdaki şekil, Yüksek Empedans Tampon Amplifikatörünün devre şemasını gösterir ve ünite, esas olarak, birlik kazancı için ters çevirmeyen bir amplifikatör olarak çalışan bir işletim amplifikatörüdür. IC1 çıkışını doğrudan ters çevirme girişine bağlayarak, çok yüksek bir giriş empedansı ile birlikte gerekli birim voltaj kazancını elde etmek için sistem üzerine yüzde 100 negatif geri besleme eklenir.

Bununla birlikte, bu durumda R1 ila R3'ü içeren öngerilim devresi, amplifikatörün giriş empedansını şöntler, böylece devre genel olarak tek başına IC1'den çok daha küçük bir giriş empedansı sağlar. Giriş empedansı yaklaşık 2,7 megaohm'dur ve uygulamaların çoğu için bu yeterli olabilir.

Bununla birlikte, öngerilim dirençlerinin şönt hareketi kaldırılabilir ve bu, C2 kapasitörünün 'önyükleme' nin amacıdır. Çıkış sinyalini üç öngerilim direnci bağlantısına bağlar ve böylece giriş voltajındaki herhangi bir ayarlama, IC1 çıkışındaki ve üç öngerilim direncinin kesişimindeki eşit bir voltaj kayması ile dengelenir.

IC1 rolünde, temel bir 741 C işlemsel amplifikatör kullanılır ve daha önce belirtildiği gibi, bu, herhangi bir standart uygulama için oldukça yeterli olması gereken, genellikle 1 kHz'de 100 megaohm'u aşan bir giriş empedansı sağlar.

FET girişleri için bir işletim amplifikatörü kullanılarak elde edilebilecek daha yüksek giriş empedansı gerçekten pratik bir öneme sahip değildir, bu nedenle bu devrede çoğu FET giriş sisteminde birkaç dezavantaj vardır.

Birincisi, giriş açıkken gerçekte salınım eğilimi gösterirler (giriş cihaza bağlandığında salınımlar azaltılır ve ortadan kaldırılır).

Diğer dezavantaj, bu kadar çok FET giriş cihazının giriş gücünün 741 IC gibi iki kutuplu cihazlardan önemli ölçüde daha yüksek olmasıdır. Bu şöntleme eylemleri sayesinde, çoğu frekansta giriş empedansı düşürülürken, düşük bas ve orta frekanslarda giriş empedansı basitçe daha yüksektir.

Bu amaçla, nispeten düşük bir giriş empedansı (birçok 100 k ohm'luk önerilen bir şarj empedansına sahip ve M ohm gerekli olan başlatma gibi), bunu başarmanın bir yolu, C2'yi ortadan kaldırmak ve elde etmek için R1'den R3'e kadar olan miktarları değiştirmektir. istenen bir giriş empedansı.

Parça listesi

PCB Düzeni

2,5 mV Sinyaller için Op Amp Preamplifikatör

Bu özel op amp preamplifikatör devresi son derece hassastır ve 2,5 mV kadar düşük sinyalleri 100 mV'ye yükseltmenize izin verir. Aslında eski bir RIAA preamplifikatör konseptinden türetilmiştir.

Daha önceki günlerde, bir mıknatısın veya yüksek voltajın hareketli bobin kartuşunun çıkışı tipik olarak 2,5 ila 10 milivolt aralığındaydı, böylece pikap güç amplifikatörü ile dengelenebilirdi (bu muhtemelen birkaç yüz milivoltluk bir çıkış sinyali gerektirecektir. RMS).

Manyetik ve hareketli bobin kartuşlarının çıkışı, oktav başına 6dB'ye yükselse de, kayıt işlemi sırasında uygun eşitlemenin dahil edilmesi gerektiğinden, buna karşı koymak için herhangi bir eşitlemeye gerek kalmadan yapılabilir.

Yine de, eşitleme yine de gerekli olacaktır, çünkü kayıt işlemi sırasında ayarlamaya ek olarak bas kesme ve tiz yükseltme kullanılacaktır, frekans tepkisi genellikle pikap çıkışında 6 dB oktav artışla dengelenmiştir.

Gereksiz düşük frekanslı kanal modülasyonlarını durdurmak için bas kesiminin dahil edilmesi gerekiyordu ve üçlü güçlendirme (çalmada üçlü kesim ile) basit ama verimli bir gürültü azaltma olanağı sağlayacaktı.

Yukarıdaki şekil aslında tipik bir eski RIAA ön yükseltici devresinin, bunun gibi oldukça hassas bir ön yükselticinin başarılı bir şekilde uygulanması için gerekli parametreleri gösteren frekans yanıt grafiğidir.

Devre Nasıl Çalışır

Gerçek kullanımda RIAA eşitleme amplifikatörleri, tipik olarak mükemmel yanıttan biraz sapabilir, ancak cihaz özellikleri kritik olarak düşünülmemiştir.

Aslında, altı dirençli kapasitör setinden oluşan basit bir eşitleme ağı bile tipik olarak bir veya 2 dB'den fazla olmayan bir maksimum hata ile sonuçlanır, ki bu aslında oldukça iyi görünüyor.

R2, R3, bu bozulma voltajını IC1'e bağlamak için kullanılır. R2. C2, güç kaynağındaki herhangi bir bozulma veya uğultuyu filtreler ve parazitin amplifikatör beslemesine eklenmesini önler.

Yüksek R3 değeri devre için yüksek bir giriş empedansı sağlar, ancak bu R4 tarafından gerekli yaklaşık 47k seviyesine aktarılır.

Diğer birkaç pikap, 100k'lık bir yük bariyeri sunabilir ve bu nedenle, ünite eski pikaplarda olduğu gibi bir giriş sinyali yoluyla uygulanacaksa, R4 100k'ye yükseltilmelidir.

Amplifikatörün yüksek giriş empedansı, devrenin bas tepkisinden ödün vermeden C3 için çok küçük bir parça değerinin kullanılmasına izin verir.

Avantajlıdır, çünkü bu cihaz normal çalışma sürecine geçer geçmez, giriş açma sinyallerinden kaynaklanan önemli bir akım dalgalanmasını ortadan kaldırır.

IC1 üzerinden bir frekans seçici negatif geri besleme, frekans yanıtının gerekli ayarını sağlar.

Orta frekanslarda R5 ve R7 devre kazancının ana belirleyicileridir, ancak daha düşük frekanslı frekanslarda C6, negatif geri beslemeyi en aza indirmek ve gerekli kazancı artırmak için önemli bir R5 empedansı ekler.

Benzer şekilde, C5'in empedansı, R5'in empedansına kıyasla yüksek frekanslarda küçüktür ve C5 şöntlemenin etkisi, daha fazla geri bildirim ve gerekli olan yüksek frekans düşüşüne yol açar.

Devre, orta ses frekanslarında 50db'nin üzerinde bir voltaj kazancı ürettiğinden, çıkış, yalnızca yaklaşık 2,5 mV RMS'lik bir giriş sinyali ile kullanıldığında bile herhangi bir standart güç amplifikatörünü çalıştırmak için yeterince yüksek hale gelir.

Devre, yaklaşık 9 ila 30 volt arasındaki herhangi bir voltajdan beslenir, ancak makul bir aşırı yük yüzdesi sağlamak için oldukça yüksek bir besleme potansiyeli (yaklaşık 20-30 volt) ile çalışılması önerilir.

Devre, yüksek bir çıkış sinyali ile uygulandığında, ancak sadece yaklaşık 9 voltluk besleme voltajı ile uygulandığında, minimumda küçük bir aşırı yük meydana gelmesi muhtemeldir.

Parça listesi

PCB Düzeni