In dit bericht zullen we een verscheidenheid aan voorversterkercircuits leren kennen, en er zou hier een geschikte lay-out moeten zijn voor bijna elke standaard audio-voorversterkerapplicatie.

Zoals de naam al doet vermoeden, is een voorversterker een audiocircuit dat wordt gebruikt voor een eindversterker, of tussen een kleine signaalbron en een eindversterker. De taak van een voorversterker is om het niveau van het kleine signaal naar een redelijk niveau te brengen, zodat het geschikt wordt voor de eindversterker voor verdere versterking tot een luidspreker.

Bijgedragen door: Matrix

Microfoon voorversterker

De microfoon voorversterker hierboven weergegeven heeft een spanningsversterking van meer dan 52dB (400 keer) die geschikt is voor een dynamische of electret microfoon naar zowat elk onderdeel van een audio-uitrusting.

Indien gebruikt in combinatie met standaardmicrofoons zoals hier vermeld, zou een output van ongeveer 1 volt RMS gemakkelijk kunnen worden verkregen, hoewel een versterkingsregeling het mogelijk maakt om een lagere output in te stellen om ervoor te zorgen dat overbelasting van het circuit door de belasting kan worden geëlimineerd .

De signaal-ruisverhouding van het circuit is uitstekend en ligt normaal gesproken boven 70 dB met betrekking tot een output van 1 V RMS (met volledige versterking en onbelast).

Hoe het werkt

Het voorgestelde opamp MIC-voorversterkercircuit bestaat uit een aantal trappen, waaronder IC1 als de niet-inverterende versterker. en IC2 als inverterende versterker.

Elke versterkers zijn algemeen verkrijgbare typen. De gesloten-lusversterking van IC1 is vastgesteld op ongeveer 45 keer via een negatief feedbackcircuit dat is gebouwd met behulp van het R3- en R5-netwerk. De ingangsimpedantie van het circuit is vastgesteld op een minimale waarde van 27k door middel van R4, wat voldoende is om ervoor te zorgen dat de microfoon niet extreem wordt belast, C2 maakt DC-blokkering aan de circuitingang mogelijk.

De schakeling heeft ook een netwerk van onderdelen die zijn verbonden met de ingangsaansluiting die elke vorm van het oppikken van elektrische ruis elimineert en bovendien mogelijke oscillatie verhindert die wordt veroorzaakt door valse feedback. Het apparaat dat wordt gebruikt voor IC1 is een NESS34 of NE5534A, wat eigenlijk een hoogwaardige operationele versterker is. De NE5534A is iets superieur aan de i NE5534, hoewel de twee IC's uitzonderlijke functionaliteit bieden met minimale ruis- en vervormingscijfers.

C3 wordt gebruikt als koppelcondensator over de uitgang van IC1 en VR1. VR1 werkt als een normale potversterkingsregeling. Vervolgens wordt het signaal gekoppeld aan de volgende versterkingstrap. Weerstanden R6 en R9 vormen een negatief feedbacknetwerk dat zorgt voor een spanningsversterking in de gesloten lus van 10 tot IC2. Hierdoor kan het circuit een totale spanningsversterking van ongeveer 450 bereiken.

Met betrekking tot ruisefficiëntie zijn extreem hoge prestaties hier niet kritisch, en daarom zal elke geschikte opamp in plaats van IC2 werken. Hier hebben we een TL081CP opamp gebruikt, maar elk ander type zoals de LF351 zou ook zo goed werken. Omdat deze typen een BiFET-opamp zijn, bieden ze extreem lage vervormingen.

PCB-ontwerp

Component Layout

Universele voorversterker met opamp LM382

Het onderstaande schakelschema toont een standaard universele audiovoorversterker die gebruikmaakt van de IC LM382, die een zeer lage ruis, lage vervorming en redelijk hoge versterking biedt, en deze schakeling kan worden gebruikt voor praktisch alle normale audio-voorversterkercircuittoepassingen.

Hoe het werkt

De weerstanden R2 en de condensator C6 maken egalisatie mogelijk, wat te zien is tussen de voorversterkeruitgang en de inverterende ingang. Bij lage frequenties bevat C6 een hoge impedantie, wat resulteert in een lage feedbackfrequentie en een hoge spanningsversterking. Bij hogere frequenties neemt de impedantie van C6 langzaam af, wat zorgt voor verbeterde negatieve feedback en de circuitrespons afrolt met de benodigde 6dB per octaaf.

“hoe maak je een knipperend led-circuit? ”

Het strekt zich slechts uit tot een frequentie van ongeveer 2 kHz, omdat daarboven de impedantie van C6 vrij klein is in vergelijking met die van R2, wat geen invloed heeft op de mate van feedback of spanningsversterking van het circuit.

R1 en C4 maken ook deel uit van het feedbacksysteem. C2 is de DC-blokkeercondensator voor de ingang en C3 is een HF-filtercondensator die RF-interferentie en instabiliteitsproblemen helpt voorkomen als gevolg van strooisignalen van de bron naar de niet-inverterende ingang (waaraan het ingangssignaal is gekoppeld).

De LM382 heeft een hoge mate van uitsluiting van de uitgangsrimpel, maar vanwege het lagere ingangssignaalniveau en de waarschijnlijkheid dat er ruisfluctuaties aan de toevoerleidingen kunnen worden toegevoegd.

Hoewel IC1 een aanzienlijke hoeveelheid spanningsversterking genereert, biedt het op de een of andere manier ergens tussen de 50mV RMS-uitgangsniveau, wat ongeveer een tiende is van de aandrijfspanning die nodig is voor de meeste hi-fr-versterkers.

Daarom is Tr1 opgenomen in de vorm van een gewone emitterversterker met een spanningsversterking van misschien 20dB. R4 maakt een constructieve feedback mogelijk die de spanningsversterking van Tr1 tot het juiste niveau verlaagt, wat bovendien zorgt voor een lagere mate van vervorming. IC9 verbindt de Tr1-uitgang met de VR1-verzwakker om een instelbare uitgang te krijgen.

Frequentierespons

Voor ongefilterde signalen zou een kleine hoeveelheid ruisonderdrukking kunnen worden bereikt, in wezen door gebruik te maken van een treble cut-filter, en een relatief gelijkmatige gemiddelde frequentierespons kan worden verkregen.

Het proces wordt geïmplementeerd door treble-boost toe te passen, maar de hoeveelheid aangepaste boost hangt af van het dynamische niveau van het signaal. Het is het hoogst gedurende intervallen met een laag signaal en neemt maximaal af tot nul met dynamische niveausignalen.

Wanneer een muzieksignaal aan de ingang wordt aangeboden, maakt de schakeling een hoge tonen afsnijden mogelijk die weer dynamisch worden geoptimaliseerd, dit gebeurt feitelijk om een hoge treble-boostrespons te compenseren.

Het universele voorversterkercircuit heeft een top-cut filter met R7 en c8, wat een verzwakking van ongeveer 5 dB bij 10 kHz-frequenties mogelijk maakt. Hierdoor kunnen de hoge frequenties worden versterkt met een magnitude van 5 dB voor hoge signaalniveaus. Voor middelgrote signaalingangen is de frequentierespons die door het ontwerp wordt geboden, gewoon vlak.

Gitaarvoorversterker Circuit

De basisfunctie van dit gitaarvoorversterkercircuit is om te integreren met elke standaard elektrische gitaar en de lage ingangssignalen van de snaar te verhogen tot redelijk hoge voorversterkte signalen die vervolgens naar een grotere eindversterker kunnen worden gevoerd voor de gewenste versterkte output.

De uitgangssignaalfrequentie van gitaarpick-ups verschilt sterk van pick-up tot pick-up, en hoewel sommige een zeer hoge spanning hebben die bijna elke eindversterker kan aandrijven, hebben sommige slechts ongeveer 30 millivolt RMS of zo.

Speciaal gebouwde versterkers die met gitaren kunnen worden gebruikt, hebben meestal een relatief hoge gevoeligheid en deze kunnen betrouwbaar worden gebruikt voor vrijwel elke pick-up, maar bij gebruik van een gitaar met een andere vorm van versterker (zoals een hi-fl-versterker) het totale bereikte volume wordt altijd als onvoldoende beschouwd.

Een gemakkelijke oplossing voor dit probleem is om een voorversterker te gebruiken zoals hierboven weergegeven, voordat u deze naar de eindversterker stuurt om de signaalfrequentie-amplitude te verhogen. De basisconfiguratie die hier wordt genoemd, heeft een spanningsversterking die echt kan variëren van eenheid tot meer dan 26dB (20 keer), daarom zou hij geschikt moeten zijn voor vrijwel elke gitaarpick-up tot praktisch elke eindversterker.

De ingangsimpedantie van de voorversterker moet ongeveer 50k zijn en de uitgangsimpedantie is laag. Daarom zou het circuit kunnen worden gebruikt als een basisbufferversterker met een spanningsversterking van één om te passen bij de vrij hoge uitgangsimpedantie van een gitaarpick-up voor een vermogensversterker met een lage ingangsimpedantie, indien nodig.

Als basis voor de unit is een eenzame, ruisarme operationele versterker van BIFET (IC1) gebruikt, die daarom marginale vervormingsniveaus heeft en een signaal-ruisverhouding van ongeveer -70dB of hoger, zelfs wanneer de unit werkt met een instrument met zeer lage output, zoals een gitaar.

Hoe het werkt

Dit ontwerp is eigenlijk een normale operationele versterker, niet-inverterend configuratiecircuit, waarbij R2 en R3 worden gebruikt om de niet-inverterende IC1-ingang voor te stellen op ongeveer 50% van de voedingsspanning.

Deze stellen eveneens de ingangsimpedantie van het circuit in op ongeveer 50k. R1 en R4 vormen het netwerk met negatieve terugkoppeling, ook met R4 op minimumwaarde 1C1 worden inverterende stuursignalen direct met elkaar gekoppeld, en het circuit levert een spanningsversterking van de eenheid.

Naarmate R4 wordt gekalibreerd voor een hogere weerstand, neemt de wisselspanningsversterking geleidelijk af, maar C2 introduceert gelijkspanningsblokkering zodat de gelijkspanningsversterking variabel blijft en de uitgang van de versterker voorgespannen blijft op ½ van de voedingsspanning.

De spanningsversterking van de versterker is ongeveer gelijk aan R1 + R4, gedeeld door R1, wat resulteert in een nominale totale spanningsversterking van misschien meer dan 22 keer met R4 op de hoogste waarde.

Het stroomverbruik van het circuit is ongeveer 2 milliampère via een 9 volt-voeding, wat oploopt tot ongeveer 2,5 milliampère wanneer een 30 volt-voeding wordt gebruikt.

Een effectieve voedingsspanning voor het apparaat is een compacte 9 volt batterij zoals een PP3-type. Wanneer een 9 volt-voeding wordt gebruikt, is de gemiddelde niet-afgekapte uitgangsspanning ongeveer 2 volt RMS, en dit werkt redelijk goed.

Stripkaart PCB-verbindingsdetails en lay-outschema van componenten

Onderdelen lijst

Bufferversterker met hoge impedantie

Een bufferversterker werkt ook als een ideale voorversterker voor de meeste toepassingen, maar naast voorversterking functioneert hij ook als een buffer met hoge impedantie tussen de signaalingangstrap en de eindversterkertrap. Dit maakt het vooral mogelijk dat dit soort voorversterkers worden gebruikt met extreem lage stroomingangssignalen, die het zich niet kunnen veroorloven om te laden met andere voorversterkers met lage impedantie.

De bufferversterker die hier wordt geïllustreerd, heeft normaal gesproken een ingangsimpedantie van meer dan 100 M bij 1 kHz, en de ingangsimpedantie kan eenvoudig worden aangepast tot vrijwel elk acceptabel niveau onder dat punt. De spanningsversterking van het circuit is eenheid.

Hoe het werkt

Afbeelding hierboven toont het schakelschema van de hoge impedantiebufferversterker en de eenheid is in wezen slechts een werkende versterker die werkt als een niet-inverterende versterker voor eenheidsversterking. Door de uitgang van IC1 rechtstreeks te koppelen aan de inverterende ingang, wordt 100 procent negatieve feedback over het systeem toegevoegd om de vereiste spanningsversterking van de eenheid te bereiken, samen met een zeer hoge ingangsimpedantie.

Dat gezegd hebbende, shunt de bias-schakeling, die in deze situatie R1 tot R3 omvat, de ingangsimpedantie van de versterker zodat de schakeling in het algemeen een ingangsimpedantie levert die veel kleiner is dan IC1 alleen. De ingangsimpedantie is ongeveer 2,7 megohm, en voor de meeste toepassingen kan dit voldoende zijn.

De shuntactie van de biasweerstanden zou echter kunnen worden verwijderd, en dit is het doel van de C2-condensator 'bootstrapping'. Het verbindt het uitgangssignaal met de drie instelweerstandenovergang, en dus wordt elke aanpassing van de ingangsspanning gecompenseerd door een gelijke spanningsverschuiving aan de uitgang van IC1 en op het snijpunt van de drie instelweerstanden.

In de IC1-rol wordt een standaard 741 C operationele versterker gebruikt, en zoals eerder vermeld, levert dit een ingangsimpedantie op die gewoonlijk groter is dan 100 megohm bij 1 kHz, wat redelijk toereikend zou moeten zijn voor elke standaardimplementatie.

De hogere ingangsimpedantie die kan worden bereikt met een werkende versterker voor FET-ingangen is echt niet van praktisch belang, dus er zijn een paar nadelen met de meeste FET-ingangssystemen in dit circuit.

Ten eerste dat ze feitelijk de neiging hebben om te oscilleren wanneer de ingang open is (wanneer de ingang op het apparaat is aangesloten, worden de trillingen verzwakt en geëlimineerd).

Het andere nadeel is dat het ingangsvermogen van zoveel FET-invoerapparaten aanzienlijk hoger is dan dat van bipolaire apparaten zoals de 741 IC. Door deze shuntacties wordt bij de meeste frequenties de ingangsimpedantie nu verlaagd, terwijl bij lage bas- en middenfrequenties de ingangsimpedantie gewoon hoger is.

Voor dit doel is een relatief lage ingangsimpedantie nodig (zoals de pick-up met een aanbevolen laadimpedantie van vele 100 k ohm en M ohm), een manier om dit te bereiken is om C2 te elimineren en de hoeveelheden R1 tot R3 te veranderen om een gewenste ingangsimpedantie.

Onderdelen lijst

PCB-indeling

Op Amp-voorversterker voor 2,5 mV-signalen

Dit specifieke opamp-voorversterkercircuit is extreem gevoelig en stelt u in staat om signalen van slechts 2,5 mV tot 100 mV te versterken. Het is eigenlijk afgeleid van een oud RIAA-voorversterkerconcept.

Vroeger was de output van een moving coil cartridge van een magneet of hoogspanning typisch 2,5 tot 10 millivolt bereik, zodat de pickup gebalanceerd kon worden met de eindversterker (dit zou mogelijk een uitgangssignaal van een paar honderd millivolt vereisen). RMS).

Hoewel de output van magnetische en bewegende spoelpatronen met 6dB per octaaf zou stijgen, kon het zonder de noodzaak van enige egalisatie om dit tegen te gaan, aangezien een geschikte egalisatie betrokken moest zijn tijdens het opnameproces.

Desalniettemin zou egalisatie nog steeds nodig zijn omdat tijdens het opnameproces bass-cut en treble-boost zouden worden gebruikt, naast aanpassing, de frequentierespons vaak gecompenseerd met een 6dB octaafverhoging van de pick-up output.

De bass-cut moest worden opgenomen om onnodig laagfrequente groefmodulaties te stoppen en de triple boost (met triple cut in playback) zou een eenvoudige maar efficiënte ruisonderdrukkingsfaciliteit bieden.

“3-bit synchrone teller met jk flip flop ”

Het bovenstaande figuur is eigenlijk de frequentieresponsgrafiek van een typisch oud RIAA-voorversterkercircuit dat de noodzakelijke parameters laat zien die nodig zijn voor het succesvol implementeren van een zeer gevoelige voorversterker zoals deze.

Hoe het circuit werkt

In echt gebruik zouden RIAA-egalisatieversterkers doorgaans een beetje afwijken van de perfecte respons, hoewel apparaatspecificaties niet kritisch werden beschouwd.

Maar zelfs een eenvoudig egalisatienetwerk dat uit zes weerstandscondensatorsets bestaat, resulteert meestal in een maximale fout van niet meer dan één of 2 dBs, wat er eigenlijk best goed uitziet.

R2, R3 gebruikt om deze vervormingsspanning aan IC1 te koppelen. R2. C2 filtert elke vervorming of brom uit de voeding, waardoor wordt voorkomen dat de interferentie wordt toegevoegd aan de versterkervoeding.

De hoge R3-waarde zorgt voor een hoge ingangsimpedantie voor het circuit, maar deze wordt door R4 overgedragen naar het benodigde niveau van ongeveer 47k.

Een paar andere pick-ups kunnen een belastingsbarrière van 100k hebben en daarom moet R4 worden verhoogd naar 100k als de eenheid moet worden geïmplementeerd via een ingangssignaal zoals we dat hebben gedaan bij oude pick-ups.

Door de hoge ingangsimpedantie van de versterker kan een zeer kleine deelwaarde worden gebruikt voor C3 zonder de basweergave van het circuit op te offeren.

Het is voordelig omdat het een aanzienlijk niveau van stroomstoot elimineert van het inschakelen van ingangsopnamesignalen, zodra dit apparaat zijn normale functioneringsproces hervat.

Een frequentieselectieve tegenkoppeling over IC1 zorgt voor de nodige aanpassing van de frequentierespons.

Bij middenfrequenties zijn R5 en R7 de belangrijkste determinanten van de circuitversterking, maar bij lagere frequenties voegt C6 een aanzienlijke impedantie van R5 toe om negatieve feedback te minimaliseren en de vereiste versterking te vergroten.

Evenzo is de impedantie van C5 klein bij hoge frequenties in vergelijking met de impedantie van R5, en de impact van C5-shunting leidt tot grotere feedback en de noodzakelijke hoogfrequente roll-off.

Omdat de schakeling een spanningsversterking genereert van meer dan 50 dB in de middenaudiofrequenties, wordt de output voldoende hoog om elke standaard vermogensversterker te laten werken, zelfs wanneer deze wordt gebruikt met een ingangssignaal van slechts ongeveer 2,5 mV RMS.

De schakeling wordt gevoed vanaf elke spanning tussen ongeveer 9 en 30 volt, maar het wordt aanbevolen om met een redelijk hoog voedingspotentiaal (ongeveer 20-30 volt) te werken om een redelijk overbelastingspercentage mogelijk te maken.

Wanneer de schakeling wordt toegepast met een hoog uitgangssignaal maar met een voedingsspanning van slechts ongeveer 9 volt, is de kans klein dat er een kleine overbelasting optreedt.