В этом посте мы познакомимся с различными схемами предусилителя, и здесь должна быть соответствующая компоновка практически для любого стандартного аудио предусилителя.

Как следует из названия, предварительный усилитель - это звуковая цепь, которая используется перед усилителем мощности или между источником небольшого сигнала и усилителем мощности. Задача предусилителя - поднять уровень слабого сигнала до разумного уровня, чтобы он стал подходящим для усилителя мощности для дальнейшего усиления в громкоговорителе.

Прислал: Matrix

Микрофонный предусилитель

В микрофонный предусилитель показанный выше, имеет усиление по напряжению более 52 дБ (в 400 раз), что может удовлетворить динамику высокого импеданса или электретный микрофон практически к любой части аудиосистемы.

При использовании в сочетании со стандартными микрофонами, как упоминалось здесь, можно было бы легко получить выходной сигнал приблизительно 1 В (среднеквадратичное значение), хотя регулировка усиления позволяет установить более низкий выходной сигнал, чтобы гарантировать, что перегрузка цепи нагрузкой может быть устранена. .

Отношение сигнал / шум схемы превосходное и обычно превышает 70 дБ по отношению к выходному сигналу 1 В RMS (с полным усилением и без нагрузки).

Как это устроено

Предлагаемая схема предусилителя MIC на операционном усилителе состоит из пары каскадов, в которую входит IC1 в качестве неинвертирующего усилителя. и IC2 в качестве инвертирующего усилителя.

У каждого усилителя есть общедоступные типы. Коэффициент усиления замкнутого контура IC1 фиксируется примерно в 45 раз через цепь отрицательной обратной связи, построенную с использованием сети R3 и R5. Входное сопротивление схемы фиксируется на минимальном значении 27 кОм с помощью R4, что достаточно для предотвращения чрезмерной нагрузки микрофона, C2 включает блокировку постоянного тока на входе схемы.

Схема также имеет сеть частей, соединенных с входным разъемом, который устраняет любые случайные электрические помехи и дополнительно подавляет возможные колебания, вызванные ложной обратной связью. Устройство, используемое для IC1, представляет собой NESS34 или NE5534A, который на самом деле является операционным усилителем высшего класса. NE5534A незначительно превосходит i NE5534, хотя две микросхемы обеспечивают исключительную функциональность с минимальным уровнем шума и искажений.

C3 используется как конденсатор связи на выходе IC1 и VR1. VR1 действует как обычный регулятор усиления банка. Затем сигнал поступает на следующий каскад усиления. Резисторы R6 и R9 образуют цепь отрицательной обратной связи, которая обеспечивает усиление напряжения замкнутого контура в 10 раз до IC2. Это позволяет схеме достичь общего прироста напряжения около 450.

Что касается шумовой эффективности, то чрезвычайно высокие характеристики здесь не критичны, и поэтому любой подходящий операционный усилитель вместо IC2 будет работать. Здесь мы использовали операционный усилитель TL081CP, однако любой другой тип, такой как LF351, также подойдет. Эти типы операционных усилителей с полевыми транзисторами обеспечивают чрезвычайно низкую величину искажений.

Дизайн печатной платы

Компоновка компонентов

Универсальный предусилитель на ОУ LM382

На приведенной ниже принципиальной схеме показан базовый универсальный звуковой предусилитель с использованием микросхемы IC LM382, который обеспечивает очень низкий уровень шума, низкие искажения и достаточно высокое усиление, и эту схему можно использовать практически для всех обычных схем звукового предварительного усилителя.

Как это устроено

Резисторы R2 и конденсатор C6 обеспечивают выравнивание, которое можно увидеть между выходом предварительного усилителя и инвертирующим входом. На низких частотах C6 имеет высокий импеданс, что приводит к низкой частоте обратной связи и большому усилению напряжения. На более высоких частотах импеданс C6 медленно уменьшается, обеспечивая улучшенную отрицательную обратную связь и спад отклика схемы на необходимых 6 дБ на октаву.

“разница между генератором переменного тока и генератором постоянного тока ”

Он распространяется только до частоты около 2 кГц, потому что выше этой частоты импеданс C6 довольно мал по сравнению с сопротивлением R2, который не влияет на степень обратной связи схемы или усиление напряжения.

R1 и C4 также являются частью системы обратной связи. C2 - это входной блокирующий конденсатор постоянного тока, а C3 - это конденсатор радиочастотного фильтра, который помогает предотвратить радиопомехи и проблемы нестабильности из-за паразитных сигналов от источника на неинвертирующий вход (на который поступает входной сигнал).

LM382 действительно имеет высокий уровень исключения пульсаций на выходе, однако из-за более низкого уровня входного сигнала и вероятности того, что колебания шума могут быть добавлены к линиям питания.

Несмотря на то, что IC1 создает значительный выигрыш по напряжению, он каким-то образом обеспечивает где-то между 50 мВ RMS выходной уровень, что составляет примерно одну десятую напряжения возбуждения, необходимого для большинства усилителей Hi-Fi.

Поэтому Tr1 встроен в виде усилителя с общим эмиттером с коэффициентом усиления по напряжению примерно 20 дБ. R4 допускает конструктивную обратную связь, которая снижает усиление напряжения Tr1 до нужного уровня, что дополнительно обеспечивает меньшую степень искажений. IC9 связывает выход Tr1 с аттенюатором VR1 для получения регулируемого выхода.

Частотный отклик

Для нефильтрованных сигналов небольшое уменьшение шума может быть достигнуто, по существу, с помощью фильтра, отсекающего высокие частоты, и может быть получена относительно гладкая средняя частотная характеристика.

Процесс реализуется путем применения высоких частот, однако количество адаптированного усиления зависит от динамического уровня сигнала. Он является самым высоким в интервалах с низким уровнем сигнала и уменьшается до нуля в максимуме с сигналами динамического уровня.

Когда на вход подается музыкальный сигнал, схема обеспечивает срезку высоких частот, которая снова оптимизируется динамически, это фактически происходит, чтобы компенсировать реакцию на усиление высоких частот.

Универсальная схема предварительного усилителя имеет верхний обрезной фильтр с использованием R7 и c8, который обеспечивает ослабление около 5 дБ на частотах 10 кГц. Благодаря этому высокие частоты могут быть усилены на величину 5 дБ для высоких уровней сигнала. Для входов со средним уровнем сигнала частотная характеристика, предлагаемая конструкцией, просто плоская.

Схема гитарного предусилителя

Основная функция этой схемы гитарного предусилителя заключается в интеграции с любой стандартной электрогитарой и повышении ее низких входных струнных сигналов до достаточно высоких предварительно усиленных сигналов, которые затем могут подаваться на более мощный усилитель мощности для получения желаемого усиленного выхода.

Частота выходного сигнала гитарных звукоснимателей имеет тенденцию сильно отличаться от звукоснимателя к звукоснимателю, и хотя некоторые из них имеют очень высокое напряжение, которое может подтолкнуть почти любой усилитель мощности, некоторые имеют всего около 30 милливольт RMS или около того.

Специально созданные усилители, которые можно использовать с гитарами, обычно имеют относительно высокую чувствительность, и их можно надежно использовать практически для любого звукоснимателя, однако при использовании гитары с усилителем какой-либо другой формы (например, Hi-Fl усилитель) общий достигнутый объем всегда считается недостаточным.

Простое решение этой проблемы - использовать предварительный усилитель, как показано выше, перед подачей его на усилитель мощности для повышения амплитуды частоты сигнала. Упомянутая здесь базовая конфигурация имеет коэффициент усиления по напряжению, который действительно может варьироваться от единицы до более чем 26 дБ (в 20 раз), поэтому она должна подходить практически для любого гитарного звукоснимателя практически к любому усилителю мощности.

Входное сопротивление предусилителя должно быть около 50 кОм, а выходное сопротивление низкое. Следовательно, схему можно использовать как базовый буферный усилитель с единичным усилением по напряжению, чтобы соответствовать довольно высокому выходному сопротивлению гитарного звукоснимателя и усилителю мощности с низким входным сопротивлением, если это необходимо.

В качестве основы для устройства был использован отдельный малошумящий операционный усилитель BIFET (IC1), который, следовательно, имеет предельные уровни искажений, а также отношение сигнал / шум около -70 дБ или выше, даже когда устройство работает с инструмент с очень низкой выходной мощностью, например гитара.

Как это устроено

Эта конструкция на самом деле представляет собой схему неинвертирующей конфигурации обычного операционного усилителя, в которой R2 и R3 используются для смещения неинвертирующего входа IC1 примерно на 50% от напряжения питания.

Таким же образом устанавливается входной импеданс схемы примерно 50 кОм. R1 и R4 образуют сеть с отрицательной обратной связью, также с R4 на минимальном значении 1C1 инвертирующие управляющие сигналы напрямую связаны друг с другом, и схема обеспечивает единичный коэффициент усиления по напряжению.

Поскольку R4 откалиброван для более высокого сопротивления, усиление переменного напряжения постепенно уменьшается, однако C2 вводит блокировку постоянного тока, так что усиление постоянного напряжения остается переменным, а выход усилителя остается смещенным при @ 1/2 напряжения питания.

Коэффициент усиления по напряжению усилителя примерно эквивалентен R1 + R4, деленному на R1, что дает номинальное общее усиление по напряжению, возможно, более 22 раз с R4 на самом высоком значении.

Потребление тока схемой составляет около 2 миллиампер при питании от сети 9 вольт, которое увеличивается примерно до 2,5 миллиампер при использовании источника питания на 30 вольт.

“как сделать преобразователь постоянного тока в переменный ”

Эффективным источником напряжения для устройства является компактная батарея на 9 вольт типа PP3. Когда используется источник питания 9 В, среднее выходное напряжение без отсечки составляет около 2 Вольт RMS, и это работает довольно хорошо.

Детали подключения печатной платы на печатной плате и схема расположения компонентов

Список деталей

Буферный усилитель с высоким импедансом

Буферный усилитель также работает как идеальный предварительный усилитель для большинства приложений, однако наряду с предварительным усилением он также функционирует как буфер с высоким импедансом между каскадом входного сигнала и каскадом усилителя мощности. Это, в частности, позволяет использовать эти типы предварительных усилителей с входными сигналами с очень низким током, которые не могут быть загружены другими предусилителями с низким сопротивлением.

Буферный усилитель, показанный здесь, обычно имеет входное сопротивление более 100 МОм на частоте 1 кГц, и входное сопротивление можно просто отрегулировать практически до любого приемлемого уровня ниже этой точки. Коэффициент усиления схемы равен единице.

Как это устроено

На рисунке выше показана принципиальная схема высокоомного буферного усилителя, и устройство по сути представляет собой всего лишь операционный усилитель, работающий как неинвертирующий усилитель с единичным усилением. При непосредственном подключении выхода IC1 к его инвертирующему входу к системе добавляется 100-процентная отрицательная обратная связь для достижения необходимого единичного усиления напряжения наряду с очень высоким входным импедансом.

При этом схема смещения, которая в этой ситуации включает в себя от R1 до R3, шунтирует входной импеданс усилителя, так что схема в целом обеспечивает входной импеданс намного меньший, чем только IC1. Входной импеданс составляет около 2,7 МОм, и для большинства приложений этого может быть достаточно.

Однако шунтирующее действие резисторов смещения можно исключить, и это является целью «самонастройки» конденсатора C2. Он подключает выходной сигнал к переходу трех резисторов смещения, и, таким образом, любая регулировка входного напряжения уравновешивается равным сдвигом напряжения на выходе IC1 и на пересечении трех резисторов смещения.

В роли IC1 используется базовый операционный усилитель 741 C, который, как указывалось ранее, обеспечивает входной импеданс, обычно превышающий 100 МОм на частоте 1 кГц, что должно быть вполне адекватным для любой стандартной реализации.

Более высокое входное сопротивление, которое может быть достигнуто при использовании операционного усилителя для входов полевых транзисторов, на самом деле не имеет практического значения, поэтому у большинства входных систем полевых транзисторов в этой схеме есть несколько недостатков.

Во-первых, у них действительно есть склонность к колебаниям, когда вход открыт (когда вход подключен к устройству, колебания ослабляются и устраняются).

Другой недостаток заключается в том, что входная мощность многих устройств ввода на полевых транзисторах существенно выше, чем у биполярных устройств, таких как 741 IC. Благодаря этим шунтирующим действиям на большинстве частот входное сопротивление теперь уменьшается, в то время как на низких басах и средних частотах входное сопротивление просто выше.

Для этой цели необходим относительно низкий входной импеданс (например, датчик с рекомендуемым импедансом заряда, равным 100 кОм и МОм), одним из способов достижения этого является устранение C2 и изменение количества R1 на R3 для достижения желаемый входной импеданс.

Список деталей

Схема печатной платы

Предусилитель операционного усилителя для сигналов 2,5 мВ

Эта конкретная схема предусилителя на операционном усилителе чрезвычайно чувствительна и позволяет повышать сигналы от 2,5 мВ до 100 мВ. Фактически он заимствован из старой концепции предусилителя RIAA.

Раньше выходной сигнал картриджа с подвижной катушкой магнита или высокого напряжения обычно составлял от 2,5 до 10 милливольт, так что датчик можно было сбалансировать с усилителем мощности (для этого, возможно, потребовался бы выходной сигнал в пару сотен милливольт. RMS).

Хотя выходная мощность магнитных картриджей и картриджей с подвижной катушкой вырастет на 6 дБ на октаву, это может обойтись без необходимости какой-либо коррекции, чтобы противодействовать этому, поскольку во время процесса записи необходимо было задействовать соответствующую коррекцию.

Тем не менее, эквализация все равно будет необходима, потому что во время процесса записи будут использоваться срезание низких и высоких частот, помимо регулировки, частотная характеристика часто компенсируется увеличением октавы на 6 дБ в выходном сигнале датчика.

Необходимо было включить обрезку басов, чтобы остановить излишне низкочастотную модуляцию канавки, а тройное усиление (с тройным вырезом при воспроизведении) обеспечило бы простое, но эффективное средство снижения шума.

На рисунке выше на самом деле показан график частотной характеристики типичной схемы предварительного усилителя RIAA, который показывает необходимые параметры, необходимые для успешной реализации высокочувствительного предусилителя, такого как этот.

Как работает схема

В реальных условиях эквалайзеры RIAA обычно немного отклоняются от идеального отклика, хотя характеристики устройства не рассматривались критически.

На самом деле, однако, даже простая схема выравнивания, состоящая из шести комплектов резистивных конденсаторов, обычно дает максимальную ошибку не более 1-2 дБ, что на самом деле выглядит вполне нормально.

R2, R3 используются для связи этого напряжения искажения с IC1. R2. C2 отфильтровывает любые искажения или гудки в источнике питания, предотвращая добавление помех в питание усилителя.

Высокое значение R3 обеспечивает высокий входной импеданс для схемы, однако он передается через R4 до необходимого уровня примерно 47 кОм.

Несколько других датчиков могут представлять собой нагрузочный барьер в 100 кОм, и поэтому R4 следует увеличить до 100 кОм, если устройство должно быть реализовано через входной сигнал, как это было в старых датчиках.

Высокий входной импеданс усилителя позволяет использовать для C3 очень малое значение, не жертвуя при этом низкочастотной характеристикой схемы.

Это выгодно, потому что оно устраняет значительный уровень скачков тока при включении входных сигналов срабатывания, как только это устройство переходит в нормальный рабочий процесс.

Частотно-избирательная отрицательная обратная связь через IC1 обеспечивает необходимую настройку частотной характеристики.

На средних частотах R5 и R7 являются основными определяющими факторами усиления схемы, но на более низких частотах C6 добавляет существенный импеданс R5, чтобы минимизировать отрицательную обратную связь и повысить требуемое усиление.

Аналогично, импеданс C5 мал на высоких частотах по сравнению с импедансом R5, а влияние шунтирования C5 приводит к большей обратной связи и необходимому спаду высоких частот.

Поскольку схема генерирует усиление по напряжению более 50 дБ на средних звуковых частотах, выходной сигнал становится достаточно высоким для работы любого стандартного усилителя мощности, даже когда он используется с входным сигналом всего около 2,5 мВ RMS.

Схема питается от любого напряжения приблизительно от 9 до 30 вольт, но рекомендуется работать с достаточно высоким потенциалом питания (приблизительно 20-30 вольт), чтобы обеспечить приемлемый процент перегрузки.

Когда в схеме используется высокий выходной сигнал, но напряжение питания составляет всего около 9 вольт, скорее всего, произойдет небольшая перегрузка как минимум.