In diesem Beitrag lernen wir eine Vielzahl von Vorverstärkerschaltungen kennen, und hier sollte für fast jede Standard-Audio-Vorverstärkeranwendung ein geeignetes Layout vorhanden sein.

Wie der Name schon sagt, ist ein Vorverstärker eine Audio-Schaltung, die vor einem Leistungsverstärker oder zwischen einer kleinen Signalquelle und einem Leistungsverstärker verwendet wird. Die Aufgabe eines Vorverstärkers besteht darin, den Pegel des Kleinsignals auf einen vernünftigen Pegel anzuheben, damit es für den Leistungsverstärker zur weiteren Verstärkung in einen Lautsprecher geeignet wird.

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Mikrofonvorverstärker

Das Mikrofonvorverstärker Das oben gezeigte Merkmal weist eine Spannungsverstärkung von über 52 dB (400-fach) auf, die für eine hochohmige Dynamik oder geeignet sein könnte Elektretmikrofon zu fast jedem Abschnitt eines Audiogeräts.

Bei Verwendung in Verbindung mit Standardmikrofonen, wie hier erwähnt, könnte leicht ein Ausgang von ungefähr 1 Volt RMS erhalten werden, obwohl eine Verstärkungsregelung es ermöglicht, einen niedrigeren Ausgang einzustellen, um sicherzustellen, dass eine Überlastung der Schaltung durch die Last beseitigt werden könnte .

Das Signal-Rausch-Verhältnis der Schaltung ist hervorragend und liegt normalerweise über 70 dB in Bezug auf einen Ausgang von 1 V RMS (mit voller Verstärkung und unbelastet).

Wie es funktioniert

Die vorgeschlagene MIC-Vorverstärkerschaltung für Operationsverstärker besteht aus mehreren Stufen, die IC1 als nicht invertierenden Verstärker enthalten. und IC2 als invertierender Verstärker.

Jeder Verstärker ist ein allgemein verfügbarer Typ. Die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises von IC1 wird durch eine negative Rückkopplungsschaltung, die unter Verwendung des R3- und R5-Netzwerks aufgebaut ist, auf das 45-fache festgelegt. Die Eingangsimpedanz der Schaltung wird mittels R4 auf einen Minimalwert von 27k festgelegt, was ausreicht, um sicherzustellen, dass keine extreme Belastung des Mikrofons auftritt. C2 ermöglicht die DC-Blockierung am Schaltungseingang.

Die Schaltung hat auch ein Netzwerk von Teilen, die mit der Eingangsbuchse verbunden sind, wodurch jegliche Art von elektrischem Störgeräusch entfernt wird und zusätzlich wahrscheinliche Schwingungen verhindert werden, die durch Störrückkopplung verursacht werden. Das für IC1 verwendete Gerät ist ein NESS34 oder NE5534A, der tatsächlich ein High-End-Operationsverstärker ist. Der NE5534A ist dem i NE5534 geringfügig überlegen, obwohl die beiden ICs eine außergewöhnliche Funktionalität bei minimalen Rausch- und Verzerrungswerten bieten.

C3 wird als Koppelkondensator über den Ausgang von IC1 und VR1 verwendet. VR1 verhält sich wie eine normale Pot Gain-Steuerung. Als nächstes wird das Signal an die folgende Verstärkungsstufe gekoppelt. Die Widerstände R6 und R9 bilden ein negatives Rückkopplungsnetzwerk, das eine Spannungsverstärkung im geschlossenen Regelkreis von 10 bis IC2 gewährleistet. Dadurch kann die Schaltung eine Gesamtspannungsverstärkung von etwa 450 erreichen.

In Bezug auf die Rauscheffizienz ist eine extrem hohe Leistung hier nicht kritisch, und daher funktioniert jeder geeignete Operationsverstärker anstelle von IC2. Hier haben wir einen Operationsverstärker TL081CP verwendet, aber jeder andere Typ wie der LF351 würde auch so gut funktionieren. Diese Typen, bei denen es sich um BiFET-Operationsverstärker handelt, bieten extrem geringe Verzerrungen.

PCB Design

Komponentenlayout

Universeller Vorverstärker mit Operationsverstärker LM382

Das folgende Schaltbild zeigt einen grundlegenden universellen Audio-Vorverstärker unter Verwendung des IC LM382, der ein sehr geringes Rauschen, eine geringe Verzerrung und eine relativ hohe Verstärkung bietet. Diese Schaltung kann für praktisch alle normalen Audio-Vorverstärker-Schaltungsanwendungen verwendet werden.

Wie es funktioniert

Die Widerstände R2 und der Kondensator C6 ermöglichen eine Entzerrung, die zwischen dem Vorverstärkerausgang und dem invertierenden Eingang erkennbar ist. Bei niedrigen Frequenzen enthält C6 eine hohe Impedanz, was zu einer niedrigen Rückkopplungsfrequenz und einer hohen Spannungsverstärkung führt. Bei größeren Frequenzen nimmt die Impedanz von C6 langsam ab, was zu einer verbesserten negativen Rückkopplung führt und die Schaltungsantwort bei den erforderlichen 6 dB pro Oktave abrollt.

“Bauen Sie ein variables DC-Netzteil ein ”

Sie erstreckt sich nur bis zu einer Frequenz von etwa 2 kHz, da oberhalb dieser Frequenz die Impedanz von C6 im Vergleich zu der von R2 ziemlich klein ist, was keinen Einfluss auf den Rückkopplungsgrad oder die Spannungsverstärkung der Schaltung hat.

R1 und C4 sind ebenfalls Teil des Rückkopplungssystems. C2 ist der DC-Sperrkondensator am Eingang und C3 ist ein HF-Filterkondensator, der dazu beiträgt, HF-Interferenzen und Instabilitätsprobleme aufgrund von Streusignalen von der Quelle zum nichtinvertierenden Eingang (an den das Eingangssignal gekoppelt ist) zu vermeiden.

Der LM382 weist jedoch aufgrund seines niedrigeren Eingangssignalpegels und der Wahrscheinlichkeit, dass Rauschschwankungen zu den Versorgungsleitungen hinzugefügt werden, einen hohen Ausschluss der Ausgangswelligkeit auf.

Obwohl IC1 eine erhebliche Menge an Spannungsverstärkung erzeugt, liefert es irgendwie irgendwo zwischen 50 mV RMS-Ausgangspegel, was ungefähr einem Zehntel der Ansteuerspannung entspricht, die von den meisten Hi-Fr-Verstärkern benötigt wird.

Daher ist Tr1 in der Form eines gemeinsamen Emitterverstärkers mit einer Spannungsverstärkung von vielleicht 20 dB eingebaut. R4 ermöglicht eine konstruktive Rückkopplung, die die Spannungsverstärkung von Tr1 auf den richtigen Pegel verringert und zusätzlich einen geringeren Grad an Verzerrung liefert. IC9 verbindet den Tr1-Ausgang mit dem VR1-Dämpfungsglied, um einen einstellbaren Ausgang zu erhalten.

Frequenzgang

Für ungefilterte Signale könnte eine kleine Menge an Rauschreduzierung erreicht werden, im wesentlichen unter Verwendung eines Höhenschnittfilters, und ein relativ glatter durchschnittlicher Frequenzgang kann erhalten werden.

Der Prozess wird durch Anwenden eines Höhen-Boosts implementiert, jedoch hängt die Menge des angepassten Boosts vom dynamischen Pegel des Signals ab. Sie ist in Intervallen mit niedrigem Signal am höchsten und fällt bei dynamischen Pegelsignalen maximal auf Null ab.

Wenn am Eingang ein Musiksignal angelegt wird, ermöglicht die Schaltung einen Höhenschnitt, der wiederum dynamisch optimiert wird. Dies geschieht tatsächlich, um eine hohe Höhenverstärkungsantwort zu kompensieren.

Die universelle Vorverstärkerschaltung verfügt über ein Top-Cut-Filter mit R7 und c8, das eine Dämpfung von ca. 5 dB bei 10-kHz-Frequenzen ermöglicht. Aufgrund dessen können die hohen Frequenzen für hohe Signalpegel um eine Größe von 5 dB angehoben werden. Bei mittleren Signaleingängen ist der Frequenzgang, den das Design bietet, nur flach.

Gitarrenvorverstärkerschaltung

Die Grundfunktion dieser Gitarrenvorverstärkerschaltung besteht darin, sich in jede Standard-E-Gitarre zu integrieren und ihre Saitensignale mit niedrigem Eingang in ein vernünftig hohes vorverstärktes Signal umzuwandeln, das dann für den gewünschten verstärkten Ausgang einem größeren Leistungsverstärker zugeführt werden kann

Die Ausgangssignalfrequenz von Gitarren-Tonabnehmern unterscheidet sich tendenziell stark von Tonabnehmer zu Tonabnehmer, und obwohl einige eine sehr hohe Spannung haben, die fast jeden Leistungsverstärker drücken kann, haben einige nur etwa 30 Millivolt RMS-Spannung.

Ausdrücklich gebaute Verstärker, die mit Gitarren verwendet werden können, haben normalerweise eine relativ hohe Empfindlichkeit und können zuverlässig für nahezu jeden Tonabnehmer verwendet werden. Wenn Sie jedoch eine Gitarre mit einer anderen Art von Verstärker (z. B. einem Hi-Fl-Verstärker) verwenden, verwenden Sie die Das erreichte Gesamtvolumen wird immer als unzureichend angesehen.

Eine einfache Lösung für dieses Problem besteht darin, einen Vorverstärker wie oben gezeigt zu verwenden, bevor er dem Leistungsverstärker zugeführt wird, um die Signalfrequenzamplitude zu erhöhen. Die hier erwähnte Grundkonfiguration hat eine Spannungsverstärkung, die von Einheit zu mehr als 26 dB (20-fach) variieren kann. Daher sollte sie für praktisch jeden Gitarren-Tonabnehmer bis praktisch für jeden Leistungsverstärker geeignet sein.

Die Eingangsimpedanz des Vorverstärkers sollte etwa 50 k betragen, und die Ausgangsimpedanz ist niedrig. Daher könnte die Schaltung als Basispufferverstärker mit einer Spannungsverstärkung von eins verwendet werden, um der ziemlich hohen Ausgangsimpedanz eines Gitarrenaufnehmers zu einem Leistungsverstärker mit einer niedrigen Eingangsimpedanz zu entsprechen, falls erforderlich.

Als Basis für das Gerät wurde ein einzelner rauscharmer BIFET-Operationsverstärker (IC1) verwendet, der daher geringfügige Verzerrungspegel sowie ein Signal-Rausch-Verhältnis von etwa -70 dB oder mehr aufweist, selbst wenn das Gerät mit a arbeitet Instrument mit sehr geringer Leistung wie eine Gitarre.

Wie es funktioniert

Diese Konstruktion ist tatsächlich eine normale nichtinvertierende Konfigurationsschaltung für Operationsverstärker, bei der R2 und R3 verwendet werden, um den nichtinvertierenden IC1-Eingang auf etwa 50% der Versorgungsspannung vorzuspannen.

Diese stellen ebenfalls die Eingangsimpedanz der Schaltung auf ungefähr 50 k ein. R1 und R4 bilden das Netzwerk mit negativer Rückkopplung, auch wenn R4 bei einem Minimalwert von 1C1 invertierende Steuersignale direkt miteinander gekoppelt sind, und die Schaltung liefert eine Einheitsspannungsverstärkung.

Da R4 für einen höheren Widerstand kalibriert ist, nimmt die Wechselspannungsverstärkung allmählich ab, C2 führt jedoch eine Gleichstromsperre ein, so dass die Gleichspannungsverstärkung variabel bleibt und der Ausgang des Verstärkers bei @ ½ der Versorgungsspannung vorgespannt bleibt.

Die Spannungsverstärkung des Verstärkers entspricht in etwa R1 + R4, geteilt durch R1, was zu einer nominalen Gesamtspannungsverstärkung von möglicherweise mehr als dem 22-fachen führt, wobei R4 den höchsten Wert aufweist.

Die Stromaufnahme der Schaltung beträgt bei einer 9-Volt-Versorgung etwa 2 Milliampere, die sich bei Verwendung einer 30-Volt-Versorgung auf etwa 2,5 Milliampere erhöht.

Eine effektive Spannungsversorgung für das Gerät ist eine kompakte 9-Volt-Batterie wie ein PP3-Typ. Wenn eine 9-Volt-Versorgung verwendet wird, liegt die durchschnittliche nicht abgeschnittene Ausgangsspannung bei etwa 2 Volt RMS, und dies funktioniert ziemlich gut.

Details zum Anschluss der Leiterplatte und zum Layout der Komponenten

Liste der Einzelteile

Hochohmiger Pufferverstärker

Ein Pufferverstärker funktioniert für die meisten Anwendungen auch wie ein idealer Vorverstärker, funktioniert jedoch neben der Vorverstärkung auch wie ein hochohmiger Puffer zwischen der Signaleingangsstufe und der Leistungsverstärkerstufe. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung dieser Arten von Vorverstärkern mit extrem niedrigen Stromeingangssignalen, die es sich nicht leisten können, mit anderen Vorverstärkern mit niedriger Impedanz zu laden.

Der hier dargestellte Pufferverstärker hat normalerweise eine Eingangsimpedanz von mehr als 100 M bei 1 kHz, und die Eingangsimpedanz könnte einfach auf nahezu jeden akzeptablen Pegel unterhalb dieses Punktes eingestellt werden. Die Spannungsverstärkung der Schaltung ist Eins.

Wie es funktioniert

Die obige Abbildung zeigt das Schaltbild des hochohmigen Pufferverstärkers. Die Einheit ist im Wesentlichen nur ein Operationsverstärker, der als nicht invertierender Verstärker für die Verstärkung der Einheit arbeitet. Durch direktes Koppeln des Ausgangs von IC1 mit seinem invertierenden Eingang wird eine 100-prozentige negative Rückkopplung über das System hinzugefügt, um die erforderliche Einheitsspannungsverstärkung zusammen mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz zu erreichen.

Davon abgesehen überbrückt die Vorspannungsschaltung, die in dieser Situation R1 bis R3 enthält, die Eingangsimpedanz des Verstärkers, so dass die Schaltung insgesamt eine Eingangsimpedanz liefert, die viel kleiner als IC1 allein ist. Die Eingangsimpedanz liegt bei etwa 2,7 Megaohm, und für die meisten Anwendungen kann dies ausreichend sein.

Die Nebenschlusswirkung der Vorspannungswiderstände könnte jedoch entfernt werden, und dies ist das Ziel des 'Bootstrapping' des C2-Kondensators. Es verbindet das Ausgangssignal mit dem Übergang der drei Vorspannungswiderstände, und somit wird jede Einstellung der Eingangsspannung durch eine gleiche Spannungsverschiebung am Ausgang von IC1 und am Schnittpunkt der drei Vorspannungswiderstände ausgeglichen.

In der IC1-Rolle wird ein grundlegender 741 C-Operationsverstärker verwendet, und wie zuvor angegeben, liefert dieser eine Eingangsimpedanz, die normalerweise 100 Megaohm bei 1 kHz überschreitet und für jede Standardimplementierung völlig ausreichend sein sollte.

Die höhere Eingangsimpedanz, die mit einem Operationsverstärker für FET-Eingänge erreicht werden kann, ist wirklich nicht von praktischer Bedeutung, so dass die meisten FET-Eingangssysteme in dieser Schaltung einige Nachteile aufweisen.

Erstens, dass sie tatsächlich zu Schwingungen neigen, wenn der Eingang offen ist (wenn der Eingang an das Gerät angeschlossen ist, werden die Schwingungen gedämpft und beseitigt).

Der andere Nachteil ist, dass die Eingangsleistung so vieler FET-Eingangsvorrichtungen wesentlich höher ist als bei bipolaren Vorrichtungen wie dem 741 IC. Durch diese Rangieraktionen wird jetzt bei den meisten Frequenzen die Eingangsimpedanz reduziert, während bei niedrigen Bässen und mittleren Frequenzen die Eingangsimpedanz einfach höher ist.

Zu diesem Zweck ist eine relativ niedrige Eingangsimpedanz (wie der Tonabnehmer, der eine empfohlene Ladungsimpedanz von vielen 100 kOhm und M Ohm aufweist) erforderlich. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, C2 zu eliminieren und die zu erreichenden Mengen von R1 auf R3 zu ändern eine gewünschte Eingangsimpedanz.

Liste der Einzelteile

Leiterplattenlayout

Operationsverstärker-Vorverstärker für 2,5-mV-Signale

Diese spezielle Vorverstärkerschaltung für Operationsverstärker ist äußerst empfindlich und ermöglicht es Ihnen, Signale von nur 2,5 mV auf 100 mV anzuheben. Es ist tatsächlich von einem alten RIAA-Vorverstärkerkonzept abgeleitet.

In früheren Tagen betrug der Ausgang einer beweglichen Spulenpatrone eines Magneten oder einer Hochspannung typischerweise einen Bereich von 2,5 bis 10 Millivolt, so dass der Tonabnehmer mit dem Leistungsverstärker ausgeglichen werden konnte (dies würde möglicherweise ein Ausgangssignal von einigen hundert Millivolt erfordern RMS).

Obwohl die Ausgabe von Magnet- und Moving-Coil-Patronen mit 6 dB pro Oktave ansteigen würde, könnte dies ohne eine Entzerrung auskommen, um dem entgegenzuwirken, da während des Aufzeichnungsprozesses eine geeignete Entzerrung erforderlich sein musste.

Trotzdem wäre eine Entzerrung immer noch notwendig, da während des Aufnahmeprozesses zusätzlich zum Einstellen Bass Cut und Treble Boost verwendet würden, dem Frequenzgang häufig mit einer Erhöhung der Tonabnehmerleistung um 6 dB Oktave entgegengewirkt würde.

Der Bass-Cut musste enthalten sein, um unnötig niederfrequente Groove-Modulationen zu stoppen, und der Triple-Boost (mit Triple-Cut bei der Wiedergabe) würde eine einfache, aber effiziente Rauschunterdrückungsfunktion bieten.

Die obige Abbildung zeigt einen Frequenzganggraphen einer typischen alten RIAA-Vorverstärkerschaltung, der die erforderlichen Parameter zeigt, die für die erfolgreiche Implementierung eines solchen hochempfindlichen Vorverstärkers erforderlich sind.

Wie die Schaltung funktioniert

In der Praxis würden RIAA-Entzerrungsverstärker normalerweise ein wenig von der perfekten Reaktion abweichen, obwohl die Gerätespezifikationen nicht kritisch betrachtet wurden.

Tatsächlich führt jedoch selbst ein einfaches Entzerrungsnetzwerk, das aus sechs Widerstandskondensatorsätzen besteht, typischerweise zu einem maximalen Fehler von nicht mehr als einem oder 2 dB, was tatsächlich ganz in Ordnung aussieht.

R2, R3 verwendet, um diese Verzerrungsspannung mit IC1 zu verbinden. R2. C2 filtert Verzerrungen oder Brummen des Netzteils heraus und verhindert so, dass Interferenzen zur Verstärkereinspeisung hinzugefügt werden.

Der hohe R3-Wert liefert eine hohe Eingangsimpedanz für die Schaltung, diese wird jedoch von R4 auf den erforderlichen Pegel von ungefähr 47k übertragen.

Einige andere Tonabnehmer können eine Lastbarriere von 100.000 aufweisen, und daher sollte R4 auf 100.000 erhöht werden, wenn die Einheit über ein Eingangssignal implementiert werden soll, wie wir es bei alten Tonabnehmern getan haben.

Die hohe Eingangsimpedanz des Verstärkers ermöglicht die Verwendung eines sehr kleinen Teilewerts für C3, ohne die Basswiedergabe der Schaltung zu beeinträchtigen.

Dies ist vorteilhaft, da dadurch ein erheblicher Stromstoß durch Einschalten der Eingangsaufnahmesignale vermieden wird, sobald dieses Gerät seinen normalen Funktionsprozess übernimmt.

“was bedeutet 3-phasig ”

Eine frequenzselektive negative Rückkopplung über IC1 sorgt für die notwendige Einstellung des Frequenzgangs.

Bei mittleren Frequenzen sind R5 und R7 die Hauptdeterminanten der Schaltungsverstärkung, aber bei niederfrequenten Frequenzen fügt C6 eine wesentliche Impedanz von R5 hinzu, um negative Rückkopplungen zu minimieren und die erforderliche Verstärkung zu erhöhen.

Ebenso ist die Impedanz von C5 bei hohen Frequenzen im Vergleich zur Impedanz von R5 klein, und der Einfluss des C5-Shunts führt zu einer stärkeren Rückkopplung und dem erforderlichen Hochfrequenzabfall.

Da die Schaltung bei mittleren Audiofrequenzen eine Spannungsverstärkung von über 50 dB erzeugt, wird der Ausgang ausreichend hoch, um jeden Standard-Leistungsverstärker zu betreiben, selbst wenn er mit einem Eingangssignal von nur etwa 2,5 mV RMS verwendet wird.

Die Schaltung wird mit einer Spannung zwischen ungefähr 9 und 30 Volt betrieben. Es wird jedoch empfohlen, mit einem angemessen hohen Versorgungspotential (ungefähr 20 bis 30 Volt) zu arbeiten, um einen angemessenen Überlastungsprozentsatz zu ermöglichen.

Wenn die Schaltung mit einem hohen Ausgangssignal, aber nur mit einer Versorgungsspannung von ungefähr 9 Volt angelegt wird, ist es wahrscheinlich, dass mindestens eine kleine Überlastung auftritt.