Предыдущая схема звукового сигнала

Обновлено: 21.11.2024

Предусилитель должен быть дифференциальным усилителем с хорошим CMRR.

Связанные термины:

Скачать в формате PDF

Об этой странице

Unchained Melody – усилители

Предварительные усилители

Предварительные усилители не используются в профессиональном аудио, их роль зарезервирована для бытовых применений, где предусилители являются блоком управления, предшествующим усилителю мощности. В профессиональных приложениях все функции предусилителей выполняет микшер. Иногда предварительный усилитель отделен от усилителя мощности, но это довольно редко. С современными источниками высокого уровня, такими как лента и компакт-диск, предварительные усилители могут быть такими же простыми, как селекторный переключатель и двухпозиционный регулятор громкости — комбинация, которую несколько смешно называют пассивным предусилителем. В качестве альтернативы он может содержать регуляторы тембра, фильтры верхних и нижних частот и другие функции обработки сигналов, такие как суммирование каналов для монофонического переключения, отключения звука, затемнения и т. д. Важной особенностью старых предварительных усилителей была схема усиления и выравнивания, необходимая для воспроизведения виниловых пластинок. Из-за их хрупкой структуры запись на пластинки предварительно выравнивалась, при этом басы обрезались, а высокие частоты усиливались во время нарезки мастер-диска. Таким образом, электроника воспроизведения должна была обеспечивать дополнительную характеристику и повышать сигнал до полезного уровня перед подачей на усилитель мощности. Эта характеристика выравнивания была определена Американской ассоциацией звукозаписывающих компаний, а схема воспроизведения повсеместно получила название предварительных усилителей RIAA. Схема простого предварительного усилителя для бытового применения показана на рис. 13.20. Обратите внимание на предусилители RIAA, построенные на основе малошумящего операционного усилителя OP-27.

Рисунок 13.20. Предварительный усилитель сигнала

Реконфигурируемый АЦП с низким энергопотреблением для системы мониторинга биоимпеданса

3.5.1 Предусилитель

Предварительные усилители увеличивают силу слабого сигнала возбуждения. В этом проекте используется предусилитель, чувствительный к заряду. Для большинства приложений энергетической спектроскопии предпочтение отдается таким предусилителям. Выходное напряжение предварительного усилителя имеет амплитуду Vo и время затухания t f, которые рассчитываются по уравнению.

Где QD — входной заряд детектора, а Cf — конденсатор обратной связи. Rf обеспечивается максимально широким устройством с прямой связью вместе с сигналом мощности датчика и током утечки детектора. Блок предусилителя сделан небольшим, чтобы детектор можно было установить как можно ближе, тем самым снижая эффективность, вызванную кабелями, и уменьшая микрофонный шум, контуры заземления и захват частоты, как показано на рис. 11.13.< /p>

Рисунок 11.13. Принципиальная схема предусилителя.

Такая входная емкость должна быть намного больше, чем другие емкости, подключенные к входу предусилителя (например, кабели детектора или управления). Небольшая амплитуда (от 15 мкВ до 2 мВ) входного сигнала подается на схему предусилителя. После работы предусилителя мы получаем сигнал повышенной амплитуды.

Измерение и анализ шума транспортных средств

Предварительные усилители

Предварительные усилители рассчитаны на входное сопротивление порядка 10–50 ГОм. Входная емкость обычно составляет около 0,2 пФ, что довольно мало по сравнению с емкостью капсюля поляризованного микрофона (около 3–65 пФ при 250 Гц, с наименьшим значением для восьмидюймовых микрофонов и наибольшим для однодюймовых микрофонов). . Высокий входной импеданс обеспечивает разумный уровень напряжения на выходе заряда капсюля микрофона. Уровень шума предварительного усилителя зависит от емкостной нагрузки микрофонного капсюля. Как правило, более крупные капсюли с наибольшей емкостью дают наименьший уровень шума.

Предварительные усилители имеют низкий выходной импеданс (около 25–100 Ом) для сохранения высокочастотной характеристики (обычно плоской в ​​диапазоне 1–200 кГц). Емкостная выходная нагрузка микрофонного кабеля и входное сопротивление следующего устройства в сигнальной цепи также определяют частотную характеристику. По этой причине длина микрофонных кабелей ограничена несколькими метрами. Типичные предварительные усилители имеют коэффициент усиления 0 дБ, что отражает их роль в преобразовании импеданса, а не в усилении напряжения в обычном смысле.

Приборы и измерения

8.4.4 Нелинейность инструментов

Предусилители биопотенциалов показаны на рисунках 8.14 и 8.15 часто связаны по постоянному току, фильтр верхних частот, сбрасывающий значения постоянного тока, появляется позже в цепочке, он не является частью внешнего интерфейса. Это означает, что предусилитель со связью по постоянному току легко приближается к уровню насыщения. Как описано в главе 7, электроды из различных металлов могут легко генерировать сотни милливольт постоянного тока. Улавливаемый сигнал может находиться в диапазоне микровольт, а при наложении большого напряжения постоянного тока система может находиться в нелинейном диапазоне. Исследуемый сигнал может быть искажен или даже стать слепым, если предварительный усилитель стал насыщенным.

Планирование

Предварительные усилители

Предварительные усилители представляют иные проблемы, чем усилители мощности. Необычно, чтобы блок питания был на борту, а нагрев был гораздо меньшей проблемой. И наоборот, уровни сигнала намного ниже.

Предусилитель традиционно мог иметь пять входов, выбираемых поворотным переключателем на передней панели, и каждый вход подключался к переключателю с помощью экранированного провода (неэкранированный провод вызывал бы помехи и перекрестные помехи). Это было очень плохое решение. Покупка и установка экранированного кабеля требует больших затрат, но с пятью входами это решение использовало только пятую часть провода в любой момент времени. Место для селекторного переключателя входов находится на скобе сзади предварительного усилителя, достаточно близко к входным гнездам, чтобы неэкранированный провод от каждого гнезда к контактам переключателя не наводил помехи.

Выход селекторного переключателя питает регулятор громкости, поэтому его очевидная позиция - рядом, но часто лучше всего расположить его по диагонали напротив, поскольку это минимизирует длину провода (и, следовательно, шунтирующую емкость) от выхода регулятора. См. рис. 1.37.

Рисунок 1.37. Схема предварительного усилителя.

Макет предполагает, что оператор-правша, поэтому вы можете зеркально отразить его, если вы агрессивно настроенный левша. Селекторный переключатель установлен сзади слева и удлиняется вперед с помощью муфты и вала длиной 6 мм или ¼ дюйма в зависимости от ситуации (длина 13-дюймового стержня из нержавеющей или серебряной стали недорога у поставщиков машиностроения). При необходимости муфту можно сделать из короткого отрезка топливного шланга мотоцикла и соответствующих хомутов Jubilee, но лучше использовать подходящую муфту. См. рис. 1.38.

Рисунок 1.38. Муфты валов позволяют удлинить валы потенциометров или переключателей с меньшими затратами.

Этот предварительный усилитель имеет буфер между регулятором громкости и его выходом, поэтому логически лучше всего расположить эту схему сзади справа, вынуждая регулятор громкости быть ближе к передней части корпуса. Эта схема также предполагает каскад RIAA с использованием входных трансформаторов, и, поскольку они обычно имеют свободные выводы, имеет смысл расположить их между входными разъемами и первым каскадом усиления, поскольку это позволяет их (гибким) выводам соединять (плавающие) сабвуферы. - шасси к разъемам на (фиксированном) основном шасси. Ступень RIAA подвешена на эластичных трусиках, а необходимый зазор вокруг ее субшасси позволяет охлаждающему воздуху проходить через его клапаны. Сцена движется справа налево, поэтому ее выход находится рядом с селекторным переключателем. Выход селекторного переключателя на регулятор громкости сравнительно длинный, поэтому необходим экранированный провод. Между каскадом RIAA и регулятором громкости можно было бы добавить электростатический экран, но, вероятно, в этом нет необходимости.

Пуповины

Поскольку предварительный усилитель почти всегда имеет удаленный источник питания, для их соединения требуется кабельный ввод. Чтобы любой предмет можно было перемещать, пуповина должна быть неподключаемой. Очевидным решением является установка разъема на каждом конце пуповины. Увидев стоимость многополюсных разъемов, вы быстро решите, что разъем нужен только на одном конце провода. Проблема состоит в том, чтобы решить, на каком конце провода должен быть разъем.

Разумнее сделать выводную часть предварительного усилителя, а не блока питания. Причина этого в том, что предварительный усилитель, как правило, разрабатывается для конкретного применения, возможно, для соответствия конкретному картриджу в конкретном проигрывателе и для управления определенными усилителями мощности. В этом случае его предполагаемое физическое расположение также известно, поэтому также известны требуемые длины выводов. Предыдущий аргумент также применим к его аудиовыводам, так почему бы не подключить и выходы, а не добавлять дорогие и ненужные разъемы?

Личность

Обычный источник питания обеспечивает источник высокого напряжения, один или несколько источников нагрева и, возможно, некоторые средства дистанционного переключения питания. Все предусилители нуждаются в некоторых или во всех этих возможностях, поэтому было бы очень полезно, если бы данный источник питания мог использоваться любым предварительным усилителем. После этого предварительный усилитель можно было быстро и легко заменить без необходимости модификации блока питания.Одним очевидным следствием такого подхода является то, что многополюсный разъем источника питания должен быть выбран таким образом, чтобы оставить контакты для будущего расширения, и что дополнительные разъемы для будущих предусилителей должны быть легко доступны позднее. Таким образом, если вы обнаружите выгодный разъем, купите столько кабельных вилок для разъема на корпусе, сколько, по вашему мнению, вам понадобится для будущих предварительных усилителей. (Помните, что разъем корпуса блока питания должен быть гнездом, чтобы ваши пальцы не могли коснуться потенциально находящихся под напряжением контактов.)

Предварительные усилители часто нуждаются в повышенных источниках питания нагревателя, чтобы поддерживать Vhk в допустимых пределах в таких схемах, как катодные повторители или каскоды, где катод легко может быть на 200 В. Требуемое повышающее напряжение определяется исключительно предусилителем, поэтому любая цепь для повышения напряжения питания нагревателя должна быть внутри шасси предусилителя, а не источника питания. Таким образом, индивидуальность блока питания определяется исключительно подключенным к нему предусилителем, и он остается универсальным. Таким образом, все отдельные источники питания в блоке питания должны быть отделены от корпуса, чтобы их соединения с корпусом и друг с другом определялись исключительно соответствующим предварительным усилителем.

Заземление сети/корпуса должно проходить от источника питания к предварительному усилителю, и очень важно, чтобы это соединение было надежным и имело низкое сопротивление. Если это вообще возможно, используйте более одного контакта на разъеме для этого соединения — это может означать, что вам нужен разъем большего размера с большим количеством контактов, но это безопаснее и с меньшей вероятностью гудения. Нам нужна низкоомная связь между двумя шасси, что подразумевает хорошее поперечное сечение медного проводника в пуповине. Наилучший способ добиться этого — использовать шлангокабель с плетеным экраном и использовать экран в качестве соединителя заземления. Если вы делаете свои собственные кабели, используйте два или, возможно, даже три слоя экрана, потому что это не только гарантирует отсутствие зазоров в композитном экране, но и создает прочный кабель с низким сопротивлением земли. К тому времени, когда ваш шлангокабель будет иметь все это экранирование, а также защитную нейлоновую оплетку поверху, он будет довольно толстым, поэтому убедитесь, что выбранный вами разъем имеет достаточно большой кабельный ввод, чтобы вместить и надежно зажать такой кабель.

Как следует из названия, схема предварительного усилителя предварительно усиливает очень слабый сигнал до определенного уровня, который может быть дополнительно усилен подключенной схемой усилителя мощности. По сути, он действует как буферный каскад между входным источником слабого сигнала и усилителем мощности. Предусилитель используется в приложениях, где входной сигнал слишком слаб, и усилитель мощности не может обнаружить этот слабый сигнал без каскада предварительного усилителя.

В посте рассказывается о 5 схемах предусилителя, которые можно быстро собрать, используя пару транзисторов (BJT) и несколько резисторов. Первая идея основана на запросе, представленном г-ном Равишем.

Цели и требования цикла

  1. Электроника — мое хобби уже много лет. Я часто просматриваю ваш сайт и нахожу много полезных проектов. Я требую от вас услуги.
  2. У меня есть модуль FM-передатчика, который работает от 5 В постоянного тока с возможностью подключения с компьютера через USB или аудиовыхода с любого другого устройства через аудиоразъем 3,5 мм.
  3. Модуль прекрасно работает в режиме USB компьютера, обеспечивая отличный уровень сигнала, качество и зону покрытия. Но когда я подключаю то же самое через аудиовход от приставки DTH, уровень сигнала становится слабым даже при полной громкости как в приставке, так и в FM-модуле. Я думаю, что уровень аудиосигнала от телеприставки недостаточен для FM-модуля.
  4. Пожалуйста, порекомендуйте мне схему предусилителя слабого сигнала стереозвука хорошего качества, которая может работать от однополярного источника питания 5 или 6 В, которая не нагружала бы телевизионную приставку, желательно с использованием хорошего малошумящего операционного усилителя с подробной схемой и маркировкой деталей.

1) Предусилитель на двух транзисторах

Схема представляет собой простой двухтранзисторный предусилитель, использующий петлю обратной связи для усиления усиления.

Любая музыка, как мы знаем, имеет форму постоянно меняющейся частоты, поэтому, когда такой переменный вход подается на указанные конечные клеммы C1, то же самое передается на базу T1 и землю.

Более высокие амплитуды обрабатываются нормально и воспроизводятся с потенциалом, примерно равным напряжению питания, однако для более низких разнонаправленных амплитуд T2 может проводить ток с более высоким коэффициентом, который может проходить к его эмиттеру.

В это время, когда фактическое улучшение музыки реализуется путем передачи этого накопленного более высокого потенциала обратно в основу T1, которая, соответственно, насыщается с оптимальной скоростью.

Это действие "тяни-толкай" в конечном итоге приводит к общему усилению незначительной музыки или входных данных в значительно больший результат.

Эта простая схема позволяет усиливать чрезвычайно малые или минимальные частоты до значительно больших выходных мощностей, которые затем можно использовать для питания более крупных усилителей.

Обсуждаемая схема на самом деле широко использовалась в старых магнитофонах кассетного типа в их каскадах предусилителя для усиления мельчайших сигналов с магнитофонной головки, так что выходной сигнал этого небольшого усилителя становился совместимым с подключенным усилителем высокой мощности.

Список деталей

  • R1 = 22 КБ
  • R2 = 220 Ом
  • R3 = 100 тыс.
  • R4 = 4K7
  • R5 = 1 тыс.
  • C1 = 1 мкФ/25 В
  • C2 = 10 мкФ/25 В
  • T1/T2 = BC547

Регулируемая схема предусилителя

Эта полезная схема предусилителя представляет собой усовершенствованную версию описанной выше конструкции. Он имеет коэффициент усиления по напряжению, который может быть установлен на любом уровне от пяти до ста крат с помощью резистора обратной связи соответствующего номинала. Входной импеданс высокий, обычно около 800 К, а низкий выходной импеданс составляет около 120 Ом.

Шум и искажения, создаваемые схемой, очень низкие.

Максимальный уровень выходного сигнала около 6 вольт от пика до пика может обрабатываться до того, как произойдет ограничение.

На рисунке показана схема устройства, и это прямое двухтранзисторное устройство с прямой связью, причем оба транзистора используются в режиме с общим эмиттером. Резистор R2 обеспечивает локальную отрицательную обратную связь по сравнению с Tr1 и обеспечивает удобную точку tn, в которой общая отрицательная обратная связь может быть применена к схеме.

Эта обратная связь поступает от коллектора Tr2 через блокировочный конденсатор постоянного тока C3. а значение RF определяет количество обратной связи, применяемой к усилителю. Чем ниже значение этого компонента, тем сильнее применяется обратная связь и тем ниже коэффициент усиления устройства по напряжению замкнутого контура.

Требуемое значение Rf находится путем умножения требуемого коэффициента усиления по напряжению на 560. Таким образом, например, коэффициент усиления по напряжению в десять раз требует, чтобы Rf имел значение 5,6 кОм. Рекомендуется, чтобы коэффициент усиления по напряжению оставался в пределах, указанных ранее. C2 определяет высокочастотную характеристику усилителя и необходим, так как в противном случае может возникнуть нестабильность.

Верхняя характеристика устройства -3 дБ по-прежнему составляет около 200 кГц, даже если усилитель используется с усилением по напряжению в сто раз. При использовании в качестве нижнего усиления верхняя точка -3 дБ пропорционально увеличивается. Между прочим, нижняя точка -3 дБ находится примерно на уровне 20 Гц.

Еще один транзисторный предусилитель

Это двухкаскадный предусилитель с высоким импедансом и регулируемым коэффициентом усиления по напряжению в диапазоне от 1,5 до 10. Этот коэффициент усиления можно изменять, настроив VRI, и он удобен там, где требуется частое изменение чувствительности микрофона.

Как показано выше, схема на самом деле предназначена для кварцевых микрофонов или керамических картриджей.

Список деталей

2) Использование полевого транзистора

Вторая конструкция предусилителя выглядит еще проще, поскольку в ней используется один недорогой полевой транзистор JFET. Схему цепи можно увидеть ниже.
Схема не требует пояснений и может быть интегрирована с любым стандартным усилителем мощности для дальнейшего усиления.

Гитарный предусилитель

Обычно возникает необходимость подключить электрогитару к микшерному пульту, аудиодеке или портативной студии.

Что касается проводки, это может не быть проблемой, однако согласование высокого импеданса гитарного компонента с низким импедансом линейного входа микшерной панели становится проблемой.

Даже ничего не подозревающие высокоимпедансные входы этих устройств плохо подходят для гитарного выхода. Как только гитара подключена к такому входу, вы вряд ли увидите сигнал, пригодный для обработки панелью или декой.

Возможно подключение гитары к (высокоимпедансному) микрофонному входу, однако обычно это слишком чувствительно для этой функции, что приводит к слишком легкому клиппингу гитарного сигнала.

Согласующий усилитель, представленный в этой статье, решает эти проблемы: он имеет вход с высоким импедансом (1 МОм), который выдерживает напряжение более 200 В. Выходное сопротивление довольно мало. Усиление X2 (6 дБ).

Предлагаются двойная регулировка тембра, контроль присутствия и регулировка громкости. Схема рассчитана на входные уровни до 3 В. При этом уровне искажения возрастают, но это, естественно, может быть приличным результатом для гитарной музыки.

Истинное ограничение входного сигнала не произойдет до тех пор, пока в конечном итоге не будут использоваться значительно более высокие уровни, превышающие минимальные характеристики гитары. Схема питается от батареи 9 В (PP3), через которую схема пропускает ток около 3 мА.

3) Стереопредусилитель на микросхеме LM382

Вот еще одна симпатичная небольшая схема предусилителя, использующая двойной операционный усилитель IC LM382. Поскольку микросхема имеет двойной пакет операционных усилителей, можно создать два предусилителя для стереоприложений. Можно ожидать, что выходной сигнал этого предусилителя будет очень хорошим.

Список деталей

R1, R2 = см. таблицу ниже.
R3, R4 = 100K 1/2 Вт, 5%
C1, C2 = полиэстер 100 нФ
C3–C10 = см. таблицу
C11–C13 = 10 мкФ/25 В
IC1 = LM382

4) Сбалансированный предусилитель

Если вы ищете что-то более сложное, вы можете попробовать этот сбалансированный предусилитель. Схема подробно объяснена в этой статье, на которую вы можете ссылаться для вашего удовольствия.

5) Предусилитель с регулятором тембра

Регулятор тембра обычно включает функции низких и высоких частот для настройки динамического качества музыки. Однако, поскольку регулятор тембра также может усиливать входящий сигнал, его можно эффективно использовать в качестве выдающегося каскада предусилителя Hi-Fi. У нас есть система, которая работает двумя способами: улучшает качество тона музыки, а также предварительно усиливает музыку для последующего каскада усилителя мощности.

Полную схему этого пятого предусилителя можно увидеть ниже:

Вот еще несколько схем предусилителя, которые могут вас заинтересовать.

6) Схема микрофонного предусилителя с низким Z (импедансом)

Схема, описанная до сих пор, конечно, подходит только для использования с микрофонами с высоким импедансом и обеспечивает недостаточное усиление для использования с микрофонами с низким импедансом. Обычно они обеспечивают уровень выходного сигнала около 0,2 мВ. среднеквадратичного значения, что составляет примерно одну десятую от значения, генерируемого микрофоном с высоким импедансом.

Схема представляет собой предварительный усилитель, который можно использовать с микрофонами с низким импедансом и который должен давать выходной сигнал около 500 мВ. Р.М.С. Было обнаружено, что прототип хорошо работает с динамическими микрофонами с импедансом 200 Ом и 600 Ом, но он также должен хорошо работать с электретными микрофонами, которые имеют встроенный буферный усилитель на полевых транзисторах, но не имеют повышающего трансформатора. Невзвешенные шумовые характеристики этой схемы не так хороши, как у предыдущей схемы, но все же составляют около -60 дБ при среднеквадратичном напряжении 500 мВ.

Эта схема на самом деле является адаптацией второй схемы. Входной каскад FET использует режим общего затвора, а не режим общего истока. Конфигурация с общим затвором дает достаточно хороший коэффициент усиления по напряжению вместе с низким входным импедансом (несколько сотен Ом), который достаточно хорошо согласуется с микрофоном. Единственное другое изменение в схеме заключается в том, что эмиттер Tr2 подключается непосредственно к отрицательной шине питания, и здесь нет резистора обратной связи. Это делается для увеличения усиления схемы, которое, как объяснялось ранее, должно быть примерно в десять раз выше для микрофона с низким импедансом.

Схема предусилителя с нулевым шумом

Во многих приложениях (аудио, вычислительные устройства, аэрокосмические усилители, средства связи и т. д.) становится необходимым предусилительный каскад с исключительно низким уровнем шума, и практически любая модельная стратегия, позволяющая минимизировать шум хотя бы на 1 дБ, с энтузиазмом приветствуется всеми. участие.

R11 равно 6k8

Схема, показанная ниже, представляет собой фундаментальную концепцию дизайна, хотя и не совсем идеальную, окончательные результаты на сегодняшний день обнадеживают. Применяя даже имеющиеся под рукой высокочувствительные измерительные приборы, мы так и не смогли определить практически никакого выходного шумового сигнала! Сказав это, в настоящее время, похоже, осталась одна оставшаяся проблема: коэффициент усиления схемы равен нулю.

Схема предусилителя с автоматической регулировкой усиления

Этот микрофонный предусилитель имеет автоматическую регулировку усиления, которая обеспечивает стабильное качество выходного сигнала в широком диапазоне входных диапазонов. Схема особенно хорошо подходит для управления модулятором радиопередатчика и позволяет достичь большого типичного индекса модуляции. Это может быть применено в системах усилителей мощности и интеркомах, чтобы обеспечить лучшую разборчивость и компенсировать различные характеристики динамиков.

Специальным каскадом усилителя сигнала является T2, который работает в режиме с общим эмиттером, выходной сигнал извлекается из его коллектора. Часть выходного сигнала подается через эмиттерный повторитель T3 на пиковый выпрямитель, содержащий D1/D2 и C4. Напряжение на C4 используется для регулирования тока базы T1, который составляет часть входного аттенюатора.

При пониженных концентрациях сигнала напряжение на C4 минимально, а T1 потребляет очень небольшой ток. При повышении уровня входного сигнала напряжение на С4 увеличивается, и Т1 включается сильнее, вызывая более сильное подавление входного сигнала. Общий эффект заключается в том, что по мере усиления входного сигнала он должен проходить через повышенную степень ослабления, и, таким образом, выходной сигнал остается достаточно постоянным в широком диапазоне входных сигналов. Схема подходит для входов с пиковым входным уровнем до 1 вольта. Микрофон можно заменить крошечным громкоговорителем для преобразования схемы в интерком.

Схема предусилителя 1,5 В

Хотя большинство усилителей не имеют достаточной входной чувствительности и в их корпусе почти нет места, независимые предусилители малой мощности, которые можно интегрировать снаружи, могут быть очень полезными.

Они должны состоять из минимального количества деталей и питаться от одного сухого элемента.

Описанная ниже независимая схема предварительного усилителя 1,5 В состоит из отдельного усилительного транзистора, предшествующего эмиттерному повторителю. Отрицательная обратная связь по постоянному току поддерживает стабильный рабочий уровень.

Усиление составляет примерно от x 10 до x 20. Если источник сигнала имеет импеданс более 100 кОм, возможна некоторая регулировка усиления с помощью P1. Достаточно долговременную резервную батарею можно получить, используя пару сухих элементов на 1,5 В (последовательно), а не один.

Если напряжение упадет ниже 1 вольта, усилитель может перестать работать. Типичные сухие элементы часто быстро разряжаются до 1 вольта, и впоследствии их приходится выбрасывать, хотя для каждого из двух элементов может потребоваться больше времени, чтобы упасть до 0,5 вольта. Потребляемый ток при напряжении питания 3 В, вероятно, составит около 450 микроампер.

Разные схемы предусилителя

Микровольтный предусилитель

Эта конструкция предварительного усилителя может усиливать чрезвычайно слабые входные сигналы в диапазоне микровольт

В результате предусилитель должен давать значительный коэффициент усиления по напряжению, чтобы согласовать выходной сигнал с усилителем Hi-Fi, для которого требуется в 1000 раз более высокий уровень сигнала. Поскольку входной сигнал может нарастать со скоростью 6 дБ на октаву, предусилитель также должен обеспечивать выравнивание. Тем не менее, при повышении звуковых частот низкие микровольтные частоты неэффективны и требуют значительно меньшего спада. Q1 и Q2 используются в типичном двухкаскадном усилителе с общим эмиттером с прямой связью и частотно-селективной отрицательной обратной связью, обеспечиваемой конденсаторами C3 и R4.

Кроме того, усиление входного каскада по напряжению в средней полосе регулируется на уровне около 46 дБ. Очевидно, что при таком низком уровне входного сигнала для достижения отличной производительности требуются малошумящие транзисторы (такие как BC109C). Это дополнительно помогает работать Q1 с низким током коллектора, примерно 200 мкА. Q3 служит в качестве каскада с общим эмиттером с низким коэффициентом усиления, обеспечивая дополнительное усиление. R9 добавляет отрицательную обратную связь для регулировки усиления по напряжению Q3, и данное значение дает усиление около 14 дБ.

Часто нам нужно контролировать басы, высокие частоты и громкость нашего аудиосигнала перед его прохождением через этапы усиления, чтобы предотвратить искажение звука. Схема, которая усиливает аудиосигнал перед тем, как он попадет в усилитель основного динамика, называется предусилителем звука. Использование предварительного усилителя звука обеспечивает хорошее качество звука и дает возможность модифицировать нашу звуковую систему, используя ее в качестве основного звукового контура/устройства перед подачей аудиосигнала на усилитель/сабвуфер/систему домашнего кинотеатра. Кроме того, мы можем управлять басами и высокими частотами для разных песен и получать широкий диапазон контроля над нашей аудиосистемой. Этот тип схемы, которая обеспечивает управление низкими и высокими частотами, также известен как печатная плата BT. Ранее мы построили простой предварительный усилитель Mono Audio с использованием транзистора, в этой статье мы создадим схему стереофонического предварительного усилителя с регулировкой низких и высоких частот.

Схема предварительного усилителя может быть разработана с использованием интегральной схемы транзистора или операционного усилителя. Обе конструкции имеют определенные преимущества и недостатки, хотя на практике обе работают нормально и улучшают качество звука. В этой статье мы создадим предварительный усилитель на основе транзисторов и проверим его работу.

Компонент, необходимый для схемы предварительного усилителя

Наш стереофонический предварительный усилитель будет двухканальным. Громкость, низкие и высокие частоты каждого канала можно регулировать независимо с помощью потенциометров; следовательно, может показаться, что на макетной плате много компонентов, но все они являются простыми компонентами и должны быть легко доступны. Список материалов, необходимых для схемы аудио предусилителя, приведен ниже.

< тд стиль = "высота: 29px; width:250px">Конденсатор< /таблица>

Схема двухканального стерео BT на основе транзистора

Полная принципиальная схема двухканального предварительного усилителя состоит из двух моносхем, объединенных в одну стереосхему, как показано на рисунке ниже. Как вы можете видеть, звук левого и правого каналов проходит через две части схемы, и я использовал 3 одноканальных потенциометра 47k для управления громкостью, низкими и высокими частотами. Источник звука с разъема 3,5 мм подается на вход через резистор 15 кОм для потенциометра (бас) и на другой контакт потенциометра, заземленный через резистор 1 кОм для низкой частоты. Для высоких частот звуковой сигнал проходит через 222 пф (полиэфирный конденсатор) к потенциометру 47k и заземляется через 103 пф и 10 мкФ конденсатор для потенциометра громкости.

Основным компонентом этой схемы является транзистор 2SC1815, который представляет собой NPN-транзистор общего назначения, который обычно используется для усиления звука и предназначен для управления звуковой частотой в предварительном усилителе. Транзистор 2SC1815 показан на изображении ниже

Кремниевый эпитаксиальный NPN-транзистор производится Toshiba и обычно доступен в корпусе TO-92, как показано ниже. Важные технические характеристики транзистора 2SC1815 NPN приведены ниже.

  • У него Vceo = 50v
  • Ток коллектора IC=150 мА
  • Абсолютные максимальные значения при Ta = 25℃,
  • Напряжение базы коллектора Vcbo 60 В
  • Напряжение коллектор-эмиттер Vceo 50 В
  • Напряжение базы эмиттера Vebo 5В
  • Универсальный NPN-транзистор
  • Коэффициент усиления постоянного тока (hFE) от 70 до 700
  • Постоянный ток коллектора (IC) – 0,15 А.
  • Частота перехода: 80 МГц.
  • Рассеиваемая мощность коллектора PC=400 мВт

Более подробную информацию о транзисторе, включая график его характеристик, можно найти в техническом описании 2SC1815

Мы используем 2 транзистора для каждой секции схемы в качестве двухкаскадной конфигурации усиления, сопротивление 560 кОм от VCC и резистор 47 кОм от земли используются для создания схемы делителя напряжения для обеспечения мощности/усиления коллектора. первого транзистора вместе со звуковым сигналом через конденсатор 10 мкФ от потенциометра громкости. В эмиттере переменный резистор 2к соединенный с конденсатором 47мкФ и резистор 1к для выбора частоты и осветления звука, база первого транзистора соединена с коллектором второго транзистора для будущего усиления. Наконец, выход поступает с эмиттера второго транзистора через конденсатор 47 мкФ с резистором 2,7 кОм и 1 кОм от GND для фильтрации шума.

Создание схемы предварительного усилителя на макетной плате

Поскольку в схеме предварительного усилителя не используется большой ток, мы можем построить схему на макетной плате. Мои макетные соединения выглядят так, как показано ниже. Я также пометил части для простоты понимания.

Вы можете просто следовать схеме выше, чтобы построить свою собственную схему. Наиболее важным компонентом в нашей схеме является NPN-транзистор C1815. Распиновка транзистора показана ниже

После создания схемы вы можете напрямую протестировать ее с помощью источника звука. Помните, что это схема предусилителя звука, а не усилитель сам по себе. Следовательно, вы должны подключить выход вашего предварительного усилителя к аудиоусилителю, а затем к вашей акустической системе.Для тестирования этого проекта я использую плату аудиоусилителя LA4440, которую мы построили в нашем предыдущем уроке. Вы можете использовать любую плату усилителя по вашему выбору, вы также можете создавать свои собственные схемы аудиоусилителей с различными уровнями мощности в соответствии с требованиями вашего приложения.

Полная работа предварительного усилителя звука демонстрируется в видео ниже. Я надеюсь, что вы поняли руководство и узнали что-то полезное, если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их на наших форумах или воспользуйтесь разделом комментариев ниже.

Используя новые знания о том, как работает звук, и обладая базовыми знаниями о схемах и электронике, вы можете создать схему активного шумоподавления (ANC)! Эту схему также можно подключить к разъемам для наушников, чтобы подключить ее к вашим наушникам!

Основная идея наушников с шумоподавлением заключается в размещении микрофона на внешней стороне наушников, который улавливает внешний шум. Затем эти звуки инвертируются (каждый знак меняется, т.е. каждое положительное значение теперь отрицательное, а каждое отрицательное значение положительное, амплитуды и величина самого значения не меняются, только знак) с помощью схемы, и новая форма волны воспроизводится через динамики наушников вместе с желаемым сигналом (музыкой, голосом/речью и т. д.). Теоретически сигнал и инвертированный шум компенсируют друг друга (интерференция и суперпозиция).

Более сложные системы шумоподавления могут также включать микрофоны внутри наушников, чтобы измерять степень шумоподавления, которое происходит на самом деле. Некоторые системы, которые являются чисто цифровыми, могут также включать в себя методы адаптивной фильтрации, которые могут значительно повысить точность и аккуратность подавления. Такие системы довольно сложны и выходят за рамки этого проекта (такие понятия, как фильтрация, не обсуждаются на этих веб-страницах), который имеет в основном аналоговую структуру. Системы, описанные на этой странице, следуют основным принципам, которые обсуждались ранее.

В этом методе используются операционные усилители (операционные усилители) (используемые, помимо прочего, в качестве усилителя), резисторы (используемые для управления потоком электроэнергии) и конденсаторы (используемые для хранения электроэнергии).

Оборудование

  • Конденсаторы
    • Конденсатор 0,01 мкФ [1]
    • Конденсатор 1 нФ [2]
    • Конденсатор 10 мкФ [4]
    • Потенциометр 500 кОм [1]
    • Резистор 100 Ом [1]
    • Резистор 1 кОм [1]
    • Резистор 2,2 кОм [1]
    • Резистор 4,7 кОм [1]
    • Резистор 10 кОм [4]
    • Резистор 13 кОм [1]
    • Резистор 22 кОм [1]
    • Резистор 1 МОм [1]

    Обратите внимание, что это минимальный набор требований. Небольшие изменения размера или емкости резистора могут потребоваться, если вы обнаружите, что некоторые вещи не работают. Также это требования на один канал (если вы собираетесь на стерео), т.е. на одно ухо, если вы решите подключить наушники. Удвойте требования и создайте две схемы, и у вас будет стереосистема.

    Нужная нам принципиальная схема. Это выглядит сложно, но его можно разбить на большие куски, не пугайтесь! Красные линии делят схему на три секции, соответствующие секциям на блок-схеме ниже. Нажмите на изображение для источника.

    Обзор

    Вот упрощенная версия принципиальной схемы, которая описывает основные части всей схемы. Это известно как блок-схема. Важно понимать, что происходит внутри каждой основной части схемы. Каждый раздел соответствует предыдущей схеме, которая разделена красными линиями на три части.

    Эта схема состоит из трех основных частей: предусилителя, фильтра задержки или всечастотного фильтра и суммирующего усилителя. Если у вас есть наушники с шумоподавлением, вы могли заметить (или не заметить), что на внешнем корпусе каждого наушника, вероятно, есть крошечное отверстие. На самом деле это микрофоны. Это микрофоны, которые являются входом в крайнем левом углу схемы выше.

    Происходит следующее: шум (например, гул двигателя) улавливается внешними микрофонами. Эта волна поступает в предварительный усилитель, который усиливает входную волну за счет увеличения амплитуды. Это одно из самых основных применений операционного усилителя. Думайте об этом как о мультипликативном коэффициенте, и этот коэффициент определяется соотношением двух резисторов.

    Всечастотный фильтр/задержка делает именно то, что следует из названия: он задерживает сигнал. Но почему? Напомним, что скорость звука в сухом воздухе при комнатной температуре составляет около 340 м/с. Скорость света — универсальная константа, на много порядков больше (~3 х 10 8 м/с).Электрические сигналы распространяются со скоростью света. Время между предварительным усилителем и суммирующим усилителем не является незначительным из-за этой разницы в скорости.

    Когда шум распространяется из окружающей среды к вашему уху, он распространяется со скоростью звука. Однако, когда шум распространяется из окружающей среды, затем через микрофон и остальную часть цепи, а затем из цепи к вашему уху, есть некоторое время, в течение которого он распространяется со скоростью света, как показано на рисунке ниже. Таким образом, задержка работает, чтобы выровнять два сигнала.

    Иллюстрация проблемы с задержкой. От источника шума шум, который распространяется прямо к уху (большой микрофон в крайнем правом углу), распространяется с постоянной скоростью, скоростью звука (VS на диаграмме выше). Однако шум, улавливаемый сигналом, достигает внешнего микрофона (маленький микрофон справа), а затем распространяется почти со скоростью света (VL) в виде электрических сигналов, а затем, когда он покидает динамик наушников, он движется со скоростью звука, пока не достигнет уха. Таким образом, теоретически он прибудет раньше шума, который попал прямо в ухо.

    Наконец, суммирующий усилитель выполняет две функции: объединяет несколько сигналов по принципу суперпозиции и является еще одним усилителем. На этом этапе музыка объединяется с обработанным шумовым сигналом, а затем инвертируется полученная волна.

    Предварительный усилитель

    Это схема предварительного усилителя. Это лишь немного более сложная версия базового усилителя. Здесь входящий сигнал усиливается, чтобы его можно было лучше обрабатывать и обрабатывать.

    Следующий каскад усиливает шумовой сигнал до более высокого уровня, который может быть обработан (сами волны крошечные и приводят к малым напряжениям, с которыми очень трудно справиться). Он представляет собой простую схему на операционном усилителе, обеспечивающую усиление входящего сигнала (см. выше). Коэффициент усиления этой схемы операционного усилителя представляет собой просто отношение сопротивлений, а увеличение является приблизительным, и дополнительным бонусом от этой схемы является то, что она также поможет уменьшить любые компоненты постоянного тока и смещения, которые могут появиться, потому что смещения постоянного тока в шуме Отмена сигнала вызовет проблемы, которые будут усугубляться по мере прохождения сигналов по цепи и приведут к плохой работе системы. Отсюда шум перейдет на задержку.

    Изображение предварительного усилителя. Перейти наверх

    Всечастотный фильтр/задержка

    Как упоминалось ранее, шум, который должен быть подавлен, должен быть уловлен внешним микрофоном, инвертирован и суммирован с другими сигналами, и этот процесс требует времени (которое не является мгновенным или незначительным). Всепроходной фильтр обеспечивает задержку сигнала шумоподавления, что помогает выровнять все сигналы и шум, чтобы процесс суммирования был более эффективным. Напомним, что шум из окружающей среды распространяется со скоростью звука, которая намного медленнее, чем скорость, с которой электрические сигналы проходят по цепи. В результате этого шум из окружающей среды фактически будет поступать на мгновение позже, чем инвертированный шум от схемы к уху, и это приведет к более слабому ANC. Ниже приведена схема задержки.

    Это фильтр задержки. Это помогает выровнять все сигналы, чтобы шумоподавление было намного эффективнее.

    Проблема задержки добавляет еще несколько моментов, которые необходимо учитывать при построении полнопроходного фильтра. На самом деле, если вы решите использовать наушники, на эту часть схемы будут влиять конкретные используемые наушники. Если вы решите использовать наушники, следующий момент важен. Рассмотрим пару наушников, в которых расстояние от внешнего микрофона до самого уха составляет L. Если скорость звука VS, а временная задержка t, то временную задержку можно вычислить с помощью некоторой алгебры (на основе уравнение для скорости звука) как

    Эта задержка, скорее всего, будет порядка микросекунд. Тогда отставание по фазе будет

    где Δω — отставание по фазе, а f — частота звука. Эта частота должна быть определена и основана на диапазоне, который, как ожидается, будет работать ANC. Для этого можно манипулировать R4, C3 и C4. Осциллограф или динамик могут быть очень полезны при работе над этой частью.

    Суммирующий усилитель

    Последняя часть схемы показана на изображении ниже.

    Это суммирующий усилитель. Этот этап добавляет музыку к ранее обработанному шуму и инвертирует сумму этой суперпозиции.

    В этой последней схеме операционного усилителя усиленный шум сочетается с музыкой, образуя их суперпозицию. Затем эта сумма сигналов инвертируется. Самая сложная часть здесь заключается в том, чтобы амплитуды всех сигналов и шума правильно совпадали. Для облегчения этого процесса используется потенциометр. Коэффициент усиления этой первичной составляющей можно рассчитать, как и раньше. Входной сигнал музыки не будет иметь усиления, а шум будет иметь усиление в 0,02 раза (см. рисунок ниже).

    Это расчет усиления для суммирующего усилителя. Вход музыки (вверху) не будет иметь усиления, а шум (внизу) будет иметь усиление 0,02, что означает, что на выходе будет тише.

    Здесь это может показаться немного запутанным, потому что последнее явно не усиление, а полная противоположность. Однако это будет называться выигрышем за постоянство. Возможно, самый простой способ добиться совпадения амплитуд - это вручную проверить, регулируя потенциометр, пока не будет звучать так, как будто происходит шумоподавление. Используйте также осциллограф. Помните, что все указанные сопротивления и емкости являются приблизительными значениями и должны использоваться в качестве ориентира. Убедитесь, что вы постоянно сверяетесь с осциллографом, и не стесняйтесь изменять некоторые значения по своему усмотрению.

    Слева — операционный усилитель задержки, а справа — суммирующий усилитель. Перейти наверх

    Фильтр источника питания (необязательно)

    Блок питания. Этот раздел является необязательным, но его полезно иметь, особенно потому, что он действует как фильтр нижних частот.

    Несмотря на то, что это необязательный шаг, было бы неплохо его выполнить по нескольким причинам. Фильтр источника питания, показанный на изображении выше, находится перед передачей шума на первый операционный усилитель. На схеме C5-C7 и R11 действуют как фильтр нижних частот (т. е. ослабляют более высокие частоты, но пропускают более низкие) на источнике питания (Vdd). Это важно, потому что может присутствовать высокочастотный шум, и было бы полезно удалить его с выхода микрофона, иначе может произойти нечто, известное как наложение спектров, которое происходит, когда схема имеет проблемы с определением частоты сигнала. Псевдоним вызывает искажения звука. Кроме того, резистор на R10 обеспечивает смещение (фактически смещение по постоянному току), если используется электретный микрофон. Конденсатор на C2 используется для последующего устранения смещения постоянного тока и пропускания только шума, который обнаруживает микрофон. Затем выход конденсатора ведет к первому основному компоненту: предварительному усилителю.

    Динамик (необязательно)

    Если вы решите не добавлять наушники, вы все равно сможете наблюдать и слышать эффекты шумоподавления через динамик. Это простое дополнение, вместо добавления наушников в схему (см. ниже), просто подайте выход суммирующего усилителя на динамик.

    Один провод динамика необходимо либо подключить к земле, либо к небольшому источнику питания (обычно ~5 В для небольших динамиков). Вы также можете подумать о добавлении второго суммирующего усилителя, чтобы имитировать то, что происходит в ухе. Этот второй суммирующий усилитель должен принимать первую суммарную волну (шум и музыку) и объединять ее с неинвертированным шумом для имитации подавления. Тогда, если динамик поместить сюда, можно будет услышать эффекты. Поэкспериментируйте с размещением динамика в различных частях цепи.Например, используйте его для прослушивания усиления предварительного усилителя, используйте его для прослушивания шума из микрофона или используйте его для прослушивания эффектов наложения в суммирующем усилителе. Динамик — хороший инструмент для таких наблюдений.

    Вот пример подходящего динамика. Используйте это для подключения к различным частям цепи, чтобы услышать, что происходит. Перейти наверх

    Добавить наушники (необязательно)

    Этот заключительный этап зависит от используемых наушников. Наушники имеют собственный импеданс, по сути, сопротивление, связанное с ними (проверьте характеристики своей пары). Закон Ома описывает взаимосвязь между сопротивлением, напряжением и током. Однако это работает только в случае постоянного тока (DC). Аналогом переменного тока (AC) является

    <р> а). Закон Ома, где I — сила тока, V — напряжение, а R — сопротивление. б). Здесь сопротивление заменено импедансом Z. в). Пример наушников с импедансом 8 Ом и напряжением 24 В.

    Поскольку начальное напряжение питания должно составлять не менее ±8 В, а импеданс наушников составляет 24 Ом (обычное значение для наушников более низкого уровня), то на рисунке выше показано, что максимальный ток составляет около 333 мА. Вполне вероятно, что это будет гораздо больший ток, чем безопасно для наушников. Сопротивление на R12 можно добавить и изменить, чтобы ограничить этот ток до значения, безопасного для наушников. Меньший ток также защитит уши (по сути, чем больше ток, тем выше громкость).

    Теперь, когда схема завершена, последнее, что нужно сделать, это прикрепить внешние микрофоны к внешней стороне наушников и выполнить дополнительные тесты (вы должны тестировать все время, чтобы убедиться, что все работает должным образом, убедитесь, что вы понимаете и видите, что происходит в каждом основном разделе). Поздравляем! Теперь ваша схема должна быть запущена!

    Читайте также:

Имя компонента Значение Количество
Потенциометр 47k 6
Конденсатор 103 пФ 4
Конденсатор 104 пф 2
Конденсатор 222 pf 2
Конденсатор 10uF/25V 4
47uF/25V 4
Конденсатор 1000 мкФ/25В 1
Резистор 15k 2
Резистор 10k 6
Резистор 1k 4
Резистор 560k 2
Резистор 47k 2
Резистор 2.7k 2
Резистор 100 Ом 1
Переменный резистор (горшок) 2k 2
стабилитрон 12 В ( IN4742A) 1
Транзистор 2sc1815 или C1815 4