دوائر المضخم الأولي Op Amp - للميكروفون والقيثارات والتقاطات والمخازن المؤقتة

دوائر المضخم الأولي Op Amp - للميكروفون والقيثارات والتقاطات والمخازن المؤقتة

في هذا المنشور سوف نتعلم مجموعة متنوعة من الدوائر التمهيدية ، ويجب أن يكون هناك تخطيط مناسب هنا تقريبًا لأي تطبيق قياسي للمضخم الصوتي.



كما يوحي الاسم نفسه ، فإن المضخم هو دائرة صوتية تستخدم قبل مضخم الطاقة ، أو بين مصدر إشارة صغير ومضخم طاقة. تتمثل وظيفة المضخم في رفع مستوى الإشارة الصغيرة إلى مستوى معقول بحيث تصبح مناسبة لمضخم الطاقة لمزيد من التضخيم في مكبر الصوت.

بمساهمة: ماتريكس





مكبر صوت الميكروفون

ال مضخم صوت الميكروفون الموضح أعلاه يتميز بكسب جهد يزيد عن 52 ديسيبل (400 مرة) والذي يمكن أن يتناسب مع ديناميكية مقاومة عالية أو ميكروفون كهربائي إلى أي قسم من أجهزة الصوت.

إذا تم استخدامه بالاشتراك مع الميكروفونات القياسية كما هو مذكور هنا ، فيمكن الحصول بسهولة على خرج يبلغ 1 فولت تقريبًا RMS ، على الرغم من أن التحكم في الكسب يجعل من الممكن ضبط خرج أقل لضمان التخلص من التحميل الزائد للدائرة بواسطة الحمل .



نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الدائرة معلقة وعادة ما تكون أعلى من 70 ديسيبل فيما يتعلق بإخراج 1 فولت RMS (بكسب كامل وتفريغ).

كيف تعمل

تتكون دائرة المضخم الأولي المقترحة لـ MIC من مرحلتين ، والتي تتضمن IC1 كمضخم غير مقلوب. و IC2 كمضخم عكسي.

كل مكبرات صوت من الأنواع المتاحة بشكل شائع. تم إصلاح كسب الحلقة المغلقة لـ IC1 بحوالي 45 مرة من خلال دائرة ردود فعل سلبية مبنية باستخدام شبكة R3 و R5. تم إصلاح مقاومة مدخلات الدائرة عند قيمة دنيا تبلغ 27 كيلو عن طريق R4 ، وهو ما يكفي للتأكد من عدم حدوث التحميل الشديد للميكروفون ، حيث يتيح C2 حجب التيار المستمر عند إدخال الدائرة.

تحتوي الدائرة أيضًا على شبكة من الأجزاء المتصلة بمقبس الإدخال الذي يزيل أي نوع من التقاط الضوضاء الكهربائية الشاردة ويثبط بالإضافة إلى ذلك التذبذب المحتمل الناجم عن ردود الفعل الزائفة. الجهاز المستخدم في IC1 هو NESS34 أو NE5534A وهو في الواقع مكبر تشغيلي متطور. يتفوق الطراز NE5534A بشكل هامشي على i NE5534 على الرغم من أن المرحلتين المرحلتين توفران وظائف استثنائية باستخدام الحد الأدنى من الضوضاء والتشويه.

يستخدم C3 كمكثف اقتران عبر خرج IC1 و VR1. VR1 بمثابة عنصر تحكم عادي في كسب الرهان. بعد ذلك ، تقترن الإشارة بمرحلة التضخيم التالية. تشكل المقاومات R6 و R9 شبكة ردود فعل سلبية تضمن كسب جهد الحلقة المغلقة من 10 إلى IC2. يتيح ذلك للدائرة تحقيق زيادة في الجهد الكلي تبلغ حوالي 450.

فيما يتعلق بكفاءة الضوضاء ، فإن الأداء العالي الفائق ليس أمرًا بالغ الأهمية هنا ، وبالتالي فإن أي جهاز تشغيل مناسب بدلاً من IC2 سيعمل. استخدمنا هنا TL081CP op amp ، ومع ذلك ، فإن أي نوع آخر مثل LF351 سيعمل أيضًا بشكل جيد. هذه الأنواع كونها BiFET op amps توفر مقادير منخفضة للغاية من التشوهات.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تخطيط المكون

المضخم الأولي العالمي باستخدام Op amp LM382

يُظهر مخطط الدائرة أدناه مضخم صوت عالمي أساسي باستخدام IC LM382 ، والذي يوفر ضوضاء منخفضة جدًا وتشويهًا منخفضًا وكسبًا مرتفعًا بشكل معقول ، ويمكن استخدام هذه الدائرة تقريبًا لجميع تطبيقات دائرة مضخم الصوت العادي.

كيف تعمل

تتيح المقاومات R2 والمكثف C6 تحقيق التوازن ، والذي يمكن رؤيته بين خرج المضخم والمدخل المقلوب. في الترددات المنخفضة ، تشتمل C6 على مقاومة عالية ينتج عنها تردد تغذية مرتد منخفض وكسب جهد عالي. عند الترددات الأكبر ، تنخفض مقاومة C6 ببطء ، مما يوفر ردود فعل سلبية معززة ويتدحرج استجابة الدائرة عند 6 ديسيبل اللازمة لكل أوكتاف.

إنه يمتد فقط إلى تردد يبلغ حوالي 2 كيلو هرتز ، لأنه فوق التردد ، تكون مقاومة C6 صغيرة جدًا مقارنة بمقاومة R2 ، والتي ليس لها تأثير على درجة التغذية المرتدة للدائرة أو كسب الجهد.

R1 و C4 هما جزء من نظام التغذية الراجعة أيضًا. C2 هو مكثف مانع للإدخال DC و C3 هو مكثف مرشح RF يساعد على منع تداخل الترددات الراديوية ومشكلات عدم الاستقرار بسبب الإشارات الشاردة من المصدر إلى المدخلات غير العاكسة (التي تقترن بها إشارة الإدخال).

يتمتع LM382 بمستوى عالٍ من استبعاد تموج الإخراج ، ولكن نظرًا لانخفاض مستوى إشارة الإدخال واحتمال إضافة تقلبات الضوضاء إلى خطوط الإمداد.

على الرغم من أن IC1 يخلق قدرًا كبيرًا من كسب الجهد ، فإنه يوفر بطريقة ما ما بين مستوى خرج RMS 50mV ، وهو حوالي عُشر جهد المحرك الذي تحتاجه غالبية مكبرات الصوت hi-fr.

لذلك تم دمج Tr1 في شكل مضخم باعث مشترك مع كسب جهد ربما يصل إلى 20 ديسيبل. يسمح R4 بردود فعل بناءة تقلل من كسب الجهد في Tr1 إلى المستوى الصحيح ، مما يوفر أيضًا درجة أقل من التشويه. يربط IC9 خرج Tr1 بمخفف VR1 للحصول على خرج قابل للتعديل.

استجابة التردد

بالنسبة للإشارات غير المفلترة ، يمكن تحقيق قدر ضئيل من تقليل الضوضاء ، بشكل أساسي باستخدام مرشح القطع الثلاثي ، ويمكن الحصول على استجابة تردد متوسطة سلسة نسبيًا.

يتم تنفيذ العملية من خلال تطبيق التعزيز الثلاثي ، ولكن كمية التعزيز المتكيف تعتمد على المستوى الديناميكي للإشارة. يكون أعلى مستوى خلال فترات الإشارة المنخفضة وينخفض ​​إلى الصفر كحد أقصى مع إشارات المستوى الديناميكي.

عندما يتم تطبيق إشارة موسيقية عند الإدخال ، تتيح الدائرة قطعًا ثلاثي الأبعاد يتم تحسينه مرة أخرى ديناميكيًا ، وهذا يحدث في الواقع من أجل تعويض استجابة تعزيز عالية ثلاثية.

تحتوي دارة المضخم المسبق العالمية على مرشح قطع علوي يستخدم R7 و c8 ، والذي يسمح بتوهين يبلغ حوالي 5 ديسيبل بترددات 10 كيلو هرتز. ونتيجة لذلك ، يمكن تعزيز الترددات العالية بمقدار 5 ديسيبل لمستويات الإشارة العالية. بالنسبة لمدخلات الإشارات المتوسطة ، تكون استجابة التردد التي يوفرها التصميم مسطحة تمامًا.

دائرة مضخم الغيتار

تتمثل الوظيفة الأساسية لدائرة مكبر الصوت المسبق للغيتار في الاندماج مع أي غيتار كهربائي قياسي ورفع إشارات سلسلة الإدخال المنخفضة إلى إشارات مضخمة مسبقًا عالية بشكل معقول والتي يمكن تغذيتها بعد ذلك إلى مضخم طاقة أكبر للإخراج المعزز المطلوب

يميل تردد إشارة الخرج من التقاطات الجيتار إلى الاختلاف بشكل كبير من الالتقاط إلى الالتقاط ، وعلى الرغم من أن البعض لديه جهد عالٍ للغاية يمكنه دفع أي مضخم طاقة تقريبًا ، فإن بعضها يحتوي على حوالي 30 مللي فولت من RMS أو نحو ذلك.

عادة ما تكون للمضخمات التي تم إنشاؤها بشكل واضح والتي يمكن استخدامها مع القيثارات حساسية عالية نسبيًا ويمكن استخدامها بشكل موثوق في أي التقاط تقريبًا ، ولكن عند استخدام جيتار مع بعض أشكال مكبر الصوت الأخرى (مثل مكبر الصوت عالي التردد) يعتبر الحجم الإجمالي المحقق دائمًا غير كافٍ.

العلاج السهل لهذه المشكلة هو استخدام المضخم كما هو موضح أعلاه ، قبل إطعامه لمضخم الطاقة لرفع سعة تردد الإشارة. يحتوي التكوين الأساسي المذكور هنا على زيادة في الجهد يمكن أن تختلف حقًا من وحدة إلى أكثر من 26 ديسيبل (20 مرة) ، لذلك يجب أن تتناسب عمليًا مع كل التقاط غيتار لكل مضخم طاقة تقريبًا.

يجب أن تكون مقاومة المدخلات للمضخم حوالي 50 كيلو ، ومقاومة الخرج منخفضة. لذلك يمكن استخدام الدائرة كمكبر صوت عازل أساسي مع كسب جهد وحدة لتناسب مقاومة الخرج العالية نسبيًا لالتقاط الجيتار لمكبر صوت ذي مقاومة دخل منخفضة إذا لزم الأمر.

تم استخدام مضخم تشغيل BIFET منخفض الضوضاء (IC1) كأساس للوحدة ، والتي لها بالتالي مستويات تشويه هامشية بالإضافة إلى نسبة إشارة إلى ضوضاء تبلغ حوالي -70 ديسيبل أو أعلى حتى عندما تكون الوحدة orksw مع a أداة إخراج منخفضة للغاية مثل الغيتار.

كيف تعمل

هذا التصميم هو في الواقع دائرة تكوين غير مقلوبة لمضخم تشغيلي عادي مع استخدام R2 و R3 لتحيز مدخلات IC1 غير المقلوبة عند حوالي 50 ٪ من جهد الإمداد.

هذه بالمثل ضبط مقاومة دخل الدائرة عند 50 كيلو تقريبًا. تشكل R1 و R4 الشبكة ذات التغذية المرتدة السلبية ، وأيضًا مع R4 عند الحد الأدنى للقيمة 1C1 ترتبط إشارات التحكم العكسية ببعضها البعض ، وتوفر الدائرة كسب جهد الوحدة.

نظرًا لمعايرة R4 للحصول على مقاومة أعلى ، يتناقص كسب جهد التيار المتردد تدريجيًا ، ولكن C2 تقدم حجب التيار المستمر بحيث يظل كسب جهد التيار المستمر متغيرًا ، ويظل خرج مكبر الصوت متحيزًا عند @ ½ جهد الإمداد.

يكافئ كسب جهد مكبر الصوت تقريبًا R1 + R4 ، مقسومًا على R1 ، مما ينتج عنه كسب إجمالي اسمي للجهد ربما يزيد عن 22 مرة مع R4 بأعلى قيمة.

يبلغ استهلاك الدائرة الحالية حوالي 2 مللي أمبير من خلال مصدر 9 فولت ، والذي يزيد إلى 2.5 مللي أمبير تقريبًا عند استخدام مصدر 30 فولت.

مصدر الجهد الفعال للجهاز هو بطارية مدمجة 9 فولت مثل نوع PP3. عند استخدام مصدر 9 فولت ، يكون متوسط ​​جهد الخرج غير المنقطع حوالي 2 فولت RMS ، وهذا يعمل بشكل جيد إلى حد كبير.

تفاصيل اتصال لوحة الشريط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومخطط تخطيط المكونات

قائمة الاجزاء

مكبر للصوت العازلة مقاومة عالية

يعمل مكبر الصوت المؤقت أيضًا كمضخم مسبق مثالي لمعظم التطبيقات ، ولكنه يعمل أيضًا مع التضخيم المسبق مثل المخزن المؤقت عالي المقاومة بين مرحلة إدخال الإشارة ومرحلة مضخم الطاقة. يسمح هذا بشكل خاص باستخدام هذه الأنواع من المضخمات الأولية مع إشارات إدخال تيار منخفضة للغاية ، والتي لا يمكنها تحمل التحميل مع مضخمات من نوع المعاوقة المنخفضة الأخرى.

يحتوي مضخم المخزن المؤقت الموضح هنا عادة على مقاومة إدخال تزيد عن 100 متر عند 1 كيلو هرتز ، ويمكن ببساطة تعديل مقاومة الإدخال إلى أي مستوى مقبول تقريبًا أسفل تلك النقطة. كسب جهد الدائرة هو الوحدة.

كيف تعمل

يعرض الشكل أعلاه مخطط دائرة مضخم مقاومة عالي المقاومة ، والوحدة هي في الأساس مجرد مضخم تشغيل يعمل كمضخم غير مقلوب لكسب الوحدة. من خلال اقتران خرج IC1 مباشرة بمدخله المقلوب ، تتم إضافة ردود فعل سلبية بنسبة 100 في المائة عبر النظام لتحقيق كسب جهد الوحدة الضروري جنبًا إلى جنب مع مقاومة دخل عالية جدًا.

ومع ذلك ، فإن دائرة التحيز ، التي تتضمن في هذه الحالة من R1 إلى R3 ، تحوّل معاوقة إدخال مكبر الصوت بحيث توفر الدائرة بشكل عام مقاومة دخل أصغر بكثير من IC1 وحده. تبلغ مقاومة الإدخال حوالي 2.7 ميغا أوم ، وقد يكون هذا كافياً بالنسبة لغالبية التطبيقات.

ومع ذلك ، يمكن إزالة إجراء التحويل لمقاومات التحيز ، وهذا هو هدف مكثف C2 'bootstrapping'. يربط إشارة الخرج إلى تقاطع مقاومات التحيز الثلاثة ، وبالتالي فإن أي تعديل في جهد الدخل يتم موازنته بتحويل جهد متساوٍ عند خرج IC1 وعند تقاطع مقاومات التحيز الثلاثة.

في دور IC1 ، يتم استخدام مضخم تشغيلي أساسي 741 C ، وكما ذكرنا سابقًا ، يوفر هذا مقاومة للمدخلات تتجاوز عادةً 100 ميغا أوم عند 1 كيلو هرتز والتي يجب أن تكون كافية تمامًا لأي تنفيذ قياسي.

إن مقاومة الإدخال الأعلى التي يمكن تحقيقها باستخدام مكبر تشغيل لمدخلات FET ليست ذات أهمية عملية ، لذلك هناك بعض العيوب مع معظم أنظمة إدخال FET في هذه الدائرة.

أولاً ، لديهم بالفعل ميل للتذبذب عندما يكون الإدخال مفتوحًا (عندما يتم توصيل الإدخال بالجهاز ، يتم تخفيف التذبذبات والقضاء عليها).

العيب الآخر هو أن طاقة الإدخال للعديد من أجهزة الإدخال FET أعلى بكثير من الأجهزة ثنائية القطب مثل 741 IC. من خلال إجراءات التحويل هذه ، في معظم الترددات ، يتم الآن تقليل مقاومة الإدخال بينما في الترددات المنخفضة والمتوسطة ، تكون مقاومة الإدخال أعلى ببساطة.

لهذا الغرض ، من الضروري وجود مقاومة منخفضة نسبيًا للمدخلات (مثل الالتقاط الذي له مقاومة شحن موصى بها تصل إلى 100 كيلو أوم و M أوم) ، وإحدى طرق تحقيق ذلك هي التخلص من C2 وتغيير كميات R1 إلى R3 لتحقيق ذلك المعاوقة المطلوبة.

قائمة الاجزاء

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

المضخم الأولي أمبير للإشارات 2.5 مللي فولت

هذه الدائرة الخاصة بمضخم الصوت الخاص بالأمبير حساسة للغاية وستسمح لك بتعزيز الإشارات من 2.5 مللي فولت إلى 100 مللي فولت. إنه مشتق بالفعل من مفهوم مضخم RIAA القديم.

في الأيام السابقة ، كان ناتج خرطوشة الملف المتحرك للمغناطيس أو الجهد العالي يتراوح عادةً بين 2.5 و 10 مللي فولت ، بحيث يمكن موازنة الالتقاط مع مضخم الطاقة (قد يتطلب ذلك إشارة خرج تبلغ بضع مئات من الميليفولت RMS).

على الرغم من أن ناتج خراطيش الملف المغناطيسية والمتحركة سيرتفع بمعدل 6 ديسيبل لكل أوكتاف ، إلا أنه يمكن أن يفعل دون الحاجة إلى أي معادلة لمواجهة ذلك نظرًا لأنه يجب إشراك معادلة مناسبة أثناء عملية التسجيل.

ومع ذلك ، فإن المعادلة لا تزال ضرورية لأنه أثناء عملية التسجيل ، سيتم استخدام قطع الجهير والتعزيز الثلاثي ، بالإضافة إلى الضبط ، غالبًا ما يتم مواجهة استجابة التردد بزيادة 6 ديسيبل أوكتاف في إخراج الالتقاط.

كان لابد من تضمين قطع الجهير لإيقاف تعديلات الأخدود منخفضة التردد غير الضرورية ، كما أن التعزيز الثلاثي (مع القطع الثلاثي في ​​التشغيل) سيوفر وسيلة بسيطة وفعالة للحد من الضوضاء.

الشكل أعلاه هو في الواقع رسم بياني نموذجي لاستجابة التردد لدائرة مضخم RIAA القديمة والذي يوضح المعلمات الضرورية المطلوبة للتنفيذ الناجح لمضخم أولي شديد الحساسية مثل هذا.

كيف تعمل الدائرة

في الاستخدام الحقيقي ، تنحرف مضخمات معادلة RIAA قليلاً عن الاستجابة المثالية ، على الرغم من أن مواصفات الجهاز لم يتم النظر فيها بشكل حاسم.

في الواقع ، حتى شبكة التعادل المباشرة المكونة من ست مجموعات مكثفات مقاومة عادةً ما ينتج عنها حد أقصى للخطأ لا يزيد عن واحد أو 2 ديسيبل ، وهو في الواقع يبدو جيدًا تمامًا.

يستخدم R2 و R3 لربط جهد التشويه هذا بـ IC1. R2. يقوم C2 بتصفية أي تشويه أو همهمة على مصدر الطاقة ، مما يمنع إضافة التداخل إلى تغذية مكبر الصوت.

توفر قيمة R3 العالية مقاومة عالية للإدخال للدائرة ، ومع ذلك ، يتم نقلها بواسطة R4 إلى المستوى الضروري البالغ 47 كيلو تقريبًا.

قد يمثل عدد قليل من عمليات الالتقاط الأخرى حاجزًا للحمل يبلغ 100 ألف وبالتالي يجب زيادة R4 إلى 100 كيلو إذا كان سيتم تنفيذ الوحدة من خلال إشارة إدخال كما هو الحال في عمليات الالتقاط القديمة.

تسمح مقاومة الإدخال العالية لمكبر الصوت باستخدام قيمة جزء صغيرة جدًا لـ C3 دون التضحية باستجابة الجهير للدائرة.

إنه مفيد لأنه يلغي مستوى كبير من الاندفاع الحالي من مفتاح تشغيل إشارات التقاط الإدخال ، بمجرد أن يأخذ هذا الجهاز عملية التشغيل العادية.

توفر التغذية الراجعة السلبية الانتقائية للتردد عبر IC1 التعديل اللازم لاستجابة التردد.

في الترددات المتوسطة R5 و R7 هما المحددان الرئيسيان لكسب الدائرة ، ولكن في الترددات المنخفضة التردد تضيف C6 مقاومة كبيرة لـ R5 لتقليل ردود الفعل السلبية وتعزيز الكسب المطلوب.

وبالمثل ، فإن مقاومة C5 صغيرة عند الترددات العالية مقارنة بمقاومة R5 ، ويؤدي تأثير التحويل C5 إلى مزيد من التغذية المرتدة وتدحرج التردد العالي الضروري.

نظرًا لأن الدائرة تولد جهدًا يزيد عن 50 ديسيبل في ترددات الصوت المتوسطة ، يصبح الناتج مرتفعًا بدرجة كافية لتشغيل أي مضخم طاقة قياسي حتى عند استخدامه مع إشارة دخل تبلغ حوالي 2.5 مللي فولت فقط RMS.

يتم تشغيل الدائرة من أي جهد كهربائي يتراوح بين حوالي 9 و 30 فولت ، ولكن يُنصح بالعمل مع إمكانية إمداد عالية بشكل معقول (حوالي 20-30 فولت) لتمكين نسبة الحمل الزائد المعقولة.

عندما يتم تطبيق الدائرة بإشارة خرج عالية ولكن بجهد إمداد يبلغ 9 فولت فقط ، فمن المحتمل أن يحدث حمل زائد صغير عند الحد الأدنى.

قائمة الاجزاء

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور




زوج من: دائرة إمداد الطاقة للمختبر التالى: كيفية تصميم دوائر مضخم الطاقة MOSFET - شرح المعلمات