Circuitos de preamplificador de amplificador operacional: para micrófonos, guitarras, pastillas, búfer

Circuitos de preamplificador de amplificador operacional: para micrófonos, guitarras, pastillas, búfer

En esta publicación aprenderemos una variedad de circuitos de preamplificador, y aquí debería haber un diseño apropiado para casi cualquier aplicación de preamplificador de audio estándar.

Como su propio nombre sugiere, un preamplificador es un circuito de audio que se utiliza antes de un amplificador de potencia, o entre una pequeña fuente de señal y un amplificador de potencia. El trabajo de un preamplificador es elevar el nivel de la pequeña señal a un nivel razonable para que sea adecuado para el amplificador de potencia para su posterior amplificación en un altavoz.

Contribuido por: Matrix



Preamplificador de micrófono

los preamplificador de micrófono que se muestra arriba presenta una ganancia de voltaje de más de 52dB (400 veces) que podría adaptarse a una dinámica de alta impedancia o micrófono electret a casi cualquier sección de un equipo de audio.

Si se utiliza en asociación con micrófonos estándar como se menciona aquí, se podría obtener fácilmente una salida de aproximadamente 1 voltio RMS, aunque un control de ganancia hace posible que se establezca una salida más baja para asegurar que se pueda eliminar la sobrecarga del circuito por la carga. .

La relación señal-ruido del circuito es sobresaliente y normalmente está por encima de 70 dB con respecto a una salida de 1 V RMS (con ganancia completa y descargada).

Cómo funciona

El circuito preamplificador MIC del amplificador operacional propuesto consta de un par de etapas, que incluye IC1 como amplificador no inversor. e IC2 como amplificador inversor.

Cada amplificador son tipos comúnmente disponibles. La ganancia de circuito cerrado de IC1 se fija alrededor de 45 veces a través de un circuito de retroalimentación negativa construido usando la red R3 y R5. La impedancia de entrada del circuito se fija en un valor mínimo de 27k por medio de R4, que es suficiente para asegurarse de que no ocurra una carga extrema del micrófono, C2 habilita el bloqueo de CC en la entrada del circuito.

El circuito también tiene una red de partes conectadas con el conector de entrada que elimina cualquier tipo de captación de ruido eléctrico perdido y además inhibe la probable oscilación causada por la retroalimentación espuria. El dispositivo empleado para IC1 es un NESS34 o NE5534A, que en realidad es un amplificador operacional de gama alta. El NE5534A es ligeramente superior al i NE5534, aunque los dos circuitos integrados proporcionan una funcionalidad excepcional utilizando cifras mínimas de ruido y distorsión.

C3 se utiliza como condensador de acoplamiento en la salida de IC1 y VR1. VR1 actúa como un control de ganancia de potenciómetro normal. A continuación, la señal se acopla a la siguiente etapa de amplificación. Las resistencias R6 y R9 constituyen una red de retroalimentación negativa que asegura una ganancia de voltaje de circuito cerrado de 10 a IC2. Esto permite que el circuito logre una ganancia de voltaje total de alrededor de 450.

Con respecto a la eficiencia del ruido, el rendimiento extremadamente alto no es crítico aquí y, por lo tanto, cualquier amplificador operacional adecuado en lugar del IC2 funcionará. Aquí hemos usado un amplificador operacional TL081CP, sin embargo, cualquier otro tipo como el LF351 también funcionaría bien. Estos tipos, que son amplificadores operacionales BiFET, proporcionan magnitudes de distorsión extremadamente bajas.

Diseño de PCB

Disposición de los componentes

Preamplificador universal con amplificador operacional LM382

El diagrama de circuito a continuación muestra un preamplificador de audio universal básico que utiliza el IC LM382, que ofrece muy poco ruido, baja distorsión y una ganancia razonablemente alta, y este circuito se puede utilizar para prácticamente todas las aplicaciones normales de circuito de preamplificador de audio.

Cómo funciona

Las resistencias R2 y el condensador C6 permiten la ecualización, que se puede ver entre la salida del preamplificador y la entrada inversora. A bajas frecuencias, C6 incluye una alta impedancia que da como resultado una baja frecuencia de retroalimentación y una alta ganancia de voltaje. A frecuencias más grandes, la impedancia de C6 disminuye lentamente, lo que proporciona una realimentación negativa mejorada y reduce la respuesta del circuito a los 6 dB por octava necesarios.

Solo se extiende hasta una frecuencia de alrededor de 2 kHz, porque por encima de ella la impedancia de C6 es bastante pequeña en comparación con la de R2, lo que no influye en el grado de retroalimentación o ganancia de voltaje del circuito.

R1 y C4 también forman parte del sistema de retroalimentación. C2 es el condensador de bloqueo de CC de entrada y C3 es un condensador de filtro de RF que ayuda a evitar la interferencia de RF y los problemas de inestabilidad debido a las señales parásitas de la fuente a la entrada no inversora (a la que se acopla la señal de entrada).

El LM382 tiene un alto nivel de exclusión de rizado de salida, sin embargo debido a su nivel de señal de entrada más bajo y la probabilidad de que se agreguen fluctuaciones de ruido a las líneas de suministro.

Aunque IC1 crea una cantidad significativa de ganancia de voltaje, de alguna manera proporciona un nivel de salida de 50 mV RMS, que es alrededor de una décima parte del voltaje de excitación que necesitan la mayoría de los amplificadores de alta frecuencia.

Por lo tanto, Tr1 se incorpora en forma de un amplificador de emisor común con una ganancia de voltaje de quizás 20dB. R4 permite una retroalimentación constructiva que disminuye la ganancia de voltaje de Tr1 al nivel correcto, que además proporciona un menor grado de distorsión. IC9 enlaza la salida Tr1 al atenuador VR1 para obtener una salida ajustable.

Respuesta frecuente

Para señales sin filtrar, se podría lograr una pequeña cantidad de reducción de ruido, esencialmente mediante el uso de un filtro de corte de agudos, y se puede obtener una respuesta de frecuencia promedio relativamente suave.

El proceso se implementa aplicando un refuerzo de agudos; sin embargo, la cantidad de refuerzo adaptado depende del nivel dinámico de la señal. Es más alto en los intervalos de señal baja y disminuye a cero como máximo con señales de nivel dinámico.

Cuando se aplica una señal de música en la entrada, el circuito habilita un corte de agudos que nuevamente se optimiza dinámicamente, esto en realidad ocurre para compensar una respuesta de refuerzo de agudos altos.

El circuito de preamplificador universal tiene un filtro de corte superior que utiliza R7 y c8, lo que permite una atenuación de alrededor de 5 dB con frecuencias de 10 kHz. Debido a esto, las altas frecuencias se pueden aumentar en una magnitud de 5 dB para niveles de señal altos. Para entradas de señal media, la respuesta de frecuencia ofrecida por el diseño es simplemente plana.

Circuito preamplificador de guitarra

La función básica de este circuito de preamplificador de guitarra es integrarse con cualquier guitarra eléctrica estándar y elevar sus señales de cuerda de entrada bajas a señales preamplificadas razonablemente altas que luego podrían alimentarse a un amplificador de potencia más grande para la salida aumentada deseada.

La frecuencia de la señal de salida de las pastillas de guitarra tiende a diferir mucho de una pastilla a otra, y aunque algunas tienen un voltaje muy alto que puede impulsar casi cualquier amplificador de potencia, algunas tienen solo alrededor de 30 milivoltios de RMS más o menos voltaje.

Los amplificadores construidos expresamente que se pueden usar con guitarras generalmente tienen una sensibilidad relativamente alta y estos podrían usarse de manera confiable para casi cualquier captación, sin embargo, cuando se usa una guitarra con alguna otra forma de amplificador (como un amplificador de alta fidelidad), el El volumen total alcanzado siempre se considera insuficiente.

Un remedio fácil a este problema es usar un preamplificador como se muestra arriba, antes de alimentarlo al amplificador de potencia para aumentar la amplitud de frecuencia de la señal. La configuración básica mencionada aquí tiene una ganancia de voltaje que realmente podría variar de una unidad a más de 26 dB (20 veces), por lo tanto, debería adaptarse prácticamente a todas las pastillas de guitarra a prácticamente todos los amplificadores de potencia.

La impedancia de entrada del preamplificador debe ser de aproximadamente 50k y la impedancia de salida es baja. Por lo tanto, el circuito podría emplearse como un amplificador de búfer básico con ganancia de voltaje unitaria para adaptarse a la impedancia de salida bastante alta de una pastilla de guitarra a un amplificador de potencia que tenga una impedancia de entrada baja si es necesario.

Se ha utilizado un amplificador operacional BIFET (IC1) de bajo ruido solitario como base para la unidad, que por lo tanto tiene niveles de distorsión marginales, así como una relación señal / ruido de alrededor de -70dB o más, incluso cuando la unidad funciona con un instrumento de salida muy baja como una guitarra.

Cómo funciona

Este diseño es en realidad un circuito de configuración no inversora de amplificador operacional normal con R2 y R3 empleados para polarizar la entrada IC1 no inversora en alrededor del 50% del voltaje de suministro.

Estos también establecen la impedancia de entrada del circuito en aproximadamente 50k. R1 y R4 forman la red con retroalimentación negativa, también con R4 en el valor mínimo 1C1, las señales de control de inversión están directamente acopladas entre sí, y el circuito proporciona ganancia de voltaje unitario.

A medida que R4 se calibra para una mayor resistencia, la ganancia de voltaje de CA disminuye gradualmente, sin embargo, C2 introduce un bloqueo de CC de modo que la ganancia de voltaje de CC permanece variable y la salida del amplificador permanece polarizada a @ ½ del voltaje de suministro.

La ganancia de voltaje del amplificador es aproximadamente equivalente a R1 + R4, dividida por R1, lo que da como resultado una ganancia de voltaje total nominal de quizás más de 22 veces con R4 en el valor más alto.

El consumo de corriente del circuito es de alrededor de 2 miliamperios a través de un suministro de 9 voltios, que aumenta a aproximadamente 2,5 miliamperios cuando se utiliza un suministro de 30 voltios.

Un suministro de voltaje efectivo para el dispositivo es una batería compacta de 9 voltios como el tipo PP3. Cuando se usa un suministro de 9 voltios, el voltaje de salida promedio sin recortar es de alrededor de 2 voltios RMS, y esto funciona bastante bien.

Diagrama de disposición de componentes y detalles de conexión de PCB de placa de tira

Lista de partes

Amplificador de búfer de alta impedancia

Un amplificador de búfer también funciona como un preamplificador ideal para la mayoría de las aplicaciones, sin embargo, junto con la preamplificación, también funciona como un búfer de alta impedancia entre la etapa de entrada de señal y la etapa del amplificador de potencia. Esto permite especialmente que estos tipos de preamplificadores se utilicen con señales de entrada de corriente extremadamente baja, que no pueden permitirse la carga con otros preamplificadores de baja impedancia.

El amplificador de búfer que se muestra aquí tiene normalmente una impedancia de entrada de más de 100 M a 1 kHz, y la impedancia de entrada podría ajustarse simplemente a casi cualquier nivel aceptable por debajo de ese punto. La ganancia de voltaje del circuito es la unidad.

Cómo funciona

La figura anterior muestra el diagrama del circuito del amplificador de búfer de alta impedancia, y la unidad es esencialmente solo un amplificador operativo que funciona como un amplificador no inversor para ganancia unitaria. Al acoplar la salida de IC1 directamente a su entrada inversora, se agrega un 100 por ciento de retroalimentación negativa sobre el sistema para lograr la ganancia de voltaje unitaria necesaria junto con una impedancia de entrada muy alta.

Dicho esto, el circuito de polarización, que en esta situación incluye de R1 a R3, deriva la impedancia de entrada del amplificador para que el circuito en general proporcione una impedancia de entrada mucho más pequeña que IC1 solo. La impedancia de entrada es de alrededor de 2,7 megaohmios y, para la mayoría de las aplicaciones, esto puede ser suficiente.

Sin embargo, la acción de derivación de las resistencias de polarización podría eliminarse, y este es el objetivo del 'arranque' del condensador C2. Conecta la señal de salida a la unión de tres resistencias de polarización y, por lo tanto, cualquier ajuste en el voltaje de entrada se equilibra con un cambio de voltaje igual en la salida de IC1 y en la intersección de las tres resistencias de polarización.

En el rol de IC1, se emplea un amplificador operacional básico 741 C y, como se indicó anteriormente, esto proporciona una impedancia de entrada que generalmente excede los 100 megaohmios a 1 kHz, lo que debería ser bastante adecuado para cualquier implementación estándar.

La impedancia de entrada más alta que se puede lograr usando un amplificador operativo para entradas FET realmente no tiene ninguna importancia práctica, por lo que hay algunos inconvenientes con la mayoría de los sistemas de entrada FET en este circuito.

Primero, que en realidad tienen una propensión a oscilar cuando la entrada está abierta (cuando la entrada está conectada al dispositivo, las oscilaciones se atenúan y eliminan).

El otro inconveniente es que la potencia de entrada de tantos dispositivos de entrada FET es sustancialmente más alta que la de los dispositivos bipolares como el 741 IC. A través de estas acciones de derivación, en la mayoría de las frecuencias, la impedancia de entrada ahora se reduce, mientras que en las frecuencias medias y bajas bajas, la impedancia de entrada es simplemente mayor.

Para este propósito, es necesaria una impedancia de entrada relativamente baja (como la pastilla que tiene una impedancia de carga recomendada de muchos 100 k ohmios y M ohmios), una forma de lograrlo es eliminar C2 y cambiar las cantidades de R1 a R3 para lograr una impedancia de entrada deseada.

Lista de partes

Diseño de PCB

Preamplificador de amplificador operacional para señales de 2,5 mV

Este circuito de preamplificador de amplificador operacional en particular es extremadamente sensible y le permitirá aumentar señales tan bajas como 2.5 mV a 100 mV. En realidad, se deriva de un antiguo concepto de preamplificador RIAA.

En días anteriores, la salida de un cartucho de bobina móvil de un imán o de alto voltaje era típicamente de 2,5 a 10 milivoltios, de modo que la pastilla podía equilibrarse con el amplificador de potencia (esto posiblemente requeriría una señal de salida de un par de cientos de milivoltios RMS).

Aunque la salida de los cartuchos de bobinas magnéticas y móviles aumentaría a 6dB por octava, podría funcionar sin la necesidad de ninguna ecualización para contrarrestar esto, ya que durante el proceso de grabación debe intervenir una ecualización adecuada.

Sin embargo, la ecualización aún sería necesaria porque durante el proceso de grabación se usaría el corte de graves y el refuerzo de agudos, además de ajustar, la respuesta de frecuencia a menudo se contrarresta con un aumento de octava de 6dB en la salida de captación.

El corte de graves tenía que incluirse para detener innecesariamente las modulaciones de ritmo de baja frecuencia y el triple refuerzo (con triple corte en la reproducción) proporcionaría una función de reducción de ruido simple pero eficiente.

La figura anterior es en realidad un gráfico de respuesta de frecuencia de un circuito de preamplificador RIAA antiguo típico que muestra los parámetros necesarios para implementar con éxito un preamplificador de alta sensibilidad como este.

Cómo funciona el circuito

En el uso real, los amplificadores de ecualización RIAA se desviarían un poco de la respuesta perfecta, aunque las especificaciones del dispositivo no se consideraron críticamente.

En realidad, sin embargo, incluso una red de ecualización sencilla compuesta por seis conjuntos de condensadores de resistencia normalmente da como resultado un error máximo de no más de uno o 2 dB, lo que en realidad parece bastante bueno.

R2, R3 solían vincular este voltaje de distorsión a IC1. R2. C2 filtra cualquier distorsión o zumbido en la fuente de alimentación, evitando que la interferencia se agregue a la alimentación del amplificador.

El valor alto de R3 proporciona una impedancia de entrada alta para el circuito, sin embargo, R4 lo transfiere al nivel necesario de aproximadamente 47k.

Algunas otras camionetas pueden presentar una barrera de carga de 100k y, por lo tanto, R4 debe aumentarse a 100k si la unidad se va a implementar a través de una señal de entrada como la que tenemos en las camionetas antiguas.

La alta impedancia de entrada del amplificador permite emplear un valor de parte muy pequeño para C3 sin sacrificar la respuesta de graves del circuito.

Es ventajoso porque elimina un nivel significativo de sobretensión de corriente del encendido de las señales de captación de entrada, tan pronto como este dispositivo asume su proceso de funcionamiento normal.

Una retroalimentación negativa selectiva en frecuencia sobre IC1 proporciona el ajuste necesario de la respuesta de frecuencia.

En las frecuencias medias, R5 y R7 son los principales determinantes de la ganancia del circuito, pero en las frecuencias más bajas, C6 agrega una impedancia sustancial de R5 para minimizar la retroalimentación negativa y aumentar la ganancia requerida.

Del mismo modo, la impedancia de C5 es pequeña a altas frecuencias en comparación con la impedancia de R5, y el impacto de la derivación de C5 conduce a una mayor retroalimentación y la atenuación de alta frecuencia necesaria.

Dado que el circuito genera una ganancia de voltaje de más de 50db en frecuencias de audio medias, la salida se vuelve lo suficientemente alta para hacer funcionar cualquier amplificador de potencia estándar, incluso cuando se usa con una señal de entrada de solo aproximadamente 2.5 mV RMS.

El circuito se alimenta con cualquier voltaje entre aproximadamente 9 y 30 voltios, pero se recomienda trabajar con un potencial de suministro razonablemente alto (aproximadamente 20-30 voltios) para permitir un porcentaje de sobrecarga razonable.

Cuando el circuito se aplica con una señal de salida alta pero con solo aproximadamente un voltaje de suministro de 9 voltios, es probable que se produzca una pequeña sobrecarga como mínimo.

Lista de partes

Diseño de PCB




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