Nesta postagem, aprenderemos uma variedade de circuitos de pré-amplificador, e deve haver um layout apropriado aqui para quase qualquer aplicação de pré-amplificador de áudio padrão.

Como o próprio nome sugere, um pré-amplificador é um circuito de áudio que é usado antes de um amplificador de potência, ou entre uma pequena fonte de sinal e um amplificador de potência. O trabalho de um pré-amplificador é elevar o nível do sinal pequeno a um nível razoável de modo que se torne adequado para o amplificador de potência para amplificação posterior em um alto-falante.

Contribuição de: Matrix

Pré-amplificador de microfone

O pré-amplificador de microfone mostrado acima apresenta um ganho de tensão de mais de 52dB (400 vezes) que pode ser adequado a uma dinâmica de alta impedância ou microfone de eletreto a praticamente qualquer seção de um equipamento de áudio.

Se empregado em associação com microfones padrão, conforme mencionado aqui, uma saída de aproximadamente 1 volt RMS pode ser facilmente obtida, embora um controle de ganho possibilite que uma saída mais baixa seja definida para garantir que a sobrecarga do circuito pela carga possa ser eliminada .

A relação sinal-ruído do circuito é excelente e normalmente está acima de 70 dB em relação a uma saída de 1 V RMS (com ganho total e sem carga).

Como funciona

O circuito pré-amplificador de amplificador operacional proposto consiste em alguns estágios, que inclui IC1 como o amplificador não-inversor. e IC2 como um amplificador inversor.

Cada amplificador são tipos comumente disponíveis. O ganho de malha fechada do IC1 é fixado em cerca de 45 vezes por meio de um circuito de feedback negativo construído usando a rede R3 e R5. A impedância de entrada do circuito é fixada em um valor mínimo de 27k por meio de R4, o que é suficiente para garantir que não ocorra carga extrema do microfone, C2 habilita o bloqueio DC na entrada do circuito.

O circuito também possui uma rede de partes conectadas ao conector de entrada que remove qualquer tipo de captação de ruído elétrico disperso e, adicionalmente, inibe a oscilação provável causada por feedback espúrio. O dispositivo empregado para IC1 é um NESS34 ou NE5534A, que na verdade é um amplificador operacional de ponta. O NE5534A é ligeiramente superior ao i NE5534, embora os dois ICs forneçam funcionalidade excepcional usando ruído mínimo e figuras de distorção.

C3 é usado como um capacitor de acoplamento na saída de IC1 e VR1. VR1 atua como um controle normal de ganho do potenciômetro. Em seguida, o sinal é acoplado ao estágio de amplificação seguinte. Os resistores R6 e R9 constituem uma rede de feedback negativo que garante um ganho de tensão de malha fechada de 10 para IC2. Isso permite que o circuito atinja um ganho de tensão geral de cerca de 450.

Com relação à eficiência de ruído, o desempenho extremamente alto não é crítico aqui e, portanto, qualquer amplificador operacional adequado no lugar do IC2 funcionará. Aqui nós usamos um amplificador operacional TL081CP, no entanto, qualquer outro tipo como o LF351 também funcionaria tão bem. Esses tipos, sendo amplificadores operacionais BiFET, fornecem magnitudes extremamente baixas de distorções.

Design PCB

Layout de componente

Pré-amplificador universal usando amp op LM382

O diagrama de circuito abaixo mostra um pré-amplificador de áudio universal básico usando o IC LM382, que oferece ruído muito baixo, baixa distorção e ganho razoavelmente alto, e este circuito pode ser usado para praticamente todas as aplicações de circuito de pré-amplificador de áudio normal.

Como funciona

Os resistores R2 e o capacitor C6 permitem a equalização, que pode ser vista entre a saída do pré-amplificador e a entrada inversora. Em baixas frequências, C6 inclui uma alta impedância, resultando em baixa frequência de feedback e alto ganho de tensão. Em frequências maiores, a impedância de C6 diminui lentamente, fornecendo feedback negativo aprimorado e eliminando a resposta do circuito nos 6dB necessários por oitava.

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Ele só se estende até uma frequência de cerca de 2kHz, porque acima dessa frequência a impedância de C6 é bem pequena em comparação com a de R2, que não tem influência no grau de feedback ou ganho de tensão do circuito.

R1 e C4 também fazem parte do sistema de feedback. C2 é o capacitor de bloqueio DC de entrada e C3 é um condensador de filtro de RF que ajuda a evitar interferência de RF e problemas de instabilidade devido a sinais perdidos da fonte para a entrada não inversora (à qual o sinal de entrada é acoplado).

O LM382 tem um alto nível de exclusão de ondulação de saída, no entanto, devido ao seu nível de sinal de entrada mais baixo e à probabilidade de que flutuações de ruído possam ser adicionadas às linhas de alimentação.

Embora o IC1 crie uma quantidade significativa de ganho de voltagem, de alguma forma ele fornece algo entre o nível de saída RMS de 50mV, que é cerca de um décimo da voltagem do drive necessária para a maioria dos amplificadores hi-fr.

Portanto, Tr1 é incorporado na forma de um amplificador emissor comum com um ganho de voltagem de talvez 20dB. R4 permite um feedback construtivo que diminui o ganho de tensão de Tr1 para o nível certo, que adicionalmente fornece um menor grau de distorção. O IC9 conecta a saída Tr1 ao atenuador VR1 para obter uma saída ajustável.

Resposta de frequência

Para sinais não filtrados, uma pequena quantidade de redução de ruído pode ser realizada, essencialmente usando um filtro de corte de agudos, e uma resposta de frequência média relativamente suave pode ser obtida.

O processo é implementado aplicando aumento de agudos, entretanto a quantidade de aumento adaptado depende do nível dinâmico do sinal. É mais alto em intervalos de sinal baixo e diminui para zero no máximo com sinais de nível dinâmico.

Quando um sinal de música é aplicado na entrada, o circuito permite um corte de agudos que, novamente, é otimizado dinamicamente, isso na verdade ocorre para compensar uma resposta de reforço de agudos altos.

O circuito pré-amplificador universal possui um filtro top cut usando R7 e c8, que permite uma atenuação em torno de 5 dB com frequências de 10 kHz. Devido a isso, as altas frequências podem ser aumentadas em uma magnitude de 5 dB para altos níveis de sinal. Para entradas de sinal médio, a resposta de frequência oferecida pelo design é apenas plana.

Circuito de pré-amplificador de guitarra

A função básica deste circuito de pré-amplificador de guitarra é integrar-se com qualquer guitarra elétrica padrão e aumentar seus sinais de cordas de entrada baixa em sinais pré-amplificados razoavelmente altos que podem ser alimentados a um amplificador de potência maior para a saída aumentada desejada

A frequência do sinal de saída de captadores de guitarra tende a diferir muito de captador para captador e, embora alguns tenham uma tensão muito alta que pode empurrar quase qualquer amplificador de potência, alguns têm cerca de 30 milivolts de RMS ou mais de tensão.

Amplificadores expressamente construídos que podem ser usados com guitarras geralmente têm uma sensibilidade relativamente alta e podem ser usados de forma confiável para praticamente qualquer captador, no entanto, ao usar uma guitarra com alguma outra forma de amplificador (como um amplificador hi-fl), o o volume total alcançado é sempre considerado insuficiente.

Uma solução fácil para esse problema é usar um pré-amplificador conforme mostrado acima, antes de alimentá-lo para o amplificador de potência para aumentar a amplitude da frequência do sinal. A configuração básica mencionada aqui tem um ganho de tensão que pode realmente variar de unidade a mais de 26dB (20 vezes), portanto, deve se adequar a praticamente todos os captadores de guitarra para praticamente todos os amplificadores de potência.

A impedância de entrada do pré-amplificador deve ser de cerca de 50k e a impedância de saída é baixa. Portanto, o circuito pode ser empregado como um amplificador de buffer básico com ganho de voltagem unitário para se adequar à impedância de saída razoavelmente alta de um captador de guitarra para um amplificador de potência com uma impedância de entrada baixa, se necessário.

Um amplificador operacional BIFET solitário de baixo ruído (IC1) foi usado como base para a unidade, que, portanto, tem níveis de distorção marginais, bem como uma relação sinal-ruído de cerca de -70dB ou superior, mesmo quando a unidade orksw com um instrumento de saída muito baixa, como uma guitarra.

Como funciona

Este projeto é, na verdade, um circuito de configuração não inversora de amplificador operacional normal com R2 e R3 empregados para polarizar a entrada IC1 não inversora em cerca de 50% da tensão de alimentação.

Da mesma forma, eles definem a impedância de entrada do circuito em aproximadamente 50k. R1 e R4 formam a rede com feedback negativo, também com R4 no valor mínimo 1C1, os sinais de controle de inversão são acoplados diretamente entre si, e o circuito fornece ganho de tensão da unidade.

Como R4 é calibrado para resistência mais alta, o ganho de tensão CA diminui gradualmente, entretanto C2 introduz bloqueio CC de forma que o ganho de tensão CC permanece variável, e a saída do amplificador permanece polarizada em @ ½ da tensão de alimentação.

O ganho de tensão do amplificador é aproximadamente equivalente a R1 + R4, dividido por R1, resultando em um ganho de tensão nominal geral de talvez acima de 22 vezes com R4 no valor mais alto.

O consumo de corrente do circuito é de cerca de 2 miliamperes por meio de uma fonte de 9 volts, que aumenta para aproximadamente 2,5 miliamperes quando uma fonte de 30 volts é usada.

Uma fonte de tensão eficaz para o dispositivo é uma bateria compacta de 9 volts como um tipo PP3. Quando uma fonte de 9 volts é usada, a tensão média de saída não cortada é em torno de 2 volts RMS, e isso funciona muito bem.

Diagrama de layout de componentes e detalhes de conexão de PCI da placa

Lista de Peças

Amplificador de tampão de alta impedância

Um amplificador de buffer também funciona como um pré-amplificador ideal para a maioria das aplicações, no entanto, junto com a pré-amplificação, ele também funciona como um buffer de alta impedância entre o estágio de entrada do sinal e o estágio do amplificador de potência. Isso permite especialmente que esses tipos de pré-amplificadores sejam usados com sinais de entrada de corrente extremamente baixos, que não podem carregar com outros pré-amplificadores de baixa impedância.

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O amplificador de buffer ilustrado aqui tem uma impedância de entrada normalmente superior a 100 M a 1kHz, e a impedância de entrada pode ser simplesmente ajustada para praticamente qualquer nível aceitável abaixo desse ponto. O ganho de tensão do circuito é unitário.

Como funciona

A figura acima mostra o diagrama de circuito do Amplificador de buffer de alta impedância, e a unidade é essencialmente apenas um amplificador operacional funcionando como um amplificador não inversor para ganho de unidade. Ao acoplar a saída do IC1 diretamente à sua entrada inversora, 100 por cento de feedback negativo é adicionado ao sistema para atingir o ganho de tensão da unidade necessário junto com uma impedância de entrada muito alta.

Dito isso, o circuito de polarização, que nesta situação inclui de R1 a R3, desvia a impedância de entrada do amplificador de modo que o circuito geral forneça uma impedância de entrada muito menor do que IC1 sozinho. A impedância de entrada é de cerca de 2,7 megohms e, para a maioria das aplicações, isso pode ser suficiente.

No entanto, a ação de desvio dos resistores de polarização poderia ser removida, e este é o objetivo do 'bootstrapping' do capacitor C2. Ele conecta o sinal de saída à junção dos três resistores de polarização e, portanto, qualquer ajuste na tensão de entrada é balanceado por uma mudança de tensão igual na saída de IC1 e na interseção dos três resistores de polarização.

Na função IC1, um amplificador operacional básico 741 C é empregado e, conforme declarado anteriormente, ele fornece uma impedância de entrada geralmente superior a 100 megohms a 1 kHz que deve ser bastante adequada para qualquer implementação padrão.

A impedância de entrada mais alta que pode ser alcançada usando um amplificador operacional para entradas FET realmente não tem nenhuma importância prática, portanto, existem algumas desvantagens com a maioria dos sistemas de entrada FET neste circuito.

Primeiro, que eles realmente têm uma propensão a oscilar quando a entrada é aberta (quando a entrada é conectada ao dispositivo, as oscilações são atenuadas e eliminadas).

A outra desvantagem é que a potência de entrada de muitos dispositivos de entrada FET é substancialmente maior do que dispositivos bipolares como o 741 IC. Por meio dessas ações de desvio, na maioria das frequências a impedância de entrada agora é reduzida, enquanto nas frequências baixas e médias, a impedância de entrada é simplesmente mais alta.

Para este propósito, uma impedância de entrada relativamente baixa (como o pickup que tem uma impedância de carga recomendada de muitos 100 k ohm e M ohm é necessária), uma maneira de conseguir isso é eliminar C2 e alterar as quantidades de R1 para R3 para atingir uma impedância de entrada desejada.

Lista de Peças

Layout PCB

Pré-amplificador Op Amp para sinais de 2,5 mV

Este circuito pré-amplificador op amp particular é extremamente sensível e permitirá que você aumente sinais tão baixos quanto 2,5 mV a 100 mV. Na verdade, ele é derivado de um antigo conceito de pré-amplificador RIAA.

Antigamente, a saída de um cartucho de bobina móvel de um ímã ou alta tensão era normalmente de 2,5 a 10 milivolts, de modo que o captador pudesse ser equilibrado com o amplificador de potência (isso possivelmente exigiria um sinal de saída de algumas centenas de milivolts RMS).

Embora a saída dos cartuchos de bobina magnética e móvel aumentasse a 6 dB por oitava, isso poderia acontecer sem a necessidade de qualquer equalização para neutralizar isso, uma vez que a equalização adequada teve que ser envolvida durante o processo de gravação.

No entanto, a equalização ainda seria necessária porque durante o processo de gravação o corte de graves e o reforço de agudos seriam usados, além de ajustar, a resposta de frequência frequentemente contrabalançada com um aumento de oitava de 6dB na saída do pick-up.

O corte de baixo teve que ser incluído para interromper as modulações de groove de baixa frequência desnecessárias e o reforço triplo (com corte triplo na reprodução) forneceria um recurso de redução de ruído simples, mas eficiente.

A figura acima é, na verdade, um gráfico de resposta de frequência de circuito de pré-amplificador RIAA antigo típico que mostra os parâmetros necessários para implementar com sucesso um pré-amplificador altamente sensível como este.

Como funciona o circuito

Em uso real, os amplificadores de equalização RIAA normalmente se desviam um pouco da resposta perfeita, embora as especificações do dispositivo não sejam consideradas criticamente.

Na verdade, no entanto, mesmo uma rede de equalização simples composta de seis conjuntos de capacitores de resistência normalmente resulta em um erro máximo de não mais que um ou 2 dBs, o que na verdade parece muito bom.

R2, R3 usado para vincular essa tensão de distorção ao IC1. R2. C2 filtra qualquer distorção ou ruído na fonte de alimentação, evitando que a interferência seja adicionada à alimentação do amplificador.

O valor alto de R3 fornece uma impedância de entrada alta para o circuito, entretanto, isso é transferido por R4 para o nível necessário de aproximadamente 47k.

Alguns outros pick-ups podem apresentar uma barreira de carga de 100k e, portanto, R4 deve ser aumentado para 100k se a unidade for implementada por meio de um sinal de entrada, como temos nos pick-ups antigos.

A alta impedância de entrada do amplificador permite que um valor de parte muito pequeno seja empregado para C3 sem sacrificar a resposta de graves do circuito.

É vantajoso porque elimina um nível significativo de surto de corrente da ativação de sinais de pick-up de entrada, assim que este dispositivo assume seu processo normal de funcionamento.

Um feedback negativo seletivo de frequência sobre IC1 fornece o ajuste necessário da resposta de frequência.

Em frequências médias, R5 e R7 são os principais determinantes do ganho do circuito, mas em frequências de baixa frequência C6 adiciona uma impedância substancial de R5 para minimizar o feedback negativo e aumentar o ganho necessário.

Da mesma forma, a impedância de C5 é pequena em altas frequências em comparação com a impedância de R5, e o impacto do shunt de C5 leva a um maior feedback e à necessária filtragem de alta frequência.

Como o circuito gera um ganho de voltagem de mais de 50db em frequências médias de áudio, a saída torna-se suficientemente alta para executar qualquer amplificador de potência padrão, mesmo quando ele é usado com um sinal de entrada de apenas 2,5 mV RMS.

O circuito é alimentado por qualquer tensão entre aproximadamente 9 e 30 volts, mas é aconselhável trabalhar com um potencial de alimentação razoavelmente alto (aproximadamente 20-30 volts) para permitir uma porcentagem de sobrecarga razoável.

Quando o circuito é aplicado com um sinal de saída alto, mas com apenas cerca de 9 volts de tensão de alimentação, é provável que ocorra uma pequena sobrecarga, no mínimo.