Praktická elektronika/Obvody/Zesilovač ke kytaře s OZ

Cigar box combo 1W

V této kapitole se zaměříme na sestavení zesilovače pro kytaru s využitím operačních zesilovačů. Operační zesilovače jsou klíčovými komponentami, které nám umožní zvýšit signál kytary na potřebnou úroveň. Tato kapitola vám poskytne kompletní přehled, jak postavit základní kytarové zesilovač s operačními zesilovači.

Jednostupňová verze

Schéma komba s LM386

Nejjednodušší zesilovač, používaný ve výrobcích nazývaných "Cigar box combo", tedy kombo do krabičky od doutníků. Využívá integrovaný obvod LM386, což je operační zesilovač přizpůsobený pro audioaplikace. Má výkon cca 1 W a může být napájeno 9 V baterií. Napěťové zesílení dosahuje hodnoty až 200x.

Seznam součástek

• U​₀​ = 9 V (baterie)
• Q - LM386
• C​_1,2​ = 10 μF/25 V
• C​₃​ = 47nF/50 V
• C​₄​ = 270 μF/25 V
• R = 10 Ω/0,25 W
• X - zdířka Jack 6,3 mm mono
• Z - reproduktor 8 Ω/1 W
• K - vypínač

Dvojstupňová verze

Na následujícím schématu je nízkofrekvenční dvoustupňový zesilovač. Pro snazší pochopení si nejdřív ukážeme jednodušší verzi a až pak se seznámíme s její lepší variantou. Tento zesilovač je ozkoušený a skutečně jej lze používat k počítači, hudebnímu přehrávači nebo kytaře. Výkon je dán použitými koncovými tranzistory a reproduktorem, může být několik wattů.

Zesilovací stupně

První stupeň tvoří operační zesilovač v invertujícím zapojení. (Tento stupeň je tedy třídy A.) Má velký vstupní odpor a je schopný mít obrovské zesílení napětí. Toto zesílení je omezeno zpětnou vazbou.

Druhý, koncový stupeň je tvořen dvěma páry bipolárních tranzistorů zapojených tak, aby zesilovaly proud (tj. první dva jsou vždy v zapojení se společným kolektorem).

Zpětná vazba

Modrá část obvodu tvoří zápornou zpětnou vazbu. (Pro pochopení její funkce se podívejte na kapitolu Operační zesilovače.)

Obvykle bývá záporná zpětná vazba přivedena z výstupu OZ na vstup OZ. Tady ale vede až z výstupu koncového zesilovače. Proč to tak je? Použitý koncový stupeň totiž zdaleka nemá lineární charakteristiku. Zpětná vazba přes celý obvod zajistí takové chování operačního zesilovače, aby tuto nelinearitu kompenzoval. Bližší vysvětlení je v části "Předepnutí koncového zesilovače".

Vylepšená verze

Po úpravách zpětnovazebního obvodu (modrou barvou) a přidání potenciometrů za operační zesilovač získáme následující zapojení:

Zesílení basů

Všimněte si, jaké součástky jsou nyní ve zpětné vazbě zastoupeny: je rozdělena na dvě paralelní větve:

• jedna obsahuje rezistor s velkou rezistencí: propouští všechny frekvence (ale slabě)
• druhá obsahuje rezistor a kondenzátor: vysoké frekvence propouští dobře, nízké ale potlačuje

Výsledkem je, že tato zpětná vazba má přibližně konstantní propustnost pro velmi nízké frekvence, pak pro vyšší frekvence její propustnost vzrůstá a od určité frekvence je opět konstantní. Díky tomu má zesilovač tzv. "bass boost" - více zesiluje basy.

Samozřejmě, pokud chceme zajistit plochou frekvenční charakteristiku, stačí ze zpětnovazebního obvodu (znázorněn modře) odstranit větev s kondenzátorem!

Předepnutí koncového zesilovače

Za operačním zesilovačem jsou dva předepínací potenciometry 10k a dvojice 1k rezistorů. Ve skutečnosti by tam potenciometry vůbec nemusely být a rezistory by bylo možno nahradit vodičem. Protože ale k otevření bipolárních tranzistorů je potřeba vytvořit napěťový rozdíl okolo 0,7 V mezi bází a emitorem, musel by OZ často skokově měnit napětí o celých 2,1 V. To ale kvůli omezené rychlosti přeběhu nestíhá dokonale a projevuje se to chrastěním zvuku. Průběh výstupu v závislosti na vstupu koncového zesilovače vypadá pro orientaci takto:

Proto mu tuto práci ušetříme a potenciometry nastavíme na takový odpor, aby se na rezistorech 1k vytvořilo právě potřebné napětí. Čím blíže bude 2,1 V, tím bude mít zesilovač čistší zvuk. Pokud ale napětí 2,1 V překročíme, otevřou obě části koncového zesilovače zároveň a budou se zbytečně zahřívat stejnosměrným proudem.

Kytarový efekt

Schéma jednoduchého zkreslujícího efektu

Tento jednoduchý kytarový efekt zajišťuje zkreslení signálu nezbytné pro rockový zvuk. Skládá se ze dvou částí. Zesilovací část tvořená tranzistorem, rezistory a kondenzátory zajistí přebuzení a výstupní část tvořená dvojící antiparalelních diod zajistí oříznutí signálu na prahové hodnotě v obou polaritách.

Seznam součástek

• U_N = 9V
• Q - BC 547
• R₁ = 470kΩ
• R₂ = 18kΩ
• C₁ = 4,7μF
• C₂ = 22μF
• D_1,2 - 1NN 4007
• X_1,2 - zdířka Jack 6,3mm mono