Praktická elektronika/Obvody/Zesilovač ke kytaře s OZ

Z Wikiknih
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Jednostupňová verze[editovat]

Cigar box combo 1W
Schéma zapojení "Cigar box combo"

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. [1]

Součástky

  • U​0​ = 9 V (baterie)
  • Q - LM386
  • C​1, C2​ = 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[editovat]

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.

Jednodušší verze[editovat]

Zesilovací stupně[editovat]

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).

Two-stage amplifier with opamp simple.svg

Zpětná vazba[editovat]

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[editovat]

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

Two-stage amplifier with opamp.svg

Zesílení basů[editovat]

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[editovat]

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:

Class b transfer characteristic.png

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.

  1. LM386 Low Voltage Audio Power Amplifier [online]. Texas Instruments, [cit. 2020-05-19]. Dostupné online.