オペアンププリアンプ回路– MIC、ギター、ピックアップ、バッファー用

この投稿では、さまざまなプリアンプ回路について学習します。ここには、ほとんどすべての標準的なオーディオプリアンプアプリケーションに適したレイアウトが必要です。

名前が示すように、プリアンプは、パワーアンプの前、または小信号源とパワーアンプの間で使用されるオーディオ回路です。プリアンプの役割は、小信号のレベルを適切なレベルに上げて、パワーアンプがスピーカーにさらに増幅するのに適したものになるようにすることです。

寄稿者：マトリックス

マイクプリアンプ

ザ・ マイクプリアンプ 上に示したのは、52dB（400倍）を超える電圧ゲインを特徴としており、高インピーダンスのダイナミックまたは エレクトレットマイク オーディオ機器のほぼすべてのセクションに。

ここで説明するように標準のマイクロフォンと組み合わせて使用​​すると、約1ボルトRMSの出力を簡単に得ることができますが、ゲイン制御により、負荷による回路の過負荷を確実に排除できるように、より低い出力を設定できます。 。

回路の信号対雑音比は卓越しており、通常、1 V RMSの出力（フルゲインおよび無負荷時）に対して70dBを超えています。

使い方

提案されているオペアンプのMICプリアンプ回路は、非反転アンプとしてIC1を含む2つのステージで構成されています。反転増幅器としてのIC2。

各アンプは一般的に入手可能なタイプです。 IC1の閉ループゲインは、R3およびR5ネットワークを使用して構築された負帰還回路を介して約45倍に固定されています。回路の入力インピーダンスは、R4によって27kの最小値に固定されています。これは、マイクの極端な負荷が発生しないようにするのに十分です。C2は、回路入力でDCブロッキングを有効にします。

この回路には、入力ジャックに接続された部品のネットワークもあり、あらゆる種類の漂遊電気ノイズのピックアップを除去し、さらにスプリアスフィードバックによって引き起こされる可能性のある発振を抑制します。 IC1に採用されているデバイスは、実際にはハイエンドのオペアンプであるNESS34またはNE5534Aです。 NE5534AはiNE5534よりもわずかに優れていますが、2つのICは、最小限のノイズと歪みの数値を使用して優れた機能を提供します。

C3は、IC1とVR1の出力間の結合コンデンサとして使用されます。 VR1は通常のポットゲインコントロールのように機能します。次に、信号は次の増幅ステージに結合されます。抵抗R6とR9は、IC2に対して10の閉ループ電圧ゲインを保証する負帰還ネットワークを構成します。これにより、回路は約450の全体的な電圧ゲインを達成できます。

ノイズ効率に関しては、ここでは極端な高性能は重要ではないため、IC2の代わりに適切なオペアンプを使用できます。ここではTL081CPオペアンプを使用しましたが、LF351などの他のタイプでも同様に機能します。 BiFETオペアンプであるこれらのタイプは、非常に小さな歪みを提供します。

PCB設計

コンポーネントのレイアウト

オペアンプLM382を使用したユニバーサルプリアンプ

以下の回路図は、IC LM382を使用した基本的なユニバーサルオーディオプリアンプを示しています。ICLM382は、非常に低ノイズ、低歪み、および適度に高いゲインを提供します。この回路は、実質的にすべての通常のオーディオプリアンプ回路アプリケーションに使用できます。

使い方

抵抗R2とコンデンサC6は、プリアンプ出力と反転入力の間に見られるイコライゼーションを可能にします。低周波数では、C6には高インピーダンスが含まれているため、フィードバック周波数が低くなり、電圧ゲインが高くなります。より高い周波数では、C6のインピーダンスはゆっくりと減少し、負帰還を強化し、オクターブあたり必要な6dBで回路応答をロールオフします。

それを超えると、C6のインピーダンスはR2のインピーダンスと比較して非常に小さく、回路のフィードバックの程度や電圧ゲインに影響を与えないため、約2kHzの周波数までしか拡張されません。

R1とC4もフィードバックシステムの一部です。 C2は入力DCブロッキングコンデンサであり、C3はRFフィルタコンデンサであり、ソースから非反転入力（入力信号が結合されている）への漂遊信号によるRF干渉と不安定性の問題を防ぐのに役立ちます。

LM382は、高レベルの出力リップル排除機能を備えていますが、入力信号レベルが低く、ノイズ変動が電源ラインに追加される可能性があるためです。

IC1はかなりの量の電圧ゲインを生成しますが、どういうわけか、50mV RMS出力レベルの間のどこかを提供します。これは、大部分のhi-frアンプが必要とする駆動電圧の約10分の1です。

したがって、Tr1は、電圧ゲインが20dB程度のエミッタ接地アンプの形で組み込まれています。 R4は、Tr1の電圧ゲインを適切なレベルに下げる建設的なフィードバックを可能にし、さらに歪みの程度を低くします。 IC9は、調整可能な出力を取得するために、Tr1出力をVR1減衰器にリンクします。

周波数応答

フィルタリングされていない信号の場合、基本的にトレブルカットフィルタを使用することで、少量のノイズリダクションを実現でき、比較的滑らかな平均周波数応答を得ることができます。

このプロセスは、トレブルブーストを適用することによって実装されますが、適応されるブーストの量は、信号の動的レベルに依存します。これは、低信号間隔全体で最も高く、動的レベル信号で最大でゼロに減少します。

音楽信号が入力に適用されると、回路は高音域のカットを有効にします。これも動的に最適化されます。これは、高音域のブースト応答を補正するために実際に発生します。

ユニバーサルプリアンプ回路には、R7とc8を使用したトップカットフィルターがあり、10kHzの周波数で約5dBの減衰が可能です。このため、高信号レベルの場合、高周波数を5dBの大きさでブーストできます。中程度の信号入力の場合、設計によって提供される周波数応答はフラットです。

ギタープリアンプ回路

このギタープリアンプ回路の基本的な機能は、標準的なエレキギターと統合し、その低い入力ストリング信号を適度に高いプリアンプ信号に上げ、それをより大きなパワーアンプに供給して目的のブースト出力を実現することです。

ギターのピックアップからの出力信号周波数は、ピックアップごとに大きく異なる傾向があり、ほとんどすべてのパワーアンプを押すことができる非常に高い電圧を持つものもあれば、約30ミリボルト程度のRMS電圧を持つものもあります。

ギターで使用できるように特別に構築されたアンプは、通常、比較的高い感度を備えており、ほぼすべてのピックアップに確実に使用できますが、他の形式のアンプ（hi-flアンプなど）でギターを使用する場合は、達成された全体的なボリュームは常に不十分であると見なされます。

この問題の簡単な解決策は、信号周波数の振幅を上げるためにパワーアンプに供給する前に、上記のようなプリアンプを使用することです。ここで説明する基本構成の電圧ゲインは、ユニットごとに実際には26dB（20倍）を超える可能性があるため、事実上すべてのギターピックアップから実質的にすべてのパワーアンプに適しています。

プリアンプの入力インピーダンスは約50kで、出力インピーダンスは低くなっています。したがって、この回路は、必要に応じて、ギターピックアップのかなり高い出力インピーダンスから低い入力インピーダンスを持つパワーアンプに適合するように、電圧ゲインが1の基本的なバッファアンプとして使用できます。

ユニットのベースとして単独の低ノイズBIFETオペアンプ（IC1）が使用されているため、ユニットがギターのような非常に低出力の楽器。

使い方

この設計は、実際には、R2とR3を使用して非反転IC1入力を電源電圧の約50％でバイアスする、通常のオペアンプの非反転構成回路です。

これらは同様に回路の入力インピーダンスを約50kに設定します。 R1とR4は負帰還でネットワークを形成し、R4も最小値で1C1反転制御信号が互いに直接結合され、回路が単位電圧ゲインを提供します。

R4がより高い抵抗用に校正されると、AC電圧ゲインは徐々に減少しますが、C2はDCブロッキングを導入して、DC電圧ゲインが可変のままであり、アンプの出力が電源電圧の1/2でバイアスされたままになります。

アンプの電圧ゲインは、R1 + R4をR1で割ったものとほぼ同等であり、R4が最大値の場合、公称全体の電圧ゲインは22倍を超える可能性があります。

回路の消費電流は、9ボルトの電源で約2ミリアンペアですが、30ボルトの電源を使用すると約2.5ミリアンペアに増加します。

デバイスの効果的な電圧供給は、PP3タイプのようなコンパクトな9ボルト電池です。 9ボルトの電源を使用する場合、クリップされていない平均出力電圧は約2ボルトRMSであり、これはほぼ問題なく機能します。

ストリップボードPCB接続の詳細とコンポーネントのレイアウト図

パーツリスト

ハイインピーダンスバッファアンプ

バッファアンプは、ほとんどのアプリケーションにとって理想的なプリアンプのようにも機能しますが、プリアンプとともに、信号入力段とパワーアンプ段の間の高インピーダンスバッファのようにも機能します。これにより、これらのタイプのプリアンプを非常に低電流の入力信号で使用できるようになり、他の低インピーダンスタイプのプリアンプをロードする余裕がなくなります。

ここに示されているバッファアンプは、通常1kHzで100 Mを超える入力インピーダンスを持っており、入力インピーダンスは、そのポイントより下のほぼ任意の許容レベルに簡単に調整できます。回路の電圧利得は1です。

使い方

上の図は、高インピーダンスバッファアンプの回路図を示しています。ユニットは、基本的に、ユニティゲインの非反転アンプとして機能する動作アンプです。 IC1の出力をその反転入力に直接結合することにより、100％の負帰還がシステムに追加され、非常に高い入力インピーダンスとともに必要な単位電圧ゲインを実現します。

そうは言っても、この状況ではR1からR3を含むバイアス回路は、アンプの入力インピーダンスをシャントして、回路全体がIC1単独よりもはるかに小さい入力インピーダンスを提供するようにします。入力インピーダンスは約2.7メガオームであり、ほとんどのアプリケーションではこれで十分な場合があります。

ただし、バイアス抵抗のシャント動作は取り除くことができ、これがC2コンデンサの「ブートストラップ」の目的です。出力信号を3つのバイアス抵抗の接合部に接続するため、入力電圧の調整は、IC1の出力と3つのバイアス抵抗の交点での等しい電圧シフトによってバランスが取られます。

IC1の役割では、基本的な741 Cオペアンプが採用されており、前述のように、これは通常1kHzで100メガオームを超える入力インピーダンスを提供します。これは標準的な実装には十分です。

FET入力用の動作増幅器を使用して達成できるより高い入力インピーダンスは、実際には実用上重要ではないため、この回路のほとんどのFET入力システムにはいくつかの欠点があります。

まず、入力が開いているときに実際に振動する傾向があります（入力がデバイスに接続されている場合、振動は減衰されて排除されます）。

他の欠点は、非常に多くのFET入力デバイスの入力電力が741ICのようなバイポーラデバイスよりも大幅に高いことです。このシャントアクションにより、ほとんどの周波数で入力インピーダンスが減少しますが、低音域と中周波数では入力インピーダンスが単純に高くなります。

この目的のために、比較的低い入力インピーダンス（100 kオームとMオームの推奨充電インピーダンスを持つピックアップが必要です）、これを達成する1つの方法は、C2を排除し、R1からR3の量を変更して達成することです。必要な入力インピーダンス。

パーツリスト

PCBレイアウト

2.5mV信号用のオペアンププリアンプ

この特定のオペアンププリアンプ回路は非常に感度が高く、2.5mVから100mVまでの信号をブーストすることができます。これは実際には古いRIAAプリアンプの概念から派生しています。

以前は、磁石または高電圧のムービングコイルカートリッジの出力は通常2.5〜10ミリボルトの範囲であったため、ピックアップはパワーアンプとバランスを取ることができました（これには数百ミリボルトの出力信号が必要になる可能性があります） RMS）。

磁気コイルカートリッジとムービングコイルカートリッジの出力はオクターブあたり6dBで上昇しますが、録音プロセス中に適切なイコライゼーションを行う必要があるため、これを打ち消すためにイコライゼーションを必要とせずに行うことができます。

それでも、録音プロセス中に低音カットと高音ブーストが使用され、調整に加えて、周波数応答がピックアップ出力の6dBオクターブの増加で打ち消されることが多いため、イコライゼーションは依然として必要です。

不必要に低い周波数のグルーブモジュレーションを停止するためにベースカットを含める必要があり、トリプルブースト（再生時にトリプルカットを使用）は、シンプルで効率的なノイズリダクション機能を提供します。

上の図は、実際には典型的な古いRIAAプリアンプ回路の周波数応答グラフであり、このような高感度プリアンプを正常に実装するために必要なパラメーターを示しています。

回路のしくみ

実際の使用では、デバイスの仕様は批判的に考慮されていませんが、RIAAイコライゼーションアンプは通常、完全な応答から少し逸脱します。

ただし、実際には、6つの抵抗コンデンサセットで構成される単純なイコライゼーションネットワークでも、通常、最大誤差は1dBまたは2dB以下になります。これは、実際にはまったく問題ないように見えます。

R2、R3は、この歪み電圧をIC1にリンクするために使用されます。 R2。 C2は、電源の歪みやハムノイズを除去し、干渉がアンプフィードに追加されるのを防ぎます。

高いR3値は回路に高い入力インピーダンスを提供しますが、これはR4によって約47kの必要なレベルに転送されます。

他のいくつかのピックアップは100kの負荷障壁を示す可能性があるため、古いピックアップのようにユニットを入力信号で実装する場合は、R4を100kに増やす必要があります。

アンプの入力インピーダンスが高いため、回路の低音応答を犠牲にすることなく、C3に非常に小さな部品値を使用できます。

このデバイスが通常の機能プロセスを開始するとすぐに、入力ピックアップ信号スイッチがオンになることによるかなりのレベルの電流サージが排除されるため、有利です。

IC1を介した周波数選択的な負帰還は、周波数応答の必要な調整を提供します。

中周波数では、R5とR7が回路ゲインの主な決定要因ですが、低周波数周波数では、C6はR5の実質的なインピーダンスを追加して、負帰還を最小限に抑え、必要なゲインを高めます。

同様に、C5のインピーダンスはR5のインピーダンスと比較して高周波で小さく、C5シャントの影響により、フィードバックが大きくなり、高周波ロールオフが必要になります。

この回路は中程度の可聴周波数で50dbを超える電圧ゲインを生成するため、出力は十分に高くなり、約2.5 mVRMSの入力信号で使用された場合でも標準のパワーアンプを実行できます。

回路は約9〜30ボルトの任意の電圧から電力を供給されますが、適度な過負荷率を可能にするために、適度に高い電源電位（約20〜30ボルト）で動作することをお勧めします。

回路に高出力信号が印加されているが、供給電圧が約9ボルトしかない場合、最小で小さな過負荷が発生する可能性があります。

パーツリスト

PCBレイアウト