Operaciniai stiprintuvai: realaus pasaulio pavyzdukas 5: instrumentinis stiprintuvas

Užmirštam tuos visus signalo iškraipymus ir pagalvojam apie realų gyvenimą. Anksčiau rašiau apie stiprintuvą kuris signalą ne tik stiprina bet ir vieną signalą invertuoją. Tokia signalo konversija gana dažnai naudojama- tai ne tik “simetrinis" audio signalas, tokie principai naudojami telefonų siustuvuose gigaherciniuose dažniuose ar net “tiltiniam" galios stiprintuve, kur signalas priešingom fazėm paduodamas į garsiakalbį- taip gaunam dvigubai voltų prie tų pačių rail (Vcc).
Aš naudoju tokį signalą iš savo kompiuterio į stiprintuvą. Tik prie kompiuterio kabo audio transformatorius, kuris atriša galvaninį ryši ir aišku daro priešingų fazių signalą (Balanced audio). Toliau per XLR jungtis ir perdaryta firewire kabelį keliauja į garso stiprintuvą. O ten vėl magija- toks signalas vėl sujungiamas į vieną. Tai atlieka diferencinis (skirtuminis) stiprintuvas, dar dažnai vadinamas instrumentiniu stiprintuvu:
instrumental amplifier
(schema nenaudoja sintetinės žemės)

Kodėl tai “instrumentinis" stiprintuvas ir kam jis reikalingas? Realiai- tai trys stiprintuvai viename. Du trikampiai stiprina įėjimo signalą, vienas trikampis “skirtumuoja" signalą (paskutinis, U2B tik buferis skirtas izoliavimui). Tačiau mūsų vienas signalas invertuotas, tai signalų skirtumai pavirsta suma. Tuo tarpu, jei į kabelį bangomis pateks koks nors signalas (jis bus vienodas abiejuose laiduose) arba į zemę pateks 50Hz fonas (ir kartu į abu laidus), tai būtent toks signalas bus “išminusuotas". Praktiškai, signalo perdavimas tampa atsparesnis išoriniams trigdžiams.
Vienas iš įdomesniu faktų apie šią schemą yra tas, kad visos schemos stiprinimas nustatomas tik vienu rezistorium- čia tai R72. Tokie stiprintuvai kartais būna sumontuojami iškarto fabrike ir sukišami į vieną mikroschemą.

Kodėl jis vadinamas instrumentiniu? Todėl kad dažnai naudojamas prietaisuose kur reikia sustiprinti labai silpną signalą, o aplink pilna trugdžių. Gyvas pavyzdys- elektrinės svarstyklės ar termopora. Mikrobiniai įtampos skirtumai iš “Tilto" ar iš termoporos sustiprinami iki kelių voltų.

oscilogram
Taip signalas atrodo perėjęs septynis operacinius stiprintuvus. Aišku galimas vienas defektas- aš gi nesistengiau subalansuoti stiprintuvą ir neparinkinėjau rezistorių, todėl po visko, signalas gavosi kiek asimetrinis.
operacinu stiprintuvu testas
Taip atrodo testinis darbastalis- rašydamas straipsniuką viską testavau, kad neprisimeluočiau. Dar liko neaprašytas vienas komponentas. Apie tai bus vėliau. Kairėje, perfoborde, yra surinktas signalo atenniuatorius. Tai paprasčiausias kintamas rezistorius, kuris silpnina signalą iš generatoriaus. Visos kitos detalės nepriklauso šiems projektams.

6 Responses to “Operaciniai stiprintuvai: realaus pasaulio pavyzdukas 5: instrumentinis stiprintuvas”

  1. kažas Says:

    Realiam gyvenime išvis bordakas :(

    [img]https://i.imgur.com/gzYoUrW.jpg[/img]

  2. Vytautas Says:

    Profesionalioje garso technikoje visur naudojami tik simetriniai analoginiai signalai - kitaip būti negali, tai yra standartas. Pavyzdžiui, be jokių girdimų triukšmų galima perduoti mikrofoninio lygio (1-10mV eilės) signalą kad ir 50 metrų, ekranuotu utp kabeliu - deka op. stiprintuvų įėjimuose, kurie sinfazinius šūdus eliminuoja.

  3. Marius Says:

    Laba. Gal galėsi paaiškinti.
    Visą laiką įsivaizdavau, kad balansinis audio signalas yra du signalai, kurių vienas yra su invertuota faze. Tada išeitų, kad, jei tarp + ir GND yra 2 Voltai (RMS), o tarp - ir GND irgi du voltai (RMS), tai tarp + - išėjime bus 4 voltai RMS. Kai kur taip ir yra. Bet čia puoliau tyrinėti savo turimą įrangą su balansiniais išėjimais, ir pasirodė, kad taip nėra. + (hot pin) ir GND įtampa visada yra. O tarp - (cold pin) ir GND jokio potencialų skirtumo ir juo labiau signalo nėra. Tačiau, tarp + ir - yra.
    Tai ar per -(cold pin) turi eiti priešingas signalas ar ne?

  4. Administrator Says:

    Paaiškinti galima. Tikriasiai tai buitinio lygio prietaisas. Nes visiškai galimas toks pajungimas:

    balansed audio
    (paveiksliukas pavogtas iš interneto).

    Viskas veikia- nes viename signalas nulinis, kitame pilnas garso signalas. Diferencinis signalas atitinka audio signalui. Elektromagnetinis trugdis bus slopinamas kaip ir tikrame balansiniam signale. Nebus slopinamas “ground loop" nes vienas laidas kartu ir įžeminimas.

    Pas mane sujungta taip:
    balansed audio

    Garsas izoliuotas galvaniškai su trafu. Kartu ir gaunasi simetriškas. “Ground loop" eina tik į korpusą ir niekas nepapuola į garso stiprinimo grandinę.

    Dar supaprastintam jungime kiek sumažėja dinaminis diapazonas. Nes vienas diferencinis stiprintuvas kaip ir nieko nestiprina: “the maximum output from the differential drivers is twice as much, giving 6 dB extra headroom".
    Mano surinkta schema irgi puikiausiai veikia kai pajungtas tik vienas laidas (žemė gaunasi per maitinimo šaltinį), tik amplitudė kiek mažesnė. Savo audio stiprintuvui aš sukuriau naują “preampą" su tikru “instrumentiniu" stiprintuvu, nes dabar naudoju kiek supaprastintą variantą:
    senas balanced input

    Teoriškai- nukopijuotas nuo profesionalios schemas. Praktiškai- nėra labai simetriškas stiprintuvas. Todėl kai užėjo ūpas perdariau savo stiprintuvo įėjimą… beliko tik surinkti 4 vienodas schemas :)
    Beja, čia matosi pilnesnė grandinė- radio filtras, “statinio kruvio" nutraukėjas, linijos terminatorius, kiti filtrai irgi matosi. Ne visos detalės sumontuojamos, nes reikia parinkti variantą su geriausiu triukšmo nuėjimu.

    Nauja versija:
    new balanced audio preamp
    detalių nominalai nesurašyti.

  5. Marius Says:

    Taip, iš nuorodoje pateiktos shhemos matau, kad mano atveju tai nėra pilntai simterinis signalas.
    diodai
    Gal galite paaiškinti, ką šioje vietoje veikia diodai?

  6. Administrator Says:

    Tai apsauga nuo viršįtampio. T.y. jei signalas didesnis už Vcc ar Vee, tada įtampa nuteka į maitinimo šaltinį, o ne į operacinio išėjimą.

    Pasitikrinti signalo “tikrumą" galima su oscilografu, pasinagrinėjus schemą (ar pamatavus kokiu testeriu) - turi būti viskas simetriška ir vienoda.

    P.S.

    Po pilnos schemos peržiūrėjimo: VO2 tai sintetinis nulis tarp Vcc ir Vee. Šis išėjimas nėra simetriškas.

Leave a Reply

Bot-Check (Jei ne skaičiai spauskit refresh. Tik oranžinius naudoti.)

Unhappy Tikbalang