Це схема простого аудіопідсилювача на основі операційного підсилювача LM833. Вона відноситься до розряду тих схем, які можна зібрати за годину "на коліні". Однак, незважаючи на свою простоту, схема цілком працездатна і при належній якості збірки може знайти застосування в якості підсилювача для навушників або підсилювача електрогітари. Або, на худий кінець, вашого першого зібраного пристрою.
Мал. 1. Схема простого аудіопідсилювача на LM833.
Підсилювач працює від дев'яти вольтової батарейки типу "крона". Основу підсилювача складає здвоєний операційний аудіо підсилювач загального призначення - LM833. Задіяна частина мікросхеми включена за схемою неінвертуючий підсилювача, незадіяна - за схемою повторювача, тобто по суті "заглушена". Смуга пропускання схеми приблизно від 0.5 Гц до 16 кГц. Коефіцієнт посилення від 1 до 100 в залежності від значення змінного резистора. Номінали всіх компонентів зрозумілі зі схеми.
Операційний підсилювач має однополярної харчування 9 В. Ідеальний операційний підсилювач може давати на виході напруга в діапазоні від 0 до напруги харчування. У реальності так можуть поводитися тільки операційні підсилювачі типу Rail-to-rail, а операційні підсилювачі загального призначення працюють в діапазоні від мінімального до максимального напруження насичення, яке зазвичай менше напруги харчування на ~ 1 - 2 В. Для того щоб посилити вхідний сигнал по максимуму і без спотворень, ми повинні змістити його в середину діапазону вихідної напруги оу - приблизно в точку 4 В. Тоді вихідному сигналу буде де "розвернутися".
Мал. 1. Посилення вхідного сигналу (червоний) без зміщення. Вихідний сигнал (синій) "обрізається знизу".
Мал. 2. Занадто великий зсув. Вихідний сигнал "обрізається зверху". Можна зменшити посилення, тоді сигнал НЕ буде спотворюватися.
Мал. 3. Оптимальне зміщення і посилення. Сигнал не спотворюється.
Схему зміщення складають компоненти R1, R4 і С3. Резистори R1 і R4 утворюють дільник напруги, завдяки якому на неінвертуючий виведення операційного підсилювача присутній постійна напруга трохи менше половини харчування, а конденсатор C3 відсікає постійну складову вхідного сигналу. Якщо ви подивіться осциллографом напруга в точці A, то побачите, що вхідний сигнал коливається на "підставці" в 4 В. Це якраз те, що нам потрібно.
Крім зміщення компоненти R1, R4 і С3 виконують роль пасивного RC фільтра низької частоти. Частота зрізу цього фільтра буде визначатися формулою
f = 1 / (2 * Pi * R * C), [Гц]
С - це ємність вхідного разделительно конденсатора C3, а R - це сумарне опір паралельно з'єднаних резисторів R1 і R4. Чому паралельних? Тому що для змінного сигналу джерело живлення являє собою "закоротки". Тобто він його хоч як мене "бачить".
Операційний підсилювач має високий вхідний опір. Резистори R1 і R4 будуть зменшувати цей опір (бо для змінного вхідного сигналу вони включені паралельно вхідному опору підсилювача) і, по суті, визначати його значення.
Для того щоб не "загробіть" вхідний аудіо сигнал (по амплітуді і частоті), номінали резисторів і конденсатора потрібно взяти досить великими - сотні кОм і одиниці мкФ. Для номіналів зазначених у схемі, частота зрізу фільтра складе ~ 0.6 Гц.
Найпростіша схема підсилювача напруги на оу - це схема неінвертуючий підсилювача (на малюнку нижче вона виділена сірою рамкою). Для посилення вхідного сигналу ми можемо використовувати її. Коефіцієнт посилення такої схеми дорівнює відношенню двох резисторів в ланцюзі зворотного зв'язку.
Uout / Uin = 1 + R5 / R6
Мал. 4 Схема неінвертуючий підсилювача на оу.
Однак, якщо ми подамо наш зміщений сигнал на вхід звичайного неінвертуючий підсилювача, операційний підсилювач навіть при невеликому посиленні "піде" в насичення (тобто на виході буде максимальна напруга).
Щоб цього уникнути, потрібно "змусити" його посилювати тільки змінний сигнал. Цього можна домогтися, якщо додати в схему конденсатор - C7. По постійному сигналу ця схема буде являти собою повторювач (бо конденсатор для постійного сигналу рівносильний обриву), а по змінному неинвертирующий підсилювач.
Як можна здогадатися, даний конденсатор буде впливати на смугу пропускання нашої схеми. А якщо точніше, то конденсатор C7 і резистор R6 утворюють низькочастотний фільтр з частотою зрізу:
F = 1 / (2 * Pi * R6 * C7), [Гц]
Ємність конденсатора C7 потрібно взяти досить великий (десятки мкФ), щоб частота зрізу цього НЧ фільтра була маленькою (частки Гц).
Схема неінвертуючий підсилювача буде посилювати всі частоти, які пропускає операційний підсилювач, і в тому числі високочастотний шум. Для аудіопідсилювача це нам абсолютно не потрібно. Щоб обмежити смугу пропускання підсилювача з боку високих частот, паралельно резистору R5 доданий конденсатор C5. На низьких частотах він не впливає на коефіцієнт підсилення схеми, а на високих, коли його опір стає порівнянним з R5, коефіцієнт посилення схеми зменшується. Конденсатор C5 разом з резистором R5 утворюють ВЧ фільтр, частота зрізу якого визначається формулою:
F = 1 / (2 * Pi * R5 * C5), [Гц]
Великий номінал цього конденсатора додасть звуку більш басів звучання (за рахунок придушення високих частот), але може значно зменшити коефіцієнт посилення схеми. Погравши з номіналом цього конденсатора, можна підібрати прийнятне частотне звучання підсилювача.
На виході операційного підсилювача ми отримаємо посилений вхідний сигнал на "підставці" 4 В. За відсутності вхідного сигналу на виході підсилювача буде просто напруга 4 В (тому що для постійного сигналу схема буде працювати як повторювач, а на вході у нас 4 В). Якщо підключити навушники безпосередньо до виходу, то у відсутності вхідного сигналу через них потече струм. Це нам абсолютно не потрібно, тому на виході підсилювача варто розділовий конденсатор C4, який "відсікає" постійну складову.
Також на виході підсилювача варто ВЧ фільтр на елементах R2 і C6. По-перше R2 обмежує вихідний струм операційного підсилювача в разі замикання виходу на землю, а по-друге фільтр коригує вихідний сигнал, тобто додатково "обрізає" високі частоти.
І останнє - це конденсатори в ланцюзі харчування операційного підсилювача (C1, C2). Це особливо актуально при запітиванія схеми від мережевого адаптера.
Звичайно, це схема не є еталоном аудіо звучання, і, можливо, не виправдає ваші очікування за якістю звуку. Однак, вона дозволяє початківцю електронщику познайомитися з основами і отримати при цьому конкретний практичний результат. Такий досвід запам'ятовується куди краще, ніж просте читання підручника і зубріння формул.
В одному матеріалі всього не поясниш (та й усього я не знаю), але я постарався торкнутися основних моментів схеми. З ними можна поекспериментувати і подивитися, як буде вести себе підсилювач.