Дизайн операционных усилителей для источников с низким импедансом?

Гитарный звукосниматель с низким импедансом

Я ужасно запутался ... Некоторое время назад я пытался собрать звукосниматель для гитары с низким импедансом.

Краткое введение в звукосниматель LowZ

По сути, просто две алюминиевые петли с двумя магнитами, гитарный звукосниматель хамбакера с одной петлей на магнит.

Три язычка — это клеммы, но внешние соединены так, что есть только один выход плюс земля. Полюса магнитов находятся сверху и снизу, один из них повернут на 180 градусов. Это приводит к желаемому эффекту хамбакера.

План

Я подключил все это к моему аудиоинтерфейсу (подключен к Gnd и Hot Pins XLR с холодным замыканием на землю), и о чудо, из этой штуки действительно исходит звук.

Проблема в том, что звук на выходе очень тихий, и мне нужно увеличить усиление до +30 дБ, прежде чем я смогу что-то услышать. Мой план состоял в том, чтобы разработать простой предусилитель на операционных усилителях для усиления сигнала как можно ближе к источнику.

Сейчас я точно не инженер-электрик, но это не первое мое родео. Поэтому я нашел базовую схему инвертирующего операционного усилителя и подключил ее к макетной плате. В частности, я использовал схемы отсюда , но изменил их, чтобы получить примерно 35-кратное усиление (около +30 дБ). Подключил выход, как и раньше, сигнал на горячий, земля на землю и холодный. Это TL072 для тестирования, я хотел заменить его на сверхмалошумящий операционный усилитель, как только он заработает.

Операционный усилитель на макетной плате

(Если я правильно помню, это рисунок 4 из статьи Nuts'n'Volts, просто чтобы дать вам представление о моих условиях макетирования, я только что заметил, что он даже не показывает выходное соединение)

Проблема

Хм! Вместо сладких гитарных звуков я слышу гул. Сигнала там точно нет.

Что я пробовал

В целях тестирования я подключил потенциометр для управления усилением и обнаружил, что гул исчезает при единичном усилении. После этого сигнал снова слышен.

Сделал двухступенчатую конструкцию с единичным усилением и 35-кратным усилением. Все еще гудит, сигнала нет.

Проверил полосу пропускания единичного усиления, но на частоте 3 МГц для TL072 35-кратное усиление не должно быть проблемой.

Вместо этого попробовал трансформер 1:35... Но трансформеры для меня волшебны, и мне не удалось ничего от них получить.

Вопрос

Я подозреваю, что это сверхнизкое сопротивление самого звукоснимателя. В основном это короткое замыкание на землю. Но тут меня подводят мои познания в электрике.

TL;DR: Чего мне не хватает при разработке предусилителя для гитарного звукоснимателя LowZ?

длинные выводы на макетной плате улавливают шум
Может быть, сегодня утром моя голова была на боку, но на фото выше распиновка TL072 на макетной плате выглядит неправильно. Например, может быть, вы ошиблись местом, где, по вашему мнению, находится контакт 1... а также силовые соединения?
@ChrisKnudsen Контакт 1 должен быть в левом верхнем углу изображения, контакты 1OUT, 1IN-, 1IN+, Vcc-; 2IN+, 2IN-, 2OUT, Vcc+ согласно спецификации. Силовые подключения -> достаточно честно ... Мне, вероятно, следует снять фотографию ... Я сделал ее некоторое время во время сборки или после разборки, по-видимому.
@jsotola Согласен, но это больше похоже на гул «положи палец на сигнальную линию». Глубокий и звенящий. Гул земли.
@fho - Действительно (у меня голова на боку). Я имел в виду распиновку 071. Я лучше найду еще кофе.
Интересный дизайн. Мое предложение состояло бы в том, чтобы искать схемы предусилителя, разработанные специально для ленточных микрофонов, которые имеют аналогичный чрезвычайно низкий импеданс источника. Вы в основном хотите думать о звукоснимателе как об источнике тока, а не об источнике напряжения, поэтому «трансимпедансный усилитель» может быть полезным поисковым термином.
На всякий случай это изменит (воспринимаемый) плохой прием этого вопроса: звукосниматель прямо в микшер производит почти пригодный для использования сигнал. Но мой микшер немного устарел, и я надеялся, что смогу получить лучший результат с отдельным предусилителем с более современным операционным усилителем. Но до сих пор мне не удалось получить какие-либо полезные результаты от моих TL072 ... Честно говоря, я совершенно не знал о минимуме питания +-11 В. Я думаю, что видел в Интернете другие конструкции, в которых использовались TL07xs от 9-вольтовой батареи. пожимает плечами
@fho - Какие +/- 11 В минимум? На странице 10 таблицы данных TI говорится, что разница в 10 вольт (+/- 5) будет работать, поэтому подойдет 9 вольт. Проблема в том, что вам нужно построить виртуальную землю, если вы используете одну батарею. И, пожалуйста, из любви к жалости избавьтесь от изображения и замените его изображением того, что вы на самом деле используете.
Ленточный микрофон @DaveTweed или граммовый усилитель с подвижной катушкой (они очень похожи). Если вы занимаетесь операционным усилителем, вам нужно биполярное устройство, рассчитанное на низкое сопротивление источника (шум напряжения 07x убьет вас за это), но на самом деле целая куча транзисторов с низким Rb', включенных параллельно, - это способ сделать ставку.

Ответы (2)

Помимо того, что TL074 требует минимального источника питания 10 вольт, чтобы гарантировать правильную работу, вы столкнетесь с серьезной борьбой с этой идеей. Я бы не стал использовать сайт, который рекомендует использовать этот чип (или TL064) от 9-вольтовой батареи.

Учтите, что у правильного хамбакера может быть 1000 оборотов на каждом щупе, а это означает, что для определенной вибрации струны вы получите в 1000 раз больший сигнал по сравнению с одним оборотом.

Затем, поскольку базовый выходной сигнал такой низкий, вы «боретесь» с гулом и шумом от других источников (таких как основная проводка от вашего шедевра к потенциометрам и розетке). Этому гулу/шуму нельзя противопоставить принцип хамбакинга.

Вдобавок к этому вы можете использовать операционный усилитель с умеренными шумовыми характеристиками, чтобы сдерживать шипение обычного хамбакера, но для вашего шедевра вам понадобятся шумовые характеристики, которые могут быть в 1000 раз лучше. Типичный звуковой операционный усилитель имеет спектральную плотность шума, эквивалентную примерно 10 нВ на ЧАС г но деньги не купят тот, который в 1000 раз лучше.

Забудьте об этой сумасшедшей идее, наматывайте больше оборотов и получайте больше сигнала.

Должен добавить, что это ни в коем случае не "моя бредовая идея". Базовый дизайн продается такими компаниями, как Lace (Alumitones: goo.gl/images/ZdpBhn ). Они не делят языки на три, а в основном используют токовые клещи на общей части. Также на форумах DIY-аудио есть несколько старых постов, где люди собирают звукосниматели такого типа.
Также: мой план состоял в том, чтобы разместить операционный усилитель на небольшой плате внутри звукоснимателя, как можно ближе к источнику. Детали smd с задней стороной печатной платы, являющейся медными контактами с язычками.
Это ваша сумасшедшая идея, если вы не можете продемонстрировать, что это то же самое, что и продаваемый продукт/дизайн. Дьявол кроется в деталях; Я прочитал все детали вашего дизайна, и если бы кто-то еще предложил то же самое и сказал мне, что они могут продавать сотни в год проверенным довольным клиентам, я бы предположил, что кто-то заблуждается. Поскольку у меня нет подробной информации о дизайне тех, которые в настоящее время доступны на рынке, а также каких-либо представлений о мнении клиентов, я не могу комментировать, кроме как повторить, что ваша основная идея ошибочна и безумна перед лицом моего ответа.
Независимо от того, насколько близко вы разместите свой операционный усилитель, вы не сможете преодолеть его основные недостатки, заключающиеся в том, что он будет производить слишком много фонового шума / шипения, чтобы быть чем-то большим, чем любопытство. Кстати, я построил щенков!
Энди прав, при таком подходе ваш сигнал заглушается шумом. Вы можете попробовать схему трансимпедансного усилителя, чтобы надеяться на успех. Начните с выигрыша где-то в районе 1000 - 10000.
А продажа Лайс аналогичного товара (с использованием трансформатора для "усиления") для вас не в счет? Чтобы не дискредитировать ваш ответ, я определенно не эксперт здесь.
Ладно... Попытаю удачу с трансимпедансным усилителем. 👍
@fho, ты абсолютно прав, несмотря на излишне театральный ответ «Энди ака». Ваш звукосниматель очень похож на недавно ставший популярным звукосниматель "Lace Alumitone", который по сути является "одновитковым звукоснимателем". чтобы увеличить напряжение. Недавно было выпущено видео об этой конструкции звукоснимателя, которое может быть вам интересно - youtube.com/watch?v=5qMdDuUzgig . Обратите внимание, что Дилан ссылается на патент, поэтому вы можете посмотреть его, чтобы получить спецификация трансформатора.
@MikeBattaglia, мой ответ не театральный, и, если идея вопроса была хорошей или полезной, может быть, СМИ забыли сообщить об этом факте?
Изменение витков изменяет отношение напряжения к току, но не мощность . Больше витков дает более высокое напряжение , но более низкий ток . Типичное звуковое оборудование чувствительно к напряжению, поэтому большее напряжение обычно означает «громче». Но есть компромиссы. Больше витков означает более высокую собственную емкость, что придает им характерный среднечастотный резонанс, но меньше высоких частот. Вполне допустимо построить звукосниматель с 1-витковой катушкой - вам просто нужно подать его на токочувствительный механизм ... который вам, вероятно, придется сделать самостоятельно.

ответ инженера

Самое простое, быстрое и дешевое решение этой проблемы — скопировать то, что сделали Lace со своей серией Alumitone:

  1. соединить «языки» вместе
  2. магнитно соедините трансформатор тока вокруг среднего «язычка»

Трансформатор тока повышает выходное напряжение и выходное сопротивление, благодаря чему этот звукосниматель лучше работает с существующим звуковым оборудованием.

ответ сумасшедшего ученого

Можно обойтись и без трансформатора тока, но с гораздо большими усилиями.

Вы знаете, что намагниченные струны индуцируют ток в вашей катушке. Однако вы сломали катушку , оставив зазоры между тремя металлическими «язычками». Он работал со входом XLR, потому что они часто имеют связь по постоянному току и низкий уровень (по аудиостандартам), поэтому несоответствие импеданса было допустимым.

Есть 2 проблемы со «сломанной катушкой», которые нужно решить:

  1. необходимо замкнуть контур с помощью схемы (с низким входом z)
  2. вы должны заземлить центральный язычок и использовать дублирующие цепи для обоих внешних язычков, если для вас важно подавление шума хамбакером / синфазным шумом.

Рекомендации по усилителям:
с традиционным операционным усилителем вы можете обойтись чем-то вроде схемы фотодиодного усилителя. Возможно, вы даже сможете адаптировать типичную схему инвертирующего операционного усилителя (рис. 3 из связанной статьи Nutvolts), но для начала сделайте R равным 0,1 Ом, а обратную связь R 5 Ом или 10 Ом. Остальные значения в схеме могут оставаться неизменными. Определенно это должно быть соединение по постоянному току, потому что в противном случае конденсатор будет огромным. И, вероятно, лучше всего использовать 2 батареи 9 В в биполярном источнике питания с истинным заземлением в центре, по причинам запаса и стабильности операционного усилителя.

Тем не менее, возможно, стоит изучить «чувствительные к току» операционные усилители, такие как LM3900 или LM13600 , поскольку их примеры схем часто строятся с учетом источников с низким z.

краткое содержание

Мне очень нравятся эти звукосниматели с низким z, но звукосниматели с низким z не имеют множества существующих дизайнов, руководств по сборке и общих «предысторий», как звукосниматели с высоким z. Вам нужно достаточно знаний, чтобы знать, какие значения нужно изменить и насколько они должны быть изменены. Так что не бойтесь копаться в том, как работают трансформаторы. Вы можете просмотреть (или пропустить!) исчисление, но получите представление о таких вещах, как импеданс, индуктивность, магнитная связь, где проходят силовые линии и закон Ома.