Gitarr kontakt mikrofon Preamp (2 / 7 steg)

Steg 2: Hur det fungerar

Där gick bas?

Schematiskt ovan är komplett design av kretsen som preamp. För att förstå hur det fungerar, ska vi först ta en titt på de problem som vi försöker lösa, och sedan bygga upp en lösning i steg.

Ett piezoelement fungerar som en spänningskälla i serie med en kondensator--när piezo kristaller vibrera, de producerar en spänning. Denna spänning kan vara hög, men nuvarande är mycket liten. På grund av serien kapacitans (Cpiezo), praktiskt taget ingen DC ström flyter genom piezo. Tillförsel av en förstärkare fungerar som ett motstånd till jord (Ramp), känd som dess ingång impedans. Cpiezo och Ramp bildar tillsammans ett högpassfilter som skär ut låga frekvenser. För typiska värden för Cpiezo och Ramp är cutoff frekvens väl i det hörbara spelar utbud av en gitarr. För att minska den cutoff frekvensen så att mer bastoner få igenom, måste vi öka den inimpedans som piezo driver. Det är där en preamp kommer in. Piezo kontakta mic preamp roll är egentligen inte att förstärka signalen (den tillverkade spänningen av piezo är mycket hög), målet är snarare att ge en buffert med en mycket hög inimpedans av 10M ohm eller så, vilket är mer än 10 gånger så större än en typisk gitarrförstärkare, ingång impedans eller så att mer av bas får igenom. Det ger också mer ström till enheten signaler på kabel till förstärkaren, som också kan förbättra toppnoteringar.

Förstärkare använder transistorer (eller rören) för att förstärka eller buffert en signal. Det finns tre typer av transistorer att överväga, JFET, MOSFET och bipolär (integrerade). Bipolära transistorer har inte en tillräckligt hög ingång impedans. MOSFETs har en extremt hög inimpedans, men tenderar att vara bräcklig (statisk elektricitet kan förstöra dem) och också kan vara bullriga i ljudprogram. JFET har en mycket hög inimpedans och är mindre ömtåliga och bullriga än MOSFET, så det är vad vi använder. Den stora majoriteten av kontakten mic preamp mönster finns på webben också använda JFET.

Ett enklare exempel: Grundläggande JFET källa-efterföljare förstärkaren

Som en utgångspunkt för att förstå komplett preamp, låt oss betrakta en enklare version som visas nedan:

En JFET har 3 terminaler kallas gate (g), avlopp (d) och källa (s). I allmänhet orsakar ökar spänningen Vin på utfärda utegångsförbud för av JFETEN en ökning i ström som passerar genom enheten från avloppet till källan. Har ingenstans att ta vägen, de nuvarande flödena igenom källa resistorn R1, som i sin tur producerar en spänning över R1 (kom ihåg Ohms lag, V = IR), orsakar den tillverkade spänningen Vout också öka. En av de ovanliga sakerna om en JFET är om spänningen är 0, vilket innebär att ingången är jordad, finns det fortfarande en ström som flyter från avloppet till källa, som du faktiskt behöver gälla utfärda utegångsförbud för att stänga enheten av en negativ spänning. Tomten nedan visas relationen mellan inspänningen Vin och utspänningen Vout, ges en Matningsspänning Vdd = 9V och en källa resistor på 10 k ohm.

Observera att när Vin = 0V, Vout = 1V, som visar att strömmen flödar genom R1. Vout går till 0V när Vin är runt - 1.25V, som är den punkt där JFETEN stängs av. I intervallet mellan Vin = - 1.25V och Vin = 7.5V, Vout ökar linjärt med Vin. I själva verket för varje ökning med 1V av Vin ökar Vout också av 1V. Förhållandet mellan förändringen i Vout över ändringen i Vin (lutningen på linjen) är det få på förstärkaren, som i detta fall är precis lika med 1.

Denna konfiguration av en förstärkare, kallas där det finns ett motstånd ansluten till källan för JFETEN och utspänningen "följer" ingångsspänning, en Källa-anhängare. Värdet av källkod motståndet påverkar vinst på förstärkaren något. Om värdet av detta motstånd är tillräckligt hög, vinsten kommer att vara mycket nära 1 och om motståndet är mindre, än vinsten kommer att vara något mindre än 1. Jag har sett mönster på webben där detta motstånd storlek varierar från 1 k ohm till 220 k ohm. Om värdet på motståndet är för hög, det kommer att värma upp (något) som nuvarande passerar genom det, vilket kan resultera i buller. 10 k ohm är en bra medelväg värde. Du kan också se några preamp mönster på nätet där det finns också ett motstånd ansluten till avloppet för JFETEN. Denna typ av förstärkare kallas en common-källa och har i allmänhet en större än ett--det är vinst, förändring av utspänningen är större än förändringen i inspänning--sanna förstärkning. Detta kan vara användbart för en elgitarr med spole pickups, men eftersom Matningsspänning på en piezo kontakt är redan tillräckligt högt, detta är inte nödvändigt i vårt fall.

När Vin är större än omkring 7.5V, Vout börjar utjämning på en liten nedan 9V. Detta är eftersom JFETEN är aktiverat kan det gå, och någon ytterligare ökning av Vin kommer inte producera någon ytterligare ström genom enheten. Mer tekniskt, JFETEN slutar bete sig som en strömkälla som kontrolleras av utfärda utegångsförbud för spänningen och börjar bete sig mer som en resistor. Observera att övergången till denna region av beteende är mycket mer gradvis än beteendet i andra änden, där JFETEN stänger av mer abrupt när Vin sjunker under - 1.25V.

Att undvika distorsion: Syftet med utfärda utegångsförbud för Bias resistorer R1 och R2

Vad gör denna utjämning av på extrem låg och hög inspänningar menar när det gäller ljudkvaliteten på förstärkaren? En piezo kontakta mikrofon på en gitarr producerar en signal som varierar plus och minus över och under 0V, det vill säga på vardera sida om den röda pricken i figuren ovan. Som indata till förstärkaren ändras, ändrar utdata smidigt med den. Om indata sjunkit under - 1.25V, dock skulle produktionen "klippas" på 0V. Detta orsakar distorsion i ljudet, vilket ibland är önskvärt, men oftast inte för en preamp för en akustisk gitarr. Om på något sätt fick insignalen ovanför 7.5V, det skulle också få snedvrids, men detta skulle hända mer gradvis. Denna typ av gradvisa snedvridningen är en av de åtråvärda egenskaperna hos rörförstärkare för elektriska gitarrer, som många spelare känner har ett trevligt "varma" ljud.

Hur troligt är det att spänningen produceras av en piezo kontakta mikrofon kommer att doppa nedan - 1.25V? Beroende på hur kontakten mic är kopplad till gitarren, kan det hända när du spelar hårt, men för det mesta av våra experiment, signalen från mic bodde mestadels i intervallet plus eller minus 0,5 v. Det finns en mycket enkel fix, emellertid, att kan ge input signalen mer utrymme genom att flytta mellersta fungera pekar till en högre spänning, vilket illustreras i handlingen nedan.

Detta är syftet med R1 och R2 i schematiskt högst upp i avsnittet. Om vi bara hade R1, skulle fungera pekar på ingången på förstärkaren vara 0V. Men om vi lägger till R2, som har samma motstånd som R1, två resistorer lagen att både dra indata upp mot Vdd = 9V och ner mot marken med lika styrka, vilket resulterar i en fungerande punkt bias spänning lika med Vdd/2 eller 4.5V. I praktiken har vi funnit att utelämna R2 är allmänt okej och vi får inte mycket distorsion. De flesta av de kontakta mic preamp mönster som jag har sett online bara lämna den bias spänningen på marken och utelämna R2, men flyttar den bias punkten närmare mitten av intervallet "säkra" bara tillför en mer motstånd. R1 och R2 värden bör vara minst 10M ohm--kom ihåg att hela poängen med preamp är att ge en hög inimpedans och du skulle inte vill äventyra detta med ett litet motstånd! Med motstånd över 22 M ohm tillför inte verkligen något mervärde.

Ta bort DC Bias från indata och utdata: C1, C2 och R4

Som vi såg, öka den genomsnittliga spänningen av insignalen där det träffar utfärda utegångsförbud för av JFETEN kan vara bra så att JFETEN kan fungera i en distorsionsfri "säker zon." Flytta den genomsnittliga spänningen som detta kallas att lägga till en DC bias i signalen. Det är dålig form, dock för att passera längs en signal med en icke-noll DC bias till en annan komponent, till exempel en stomp box eller förstärkare nedströms. Koppling kondensatorer i serie med indata och utdata för en krets ta bort någon DC bias från en inkommande och utgående signal. Det är syftet med indata koppling kondensatorn C1 och utgång koppling kondensatorn C2. Eftersom en piezo har en serie kapacitans på sin produktion, C1 förmodligen är inte nödvändig i detta fall, men de flesta preamp design är det och det skadar inte. Om JFETEN var partiska för att driva runt 0V genom att lämna ut R2, kan C2 även tillval. Men lösa jag en gång haft ett fall där en volym pedal produceras buller i en audio-komponent som var innan det i effekter kedjan och sätta en kondensator 10uF koppling mellan dem problemet, så det är bäst att lämna C2 därinne. R2 hjälper också försäkra att produktionen är partisk runt marken.

Lagra lite Extra energi för spänningstoppar: C3

Slutligen ändra 10uF kondensatorn C3 mellan Vdd och Gnd tjänar till att lagra lite extra energi från nätet (9V batteri) om den behövs för att anpassa sig till snabba signaler som kan orsaka buller. Du kanske aldrig märker problemet om du lämnar C3 ut, men det anses bra krets design praxis att ha en ganska stor kondensator över strömförsörjningen.

Så mycket för lite elektronik lektionen är nu vi redo att bygga!