LM358`e Class-A Dokunuşu : Hi-Fi Preamp Devresi ve Testleri

[TA3UIS]

Bugün hobi masamdaki komponentleri değerlendirmek için Hi-Fi Preamp projesi yapmaya çalışım.

Genelde ses projelerinde galiba pek tercih edilmeyen LM358 op-amp, çıkış katına eklediğim bir 2N2222A transistör ile Class-A modunda çalıştırarak nasıl bir performans aldığımı osiloskop ölçümleriyle test ettim.

Malzemeler:
1 x LM358
1 x 2N2222A
3 x 10k
1 x 1k
1 x 100k
1 x 4.7k
1 x 1uF
2 x 10uF
1 x 100uF

Pil: 9V


LM358 aslında endüstriyel bir op-amp olduğu için ses uygulamalarında geçiş distortiyonu yapabiliyormuş.
Bunu engellemek için çıkış pinine bir 2N2222A transistör ekleyerek çıkış katını Class-A çalışma noktasına evirdim.
Bu sayede sinüs dalgasının pürüzsüzlüğünü korumayı hedefledim.

Ölçüm Sonuçları
Devreyi 100mVpp giriş sinyali ve 11 kat (ortalama21dB) kazanç ile test ettim:

1. 1kHz Referans Noktası:
Giriş: 100 mVpp
Çıkış: 1.11 Vpp
Durum: Tertemiz, pürüzsüz bir sinüs.

2. Alt Frekans Tepkisi (20 Hz):
Çıkış: 904 mVpp (RMS: 305mV)
Analiz: 1kHz referansına göre sadece ortalama -1.7 dB civarı bir düşüş var.
20Hz gibi noktada çok az kayıp yaşanması, bas seslerinin de kayıp olmadığını gösterir.

3. Üst Frekans Tepkisi (20 kHz):
Çıkış: 1.09 Vpp (RMS: 377mV)
Analiz: İşte burası şaşırtıcı! Devre 20kHz de hiç kayıp vermiyor gibi.
Frekans tepkisi 1kHz den 20kHZ e kadar dümdüz.

Breadboard üzerinde kurduğum bu devrede, LM358 gibi ekonomik bir op-amp için, doğru bir bias ve çıkış katı desteğiyle (2N2222A Class-A) oldukça lineer bir performans gösterdi bence.
20Hz-20kHz aralığında sergilediği kararlı tutum, ev yapımı ses projeleri için oldukça tatminkar.

 

[TA3UIS]

Yaptığım testlerde devrenin eşik noktasını da tespit ettim.

250mVpp ye kadar sinüs alt ve üst kısımlar düzgün görünüyor kazanç 10.8 kat

250mVpp den itibaren sinüs altları bozulmaya başlıyor. 500mVpp ye kadar grafik böyle:

700mVpp de durum neredeyse tamamen kırpılmaya evriliyor.

Sonuç: 300-500mVpp ile temiz ses alınabilir düzeyde.

 

[Gokrtl]

Çok zaman amfi ile uğraştım. Hala senin seviyene gelmiş değilim.

 

[TA3UIS]

Çok zaman amfi ile uğraştım. Hala senin seviyene gelmiş değilim.

Teşekkür ederim ama daha hala emekleme/yürüme aşamasındayım

 

[Diyot]

Transistörün Vcc beslemesi ve biası ile oynayarak doyum ve kesime gidişini daha iyi görebilirsiniz.

Transistör çıkışına hoparlör bağlayıp bip sesi alın. Vcc ve Vbb ile oynayın daha eğitici olur. Daha sonra da direkt ses sinyali uygulayıp basit bir yükselteç yaparsınız. Bir sonraki aşamada da darlington transistör kullanırsınız.

Böyle kademe kademe ilerlersiniz.

 

[TA3UIS]

Transistörün Vcc beslemesi ve biası ile oynayarak doyum ve kesime gidişini daha iyi görebilirsiniz.

Transistör çıkışına hoparlör bağlayıp bip sesi alın. Vcc ve Vbb ile oynayın daha eğitici olur. Daha sonra da direkt ses sinyali uygulayıp basit bir yükselteç yaparsınız. Bir sonraki aşamada da darlington transistör kullanırsınız.

Böyle kademe kademe ilerlersiniz.

Evet haklısın, bu devrenin çıkışına bir kulaklık takmayı düşünüyorum, sonra devreyi geliştirip hoparlör bağlayacak duruma getirmek iyi bir deneyim olur.

 

[ckocagil]

Keşke şema olsaydı

 

[TA3UIS]

Keşke şema olsaydı

Haklusın, ilk mesaja şemayıda koysam çok daha anlaşılır olurdu. Sonradan şema aklıma geldi ama testlere odaklanıp ayarları kurcalamaktan şemaya sıra gelmedi.

İlk fırsatta şemayı hazırlayacağım.

 

[Diyot]

Evet haklısın, bu devrenin çıkışına bir kulaklık takmayı düşünüyorum, sonra devreyi geliştirip hoparlör bağlayacak duruma getirmek iyi bir deneyim olur.

Kulaklığı patlatabilirsiniz. Uygun fiyatlı 8 ohm hoparlörler ile deneme yapın.

 

[TA3UIS]

Kulaklığı patlatabilirsiniz. Uygun fiyatlı 8 ohm hoparlörler ile deneme yapın.

Uyarı için teşekkürler.
Kulaklığım 120ohm 200mW

Preamp pk-pk 4v gibi. Rahatlıkla kaldırır gibi duruyor ama tedbir için önce bir hoparlör bağlarım

 

[TA3UIS]

Devreyi merak edip kurmak denemek isteyenler için şemasını çizdim, belki birinin işine yarar kullanmak ister, incelemek ister:

 

[TA3UIS]

İlk versiyonda 20Hz alt frekanslarda -1.7 dB civarı bir düşüş vardı, bu düşüşü ortadan kaldırmak için aktif sanal şase ve geri besleme modifikasyonları yaptım.

Frekans	Sanal Şase	Aktif Sanal Şase	Durum
20 Hz	904 mVpp	1.14 Vpp	+2.01 dB

Yaptığım değişiklikler


Aktif Sanal Şase
Önceki pasif direnç bölücüyü stabilize etmek adına 10k-10k dirençlerin orta noktasındaki 4.5V referansını LM358'in 5. pinine (+ giriş) bağladım. Boşta kalan 6. ve 7. pinleri jumper ile kısa devre ederek bir Voltaj İzleyici modu oluşturdum. Devredeki tüm 4.5V referans noktalarını (R3 direnci, R5/C2 hattı vb.) dirençlerin ortasından söküp doğrudan 7. pine bağladım. Bu sayede referans voltajı dinamik yük altında 4.50V değerinde tamamen sabitlendi.

Geri Besleme Revizyonu
Önceki versiyonda op-amp sadece kendi çıkışını kontrol ediyordu. Burada ise çıkış transistörünü de bu denetim mekanizmasına dahil ettim. 10k'lık geri besleme direncini (R4) op-amp çıkışından (Pin 1) söküp doğrudan Transistörün Emitter (çıkış) ucuna bağladım. Pin 1'i ise sadece transistörün Base bacağını sürecek şekilde bıraktım. Böylece op-amp, transistörün hata ve kayıplarını bizzat izleyip kompanze etmeye başladı.

Bas Frekans Kapasite Artırımı (-1.7 dB Kaybın Giderilmesi)
20Hz ölçümlerinde darboğaz yaratan kapasitif direnci (reaktans) düşürmek için kazanç hattındaki 1uF (C2) kondansatörü sökerek yerine 100uF bir kondansatör ekledim. Bu sayede alt kesim frekansını iyice aşağı çektim ve 20Hz'deki -1.7 dB'lik kayıp tamamen yok oldu.

Çıkış Katı Akım Optimizasyonu (R6 = 1kΩ)
Son aşamada, transistörün sükunet akımını ve sürme kabiliyetini optimize etmek için emiter direncini (R6) 1kΩ olarak güncelledim. Bu sayede yaklaşık 4.5mA sükunet akımı elde ederek düşük çıkış empedansı, yüksek kararlılık ve makul pil ömrü arasındaki en ideal dengeyi yakaladım.

 

[TA3UIS]

İlk ölçümlerde -1.7 dB'lik (20Hz) alt frekans kaybını ve dinamik kararsızlıkları gidermek adına modifiye ettiğim devrenin son hali budur. Yapılan aktif sanal şase, geri besleme ve kapasite optimizasyonları sayesinde devre, ölçülebilir limitlerde stabil bir lineerliğe ulaştı.

 

[TA3UIS]

Son alçak frekans kazancı düzeltmesinden sonra eşik noktasında da bir iyileşme gördüm.

Önceden sinüsler 500mVpp den itibaren bozulmaya başlarken, şimdi bu değer 650-670mVpp civarına yükseldi.

700mVpp den itibaren sinüslerin tepeleri düzleşmeye başlıyor.