Dr.Godfried-Willem RAES

Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 2: Live Electronics

Hogeschool Gent : School of Arts

2006:

Ontwerpen van voorversterkers: een simulator en een bouwpakketje...

Het ontwerpen en berekenen van meer ingewikkelde voorversterkerschakelingen met opamps is een vrij tijdrovende bezigheid, vooral wanneer gebruik wordt gemaakt van frekwentieselektieve en kompenserende netwerken. Daarom schreven we een Basic programma waarmee schakelingen opgebouwd uit een kaskade van 1 tot en met 4 opamps kunnen worden gesimuleerd in het frekwentiedomein: d.w.z. we geven onze geselekteerde en berekende onderdelenwaarden (weerstanden, kondensatoren en spoelen) op en het programma geeft ons een frekwentiekarakteristiek binnen het audio-gebied en -naar keus enkele aanpalende gebieden.
Het programma kan uitstekend worden gebruikt om bvb. een schakeling te ontwerpen voor gebruik met zelfgebouwde of in de handel verkregen kontaktmikrofoons en transducers.
Voor piezoelektrische transducers (meestal gebruikt als kontaktmikrofoon) bevelen wij aan steeds deze aan te sluiten op de ingang van een inverterende opamp. Deze transducers gedragen zich dan (vereenvoudigend) als capacitieve stroombronnen.
Wanneer elektromagnetische transducers worden gebruikt, vergeet dan niet de induktieve komponent afzonderlijk te beschouwen van de resistieve. D.w.z. voor Ri geef je dan de som op van de toegepaste weerstand en de DC-weerstand van de wikkelingen van de transducer. Dit geldt overigens voor alle spoelen in de simulator.

Preamps.bas

Simulator and design utility for preamp-circuits with 1 to 4 opamps. Each opamp can be configured as either one of the following circuits:

De kode voor het design programma, geschreven in Microsoft PDF (BC7) basic, maakt extensief gebruikt van onze library voor wiskunde met komplexe getallen (CompMath.LIB). (cfr.2000). Een versie voor de Power Basic compiler van deze biblioteek is ook beschikbaar. Het Preamp-design programma is echter nog niet naar Power Basic omgezet.

The behaviour of the links hereafter will strongly depend on the setting in your browser! Make sure download en run are enabled. You should not have virus 'protection' nonsense active whilst visiting the Logos pages.

Download Basic source code:

If you do not have the math functions, you should also load them:

Download Executable (ready to run Wintel PC code):

Voor toepassing als voorversterker voor piezo elektrische kontaktmikrofoons ontwierpen we een piepklein printje. Hierop kan eenvoudig een inverterende opamp (bvb. type TLO71, maar ook LF356, OP27 kunnen worden gebruikt) gemonteerd worden in een inverterende konfiguratie gevoed uit een enkele 9V batterij. Het printje is niet groter dan de batterij zelf. Het kan op een batterijhouder worden gemonteerd.

Hier is het ontwerp (schaal 200%):



Het elektronisch schema -wat de basis vormt voor individuele herberekeningen en modifikaties in funktie van een gewenste frekwentiekarakteristiek en versterkingsfaktor ziet eruit als:



De diode over de batterij is alleen ter beveiliging tegen onverhoeds omgekeerd aanschakelen van de batterij. Wanneer slechts korte draden worden gebruikt voor de aansluiting van de schakeling naar mixer of versterker, kan de 47 Ohm weerstand in serie met de uitgang ook worden weggelaten. Ook bij toepassing van de LF356 opamp, die van nature uit in staat is lange draden aan te sturen, mag die weerstand ook weggelaten worden. Wil je het onderste uit de kan wat betreft ruisgedrag, neem dan een Burr Brown OPA627 opamp. Die zijn echter erg prijzig. De batterijaansluiting kan worden gemaakt met het kapje van een oude 9V batterij. Vergeet niet, bij kompakte montage van het printje tegen de zijkant van de batterij, een stukje isolatiemateriaal (plastic, epoxy of hardkarton) aan te brengen tussen de soldeerzijde van het printje en de (metalen) behuizing van de batterij zelf. Uitgerust met een TLO71 opamp is het stroomverbruik ca. 2mA. Met een LF356 loopt het echter op tot 10mA, waardoor de batterij zeker moet worden losgenomen wanneer de schakeling niet in gebruik is.

Het printje evenals een bouwpakket voor dit ontwerp, inklusief piezo kontaktmikrofoon en snoertje, kan tegen kostprijs worden verkregen bij de auteur en/of bij Stichting Logos. Het is op voorraad. De prijs d.d. 04.05.2006 bedraagt 30 Euro, maar kan schommelen volgens de prijsevolutie van de onderdelenmarkt. Gebouwd inklusief een piezo-kontaktmikrofoon 55 Euro.

Bestellen kan via email aan info@logosfoundation.org en de levering gebeurt na ontvangst van betaling op rekening 000-0489070-93. Reken 2 Euro extra voor verzendkosten (binnenland).

Praktische toepassing 1:

Strijkstokmikrofoon voor "Cellopi" van Godfried-Willem Raes

Deze kontaktmikrofoon wordt op de slof van de boog geplaatst zo dat het piezo-stukje een goed mechanisch kontakt maakt met alle haren van de boog. Een op de boog geplaatste mikrofoon versterkt alle trillingen van de snaren op objekten waarmee hij in aanraking komt. Op die wijze kunnen we alle instrumentale en akoestische galm uit het geluid verwijderen, wat een enorm voordeel oplevert in gevallen waarbij we het akoestische geluid elektronisch willen manipuleren, of extreem versterker zonder gevaar voor feedback.

De dimensionering van de voorversterker, gerealiseerd met het hiervoor gehandelde printontwerp is:

Praktische toepassing 2:

Professional Stage Contact Quad Mike Preamp

Hier ontwierpen we een vierdubbele voorversterker voor piezo kontaktmikrofoons, maar deze keer gevoed vanuit de fantoomspanning van 48V die we aantreffen op alle professionele mixers. De uitgangen zijn gebalanceerd met een eenvoudige 1:1 transformator. Voor de aansluiting werd voorzien in XLR konnektors, wat toepassing van normale mikrofoonkabels mogelijk maakt.

Het schema, een eenvoudige variant/uitbreiding van vorige ontwerpen wordt nu:

Opgemerkt moet worden dat de keuze van de onderdelen nogal afhankelijk is van de gebruikte uitgangstransformatoren. Meer bepaald de 47 Ohm weerstand en de 2.2mF elko moeten in funktie van de impedantie van de transfo worden gedimensioneerd. De kondensator in de feedbacklus is in het schema vermeld als 10pF, wat het strikte minimum is. Voor gangbare piezo-elementen mogen waarden in de grootte orde van een tiende van de kapaciteit van het element zelf worden gebruikt ( 1500pF is een goed vertrekpunt voor de meeste piezo's) De print kwam eruit te zien als:

Ook deze print is op aanvraag zowel bestukt als onbestukt, tegen kostprijs, bij de auteur te verkrijgen.

Noteer dat wanneer goedkope miniatuur 1:1 transfos (bvb. Schaffner IT245, of radioshack cat.nr 273-1375) worden gebruikt, deze niet afgeschermd zullen zijn. In dat geval moet de schakeling beslist in een mu-metalen behuizing worden ingebouwd, tenzij natuurlijk de nabijheid van voedingstransformatoren kan worden vermeden.

Een professionele mengversterker voor 5 piezo elementen werkten we uit in 2017. Hier is een link naar het ontwerp. (engelstalig).

Op de Logos site zijn ook ontwerpen beschikbaar voor bandopnemerkop voorversterkers met NAB of IEC korrektie evenals platenspeler voorversterkers met RIAA korrektie.

Filedate: 9502/9710 - Web published: 970928