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.

 

[TA3UIS]

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

 

[Mr_YAMYAM]

Bence bu devre tam class-A olmamış. CLASS-BA gibi birşey.
Full CLASS-A için çıkış transistörüne bias uygulanmalıdır. Yani sukunette bile çalışıyor olmalıdır.
Girişte sinyal yokken teorik olarak op-amp çıkışında da sinyal olmayacağına göre çıkış transistörün yalıtımda demektir.
Tavsiyem çıkışa COMPLEMENTARY transistör ikilisi koyman ve küçük bir bias uygulamandır.

 

[TA3UIS]

Devre 9V tek besleme ve 4.5V sanal şase ile çalıştığı için çıkış transistörü sükunette yalıtımda değil, yaklaşık 13mA akımla sürekli iletimdedir.
Bu yapı Single-Ended Class-A sınıfına giriyor.

 

[AG Mehmet]

Daha farklı bir çözüm için iki noktayı incelemekte fayda var.

Eğer amaç yalnızca crossover’ı azaltmak ise, op-amp çıkışından birkaç mA sabit akım çektirmek "Rb" ile, (hafif Class-A bias) genellikle daha kolay bir yöntemdir.

Eğer etkili Class A biasing yapmak istiyorsanız buffer'ın "feedbak loop"unda olması daha doğrudur.
"Rb"ninde, fet ile yapılan farklı kombinasyonları var.



Line-level preamp uygulamalarında performansı daha çok etkileyen unsur genellikle virtual ground’un kararlılığıdır.



"Virtual Ground" yani sanal toprak konusu ise biraz daha kritik.
10k–10k bölücü ve kondansatörle yapılan pasif sanal toprak, frekans düştükçe kayabilir. Eğer ton katı veya aktif filtre eklemek isterseniz, akımı arttırır ve orta nokta voltajı değişir..

Eğer ikinci op-amp yarısı buffer olarak kullanılırsa "orta nokta", daha kararlı olur ve özellikle bas frekanslarda daha temiz sonuç alınabilir.

Yani, ikinci op-amp’ı (Virtual Ground), sanal toprak, olarak kullanmak, devreyi biraz daha iyileştirir.

Aslında LM358 yerine, "ses" için daha iyi olan NE5532 serisi veya TL072, eğer Rail-To-Rail isterseniz, TLC072 serisi kullanılması daha doğrudur. (Besleme voltajınız düşük, sinyal seviyesi yüksek ise)

Kolay gelsin

 

[TA3UIS]

Özellikle transistörü feedback loop içerisine almak devrenin lineerliğini bir üst seviyeye taşıyacaktır.

Sanal toprak 10k-10k bölücü statik ölçümlerde iyi sonuç verse de dinamik yük altında özellikle düşük frekanslarda stabilite sorunları yaratabiliyor, 20Hz skop ölçümlerinde çok az da olsa kayıp yaşanması bunun bir örneği.

LM358’in boşta kalan diğer yarısını Active Virtual Ground Buffer olarak yapılandırmak, bahsettiğiniz bas karakteristiğindeki iyileşmeyi sağlayacaktır.

Test projemin en başında da belirttiğim gibi aslında bu projede amacım biraz da LM358 gibi ses için tasarlanmamış bir op-amp ne kadar iyileştirilebilir merakımı gidermekti.

Fırsat bulursam breadboard üstüne devreyi kurup tekrar V2 haliyle test edebilirim.

 

[TA3UIS]

Projeyi V2 aktif sanal şase olarak geliştirmek isteyenler, LM358’in ikinci yarısını aktif sanal şase (pin 5-6-7 buffer) olarak yapılandırıp tüm 4.5V referans hattını buraya taşıyabilir.
10k feedback direncini de transistör emiterinden alarak döngüye dahil edebilirler.
C2 kapasitesini 10-22uF civarına çekmek de 20Hz deki -1.7dB civarı kaybı büyük oranda yok eder diye düşünüyorum.

 

[mehmet.akpinar]

Bence bu devre tam class-A olmamış. CLASS-BA gibi birşey.
Full CLASS-A için çıkış transistörüne bias uygulanmalıdır. Yani sukunette bile çalışıyor olmalıdır.
Girişte sinyal yokken teorik olarak op-amp çıkışında da sinyal olmayacağına göre çıkış transistörün yalıtımda demektir.
Tavsiyem çıkışa COMPLEMENTARY transistör ikilisi koyman ve küçük bir bias uygulamandır.

https://forum.digikey.com/t/what-is-a-complementary-transistor-pair/46497

 

[AG Mehmet]

op-amp çıkışından birkaç mA sabit akım çektirmek "Rb" ile, (hafif Class-A bias) genellikle daha kolay bir yöntemdir