Je před vánocemi, a protože "divný strejda z Frýdku" nerozdává dárky, které se dají koupit v obchodě, tak právě stavím pro neteře jednoduchou "barevnou hudbu" - jejíž popis snad ještě stihnu zveřejnit v tomto roce.
Tedy minulý rok dárečky pro neteře dopadly katastrofou protože jsem vyrobil Drawdio - jako relaxační oscilátor, který nepotřebuje vypínač. V tom ale byl ten problém - děcka byly z "hrajících tužek" natolik nadšené, že tužky šly z ruky do pusinky a jak děti "oslizly" kontakty - tužky začaly - sice barytonem - ale neustále pískat, protože - lidské sliny, i po odpaření vody patrně nejsou dokonalý izolant.
Takže letos ne na řadě barevbná hudba ve formě krabice, která se dá k repráku od televizoru (nebo se do ní bude křičet pusou) mikrofon pochytá zvuky a podle toho budou blikat světýlka.
Takže úkol č. 1. - vstupní zesilovač, který "vyrovná" úroveň signálu aby se do krabičky dalo křičet z blízka i šeptat z dálky.
Úplně se bojím napsat "logaritmický zesilovač" - protože to mě lidi budou mít za blázna.
Stejně tak se bojím napsat "kompresor dynamiky" - protože to je "černou magií" opředený komponent u kterého "skuteční hifisti" hodnotí jestli má dostatečně křišťálový zvuk s fialkovým závanem v basech ....
Protože ale všechno se vším souvisí tak obvod, který probereme - je de-facto logaritmický zesilovač (pro malé signály) a limiter (pro silné signály). Takže vo co go. Na obrázku máte klasický zesilovač s antiparalelně zapojenými diodami ve zpětné vazbě. Vtip je v tom, že pro slabé signály, kdy diodami tečnou mikroampérové proudy má dioda relativně velký vnitřní odpor. Obráceně řečeno - pokud ne napěťový rozdíl mezi výstupen operačního zesilovače a invertujícím vstupem malinkatý (v milivoltech) diody jsou téměř zavřené a dělají "obrovský odpor" ve zpětné vazbě - tudíž veliké zesílení.
Naopak pro obrovské signály (ve voltech a v desítkách miliampérů) se diody otevřou a lze říci že amplituda signálu - špička -špička - z tohoto zapojení nikdy nebude větší než 2x0,7V (dvakrát spád na otevřené diodě).
Jenomže "ďábel se skrývá v detailech" - tedy toto zapojení je překvapivě náročné na rychlost operačního zesilovače. Podle mých zkušeností "zcela obyč." LM324 která má "šířku pásma" alias GBW (Gain Bandwith) do 1 MHZ nebude v tomto zapojení fungovat do vyšších frekvencí než asi 1 kHz !!! Vtip je totiž vtom, že když do zapojení pustíte sinusovku tak - logaritmická odezva se projevuje během každé periody a v místě přechodu nulou se dokonce obě diody uzavřou a zesilovač musí "toto místo" překonat bez zpětné vazby - což na něj klade enornmí nároky právě z hlediska šířky pásma, protože silná zpětná vazba je právě to co operační zesilovače "honí" do vyšších frekvencí.
Druhý problém - představte si že investujete 800,- a koupíte nějaký multi gigahertzový operák od Linearu. Pak začnou problémy jinde - už od stovek kilohertzů se začně projevovat nezanedbatelná kapacita diod - a ony místo aby se pravidelně uzavíraly - budou fungovat jakoby paralelně s nimi byl zapojený kondenzátor s několika desítkami pikofaradů. Proto i pro běžné použití doporučují spíše klasické (ne schottky) hrotové a rychlé diody. Pro začátek stačí i obyč 1n4148 - ale to je jen základ pro nízké frekvence.
Je tedy jasné, že za jednoduchost zapojení platíme enormními nároky na vlastnosti součástek a to i pro celkem nízké frekvence. Tohle zapojení má navíc ještě jenu zákeřnost. Odpor R1 (dopručená hodnota 1K) slouží zároveň jako součást vstupního RC členu a zároveň jako prvek, který určuje proud diodami. Z hlediska RC členu potřebujeme jeho hodnotu co největší (abychom nemuseli používat obrovskou hodnotu C1). Z hlediska zesílení je šak absolutně nejvyšší hodnota kterou si můžeme dovolit kolem 100K nad tuto hodnotu se nám zapojení změní v zesilovač se zesílením 1 a limitací pro amplitudu 0,7V.
Tak jsem vymyslel něco trošku jiného. Tedy vlastně stejného ale v neinvertujícím provedení. Tím můžeme měnit R1 zvlášť bez vlivu na vstupní kondenzátor C1 a velikost děliče R2, R3 můžeme zvolit tak velkou abychom jako C1 mohli použít běžný fóliový nebo keramický kondenzátor. Zato musíme použít veliký kondenzátor C3, ten ale de-facto není přímo v cestě signálu a navíc je jasně polarizovaný, takže tam snadno můžeme použít elektrolyt.
Tedy při mnou doporučeném JFETovém zesilovači TL072, při mnou dporučeném odporu R1 -100 ohm - 1K a mnou dporučených diodách 1n4148. Bude tento zesilovač mít přibližně logaritmickou odezvu pro vstupní signály od 1mV do 1V s frekvencí maximálně 10 KHz (lépe jen 1 kHz).
Posledních pár otázek
- proč JFET - protože při malých signálech jsou proudy diodami nepatrné ( v nanoampérech) a proud do vstupů bipolárního zesilovače by je narušoval.
- Co R4 - to je "volitelný odpor", který pokud použijeme dosti velký (doporučuju 1Mega a více) tak omezí problémy které má zesilovač ze zavřených diod, když prochází nulou - ovšem za cenu zhošení vlastností pro slabé signály ...
Takže to je celé - vím, že to není moc a proto bych takový zesilovač do robotů nikdy nedal, ale pro krabičku do které "hulákají děti" ??? Asi to stačí - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - víte že po svatbě je dobré "hrát slušňačku" ve společnosti, ale v posteli můžete "odhodit zábrany" protože chlap na druhé polovině postele už stejně nemůže utéct (nebo se mu to dokonce líbí ) ....