Passiv forforsterker

Innledning

Begrepet passiv forforsterker er faktisk en selvmotsigelse siden den ikke har noen forsterkning. I motsetning til aktive forforsterkere, som bruker en strømforsyning og aktive komponenter (som operasjonsforsterkere, transistorer eller vakuumrør) for å øke signalstyrken, bruker passive forforsterkere utelukkende passive komponenter. En passiv forforsterker kan beskrives som en ren attenuator med integrert volumkontroll og inngangsvelger. Hovedfunksjonen er å regulere spenningen til signalet uten å legge til noen forsterkning eller påvirke signalets tonale egenskaper.

Fordeler

Den primære fordelen med en passiv forforsterker er mangelen på aktive komponenter. Dette betyr at den teoretisk sett ikke introduserer støy, heller ikke total harmonisk forvrengning (THD) eller intermodulasjonsforvrengning (IMD), gitt at den ikke krever en ekstern strømforsyning. Samtidig reduserer dette også risikoen for fasefeil og oversving som kan oppstå i aktive kretser. Siden det ikke er noen strømforsyning, er det heller ikke noen elektromagnetisk interferens (EMI) eller jordingsproblemer, noe som resulterer i renere signalveier.

Ulemper

Selv om passive forforsterkere har mange fordeler, introduserer fraværet av aktiv buffer og forsterkning også tekniske begrensninger som må vurderes nøye.

Passive forforsterkere kan bare redusere, ikke forsterke, signalet. Dette gjør dem avhengige av at kildene har tilstrekkelig utgangsspenning. I tilfeller hvor kilden har lav utgangsspenning, kan det nødvendige nivået for å drive effektforsterkeren, mangle, spesielt hvis effektforsterkeren har lav følsomhet.

Foruten mangel på forsterkning, blir impedansmistilpasning ofte fremhevet som en stor ulempe. Figuren under viser en skjematisk fremstilling av signalveien fra kilden (Tuner, CD etc.) via den passive forforsterkeren og signalkabelen til effektforsterkeren.

I figuren representerer motstanden R_S kildemotstanden fra Tuner, CD etc. i tillegg til potensiometerets utgangsmotstand. I min egen forforsterker bruker jeg et 10 kohm potensiometer. Fra dette potensiometeret alene er maksimal motstand 1/4 av 10 kohm: 2,5 kohm.

Dette er også verdien av kildemotstanden R_S hvis utgangsmotstanden fra tuner, CD osv. er omtrent 0 ohm. Imidlertid vil denne utgangsmotstanden typisk være mellom noen få ohm til kanskje 1 kohm. I sistnevnte tilfelle vil forforsterkeren dempe signalet med ca. 10/11 ganger hvis effektforsterkeren har en inngangsimpedans RL høy nok til å neglisjeres. Dette betyr også at kildemotstanden R_S maksimalt vil være ca. 2,8 kohm.

For å unngå at effektforsterkerens inngangsimpedans også demper signalet for mye, kan man kreve at effektforsterkerens inngangsmotstand R_L ikke er mye lavere enn 10 ganger maksimal R_S, dvs. ca. 30 kohm.

Modellering av kabelen er ikke en enkel oppgave, men det enkleste er å se på kapasitansen per lengdeenhet: pF/m. Det virker som denne typisk er omtrent C = 50 pF/m. En rask beregning med vår R_S på ca. 3 kohm (med høy R_L, en lavere R_L vil redusere motstanden), vil gi oss en grensefrekvens på ca.:

f₁ = 1/(2πR_SC) = 1 MHz

Dette er godt over audioområdet og er i kontrast til påstander om at passive forforsterkere begrenser høyfrekvent gjengivelse og/eller reduserer dynamikken i signalet. Selv med en 10 meter kabel vil jeg anta at kabelkapasitans ikke er noe problem hvis kilden din har en rimelig utgangsimpedans. Det er selvfølgelig sant at grensefrekvensen er avhengig av voluminnstillingen, men vi snakker om veldig høye frekvenser, langt over audiofrekvensene. Men hvis R_L er for liten i forhold til R_S, kan signalet bli for mye dempet.

En praktisk forforsterker

Figuren under viser det forenklede skjemaet for min egen passive forforsterker (én kanal).

Det brukes en gammeldags løsning med inngangsvelger og båndmonitorfunksjon. Inngangen kalt Record er koblet til min Streamer. Volumpotensiometeret har en verdi på 10 kohm. Inngangsimpedansen til effektforsterkeren min er ca 33 kohm, men dette har ikke vært noe problem. Heller ikke mangel på forsterkning har vært et problem.

Nedenfor er bilder av forforsterkeren.

Skjema

Det komplette skjemaet av forforsterkeren er vist i figuren nedenfor.

Phono-kontaktene J1-3 er for kildeinngangene: Phono, Tuner og CD, mens J4 er for Record-inngangen. Motstandene R1-R4 isolerer inngangsjordene fra utgangsjorden. Velgeren SW1 velger mellom kildeinngangene. Utgangene fra denne mates til kilde/monitor-velgeren SW2 og til velgerne J7 og J8. Disse brukes til å velge mellom utgangen fra volumpotensiometeret RV1 eller fra utgangen til bryteren SW1. Velgeren SW2 velger mellom kildene fra SW1 og Rec-inngangen. Midtpunktet på denne bryteren har en mute-funksjon (utgangen er jordet). Fra SW2 føres signalene til volumpotensiometeret og videre til forforsterkerens utgangskontakt J6. Vær oppmerksom på at det også er mulig å bruke utgangskontakten J5 som en parallell forforsterkerutgang.

Kretskort

Utlegget til det komplette skjemaet til forsterkeren er vist i figuren nedenfor. Til slutt ble volumkontrollen endret fra Elma RK27 til et potensiometer kalt DACT, som yter bedre.

Med 3D i KiCad ser kretskortet slik ut:

Stykkliste

R1-R4 10 ohm (ikke kritisk) 0,6 W 1% metallfilmmotstand
RV1 10 kohm Potensiometer Elma RK27 (Erstattet av DACT Potensiometer i den endelige forforsterkeren)
SW1-SW2 E-Switch 1004P6T1B4M7RE
J1-J6 RCA Jack RCJ-22 Same Sky
J7-J8 Konnector Pin Header P 2,54 mm

Please notice:
This project description is for non-commercial use, only. Using this document on a site and charging a fee for download is vialation of non-commercial use and prone to demand for payment. So, for commercial use, contact me for agreement of terms. This page, however, can be downloaded for own use, and linked to, not violating term of non-commercial use.

Hjem