Further Development of a High Gain Microphone Preamplifier : API 500-Series Compatible Module

The purpose of this thesis work was to improve an existing microphone preamplifier design for Sandhill Audio Oy in order to accomplish better distortion performance and better suitability for digital control of the unit. The environment the preamplifier will be used in, as well as its boundary conditions are introduced in the first section of this thesis work. Most recording chain components are briefly explained and signal level ranges are investigated. The main design focus was put on improving the analog circuit design, although, for the sake of clarity the basic structure of the digital control system is also briefly explained. The front end gain structure was designed to accommodate a digitally controlled relay switching, the equalizer was changed from active to passive and the drive capability of the output section was drastically improved. Also an improved level indicator circuit was introduced. To accomplish one of the most important targets, low distortion, characteristics of the input and output transformers were examined in depth. Also operational amplifier nonlinearities were measured and the circuit was fine-tuned for lowest possible distortion. The result of this thesis work is an optimized design of the analog circuit operating in an API 500-series environment. The circuit is a very high performance preamplifier which is ready to be applied in a production unit with very little or no changes.Tämän insinöörityön tarkoituksena oli parannella olemassa olevaa prototyyppiasteelle rakennettua mikrofonietuvahvistinta Sandhill Audio Oy:lle. Tavoitteena oli parantaa laitteen säröarvoja ja mukauttaa analogielektroniikka sopeutumaan digitaaliseen ohjausjärjestelmään. Työn ensimmäisessä osassa tutkitaan laitteen käyttöympäristöä ja sen analogipiirin suunnittelulle asettamia reunaehtoja. Oleellisimmat äänitysketjun osat selitettään tässä osassa ja samalla tutkitaan sovellettavia signaalitasoja. Suunnittelussa perehdyttiin pääasiallisesti analogielektroniikan optimointiin, mutta kokonaiskuvan vuoksi myös digitaalisen ohjausjärjestelmän toiminta on selitetty lyhyesti. Jännitevahvistusasteen rakenne muokattiin toimimaan paremmin mikroprosessoriohjattujen releiden kanssa, taajuuskorjain muutettiin aktiivisesta passiiviseksi ja linjavahvistinasteen suorituskykyä ja luotettavuutta parannettiin huomattavasti. Samalla suunniteltiin paranneltu tasoilmaisin. Asetettujen tavoitteiden saavuttamiseksi tuli tulo- ja lähtömuuntajien ominaisuuksia tutkia tarkemmin. Myös operaatiovahvistimien epälineaarisuutta tutkittiin ja kytkentä mukautettiin saadun tiedon perusteella tuottamaan mahdollisimman pienen harmonisen särön. Työn tuloksena saatiin korkealaatuinen API-500 sarjaan yhteensopiva analogikytkentä jota voidaan soveltaa kaupallistettavaan tuotteeseen hyvin pienin muutoksin