Микрофонный усилитель на микросхеме для электретного микрофона

Усилитель для электретного микрофона с АРУ

При изучении схем подключения электретных микрофонов [1] вызывает глубокое удивление их однообразность. Точка соединения микрофона и нагрузочного резистора подключается к собственно усилителю через разделительный конденсатор (Рис. 1) в 100% изученных схем.


Рис. 1

Возможно, существуют и другие схемы подключения, но автору они не встречались. В то же время любой, кто плотно и долго связан со звуковоспроизведением, видимо, не будет резко возражать против того факта, что любой конденсатор на пути звукового сигнала, является нежелательным компонентом. Особенно это касается электролитических конденсаторов, поневоле применяемых в случае достаточно низкого входного сопротивления усилительного каскада.

Прикидочное исследование режимов работы электретных микрофонов [2] показало, что, во-первых, они представляют собой источники тока и, во-вторых, максимальная амплитуда их выходного сигнала наблюдается, когда падения напряжения на микрофоне и нагрузочном резисторе одинаковы.

Рассмотрим одну из известных [3] схем микрофонного усилителя с системой АРУ, выполненного на ОУ (Рис. 2).


Рис. 2

Схема состоит из собственно неинвертирующего усилителя на ОУ DA1, на неинвертирующий вход которого поступает искусственная средняя точка с делителя R3R4, а также входной сигнал через разделительный конденсатор С2; управляемый делитель сигнала ООС (резистор R5, конденсатор С1 и сопротивление канала полевого транзистора с P-N переходом VT1); детектора выходного усиленного сигнала (конденсаторы С3,С4 и диоды VD1, VD2 ). Продетектированный выходной сигнал отрицательной полярности управляет проводимостью канала VT1, увеличивая его, за счет чего снижается коэффициент усиления ОУ.

Учитывая наличие постоянной составляющей делителя, образованного электретным микрофоном и его нагрузочным резистором, можно сделать вывод, что компоненты C2R3R4 – совершенно лишние. Роль R4 прекрасно выполняет сам микрофон, а R3 – его нагрузочный резистор. Конденсатор же С2 – вообще лишний, как класс.

В итоге получилась схема, приведенная на рис. 3.


Рис. 3

RC-фильтра R3C1 обеспечивает дополнительную фильтрацию напряжения питания электретного микрофона. В принципе, он опциональный (необязательный), но вообще-то, довольно полезен. Номинал резистора R1 подбирается такой величины, чтобы в точке его соединения с микрофоном была примерно половина напряжения питания. Резисторы R4R6 линеаризируют передаточную функцию управляемого резистора на полевом транзисторе VT1.

Вместо резистора R5 в цепи ООС может быть включен двойной Т-образный фильтр (справа), поднимающий полосу частот, соответствующую диапазону голоса. Его АЧХ показана на плоттере Боде из измерительных приборов Мультисима (внизу)

Естественно, любые теоретические разглагольствования могут быть приняты во внимание только в случае их подтверждения практикой. Поэтому схема, показанная на рис. 3, была исследована на макете.

Использованы имевшиеся в наличии микромощный ОУ на МОП-транзисторах TLC271 и TL081. Результаты были идентичными. В принципе, в качестве ОУ можно использовать любой “звуковой” ОУ (к которым категорически НЕ относятся LM358/324 и их клоны. ). Электретный микрофон для этих экспериментов был использован типа J60. Повторять эксперименты с другими микрофонами было сочтено нецелесообразным по затратам времени. Эпюры сигналов с выхода ОУ регистрировались цифровым осциллографом “RIGOL DS1052E”. “Тестовой фразой”, проговариваемой в микрофон с примерно одинаковой громкостью, была: “Раз-два-три-четыре-пять, вышел зайчик погулять”. Конечно, для чистоты эксперимента было бы желательно использовать запись, воспроизводимую через динамик, но уж что получилось, то получилось.

Вначале была исследована схема без АРУ. Детектор и полевой транзистор не подключались, а от нижнего вывода конденсатора С2 к общей минусовой шине был подключен резистор 10 кОм. Т.о., коэффициент усиления составил 11. Выходной сигнал при быстрой (10 мс/дел) и медленной (100 мс/дел) развертках на расстоянии 20 см ото рта до микрофона показаны, соответственно, на рис 4.

Вызвал удивление размах сигнала (пик-пик), составивший более 2 В. А это значит, что сигнал с микрофона составлял около 200 мВ.

Далее вместо резистора 10 кОм был подключен полевой транзистор КП303Ж с начальным током стока 0,85 мА и напряжением отсечки 0,7 В. Его затвор был подключен к минусовой шине, благодаря чему обеспечивалось минимальное сопротивление его канала и, соответственно, максимальное усиление. Выходной сигнал такой схемы показан на рис. 5.

Как видно, сигнал с микрофона усиливается избыточно, аж до клипирования, что свидетельствует о применимости полевого транзистора с таким небольшим начальным током стока при сопротивлении резистора ООС порядка 100 кОм.

Далее исследовалась полная схема, со всеми, показанными на рис. 3 компонентами. Выходные сигналы при проговаривании “тестовой фразы” с расстояния, соответственно, 20 и 60 см (при медленной развертке) показаны на рис. 6, а с расстояния 60 (при быстрой развертке) – на рис. 7.

Как видно из этих эпюр, размах сигнала составил около 4 В при удовлетворительной форме, чего вполне достаточно для обычных применений. К сожалению, первоначальный “выброс” амплитуды (пока система АРУ еще не сработала), зарегистрировать не удалось. Суслик был не виден, но на слух он присутствовал.

Наконец, были исследованы еще два полевых транзистора с бОльшим начальным током стока и напряжением отсечки (соответственно, еще один КП303Ж с начальным током стока 1,2 мА и напряжением отсечки 0,9 В, а также КП303В с начальным током стока 2,6 мА и напряжением отсечки 1,2 В). Выходной сигнал с первым из них при расстоянии до микрофона 20 см (при медленной развертке) показан на рис. 8, а выходные сигналы со вторым при расстоянии до микрофона 10 см и 40 см (при медленной развертке) показаны на рис. 9.

В первом случае размах сигнала составил почти 5 В, а во втором — почти 7 В!

Из этих экспериментально полученных данных видно, что для практических целей желательно использовать полевые транзисторы с минимально возможным напряжением отсечки. Начальный ток стока существенно не влияет на стабилизируемую амплитуду выходного сигнала при данном сопротивлении резистора ООС.

Наконец, был апробирован режим “мютирования” (заглушения) микрофона путем короткого замыкания инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ. На слух “щелчков” при таком способе мютирования не наблюдалось.

На “закуску” — аналогичная по функции схема, выполненная на транзисторах (может, кому приглянется): Рис. 10. Правда, она не макетировалась “вживую”, только симулировалась в Мультисиме. Показала практически такие же результаты, как и схема на ОУ.

Полевой транзистор Q1 с резистором R1 представляют собой модель электретного микрофона. Номиналом нагрузочного резистора R2 подбирается половина напряжения питания в точке соединения его с микрофоном. Номиналом резистора R4 подбирается равенство коллекторных токов Q2 и Q3. Полевой транзистор Q4 с резистором R5 представляет собой параметрический генератор тока для дифкаскада на транзисторах Q2 и Q3. Аналогичную роль играет и транзистор Q7 с резистором R9. для транзистора Q6. В принципе, эти генераторы тока могут быть заменены на обычные резисторы, но с ними параметры усилителя получше по определению. Наконец, переменный резистор в цепи ООС на транзисторе Q5 и детектор выходного сигнала — такие же, как в схеме на ОУ.

Выводы:

  1. На суд представлен еще один усилитель для электретного микрофона, не претендующий на исключительность, но несколько более простой, чем известные. За счет исключения одного разделительного конденсатора в тракте прохождения звукового сигнала — более качественный по определению.
  2. Учитывая достаточно высокое значение коэффициента усиления, обеспечиваемого этим усилителем, ОУ для него, для обеспечения достаточной полосы пропускания, должны иметь граничную частоту хотя бы 5. 10 мГц.
  3. Данный усилитель без системы АРУ может быть использован для высокочувствительного усиления сигналов с электретного микрофона.

Предусилитель для микрофона. Подборка схем

Предусилитель для микрофона, он же предварительный усилитель или усилитель для микрофона — это такой вид усилителя, назначение которого — усиление слабого сигнала до величины линейного уровня (порядка 0,5-1,5 вольт), то есть до приемлемой величины, при которой работают обычные усилители звуковой мощности.

Входным источником акустических сигналов для предварительного усилителя обычно являются звукосниматели виниловых пластинок, микрофоны, звукосниматели различных музыкальных инструментов. Ниже приводится три схемы микрофонных усилителей на транзисторах, а так же вариант усилителя микрофона на микросхеме 4558. Все их без труда можно собрать своими руками.

Схема простого микрофонного предусилителя на одном транзисторе

Данная схема микрофонного предусилителя работает как с динамическим, так и с электретными микрофонами.

Динамические микрофоны по конструкции схожи с громкоговорителями. Акустическая волна оказывает воздействие на мембрану и на прикрепленную к ней акустическую катушку. В момент колебания мембраны, в катушке, находящейся под воздействием магнитного поля постоянного магнита, образуется электрический ток.

Работа электретных микрофонов базируется на возможности определенных видов материалов с повышенной диэлектрической проницаемостью (электретов) менять поверхностный заряд под воздействием акустической волны. Данный тип микрофонов отличается от динамического высоким входным сопротивлением.

При использовании электретного микрофона, для смещения напряжения на микрофоне, необходимо установить сопротивление R1

микрофонный усилитель на одном транзисторе

Поскольку эта схема микрофонного усилителя для динамического микрофона, то при использовании электродинамического микрофона его сопротивление должно быть в диапазоне от 200 до 600 Ом. При этом конденсатор C1 необходимо поставить до 10 мкф. Если это будет электролитический конденсатор, то его плюсовой вывод необходимо подключить в сторону транзистора.

Питание осуществляется от батареи крона или же от стабилизированного источника питания. Хотя лучше от батареи, чтобы исключить шумы. Биполярный транзистор BC547 можно заменить на отечественный КТ3102. Конденсаторы электролитические на напряжение 16 вольт. Для предотвращения помех, подключать предусилитель к источнику сигнала и к входу усилителя необходимо экранированным проводом. Если необходимо дальнейшее мощное усиление звука, то можно собрать усилитель на микросхеме TDA2030.

Читайте также:  Чувствительный микрофонный усилитель

Микрофонный предварительный усилитель на 2-х транзисторах

Структура построения любого предусилителя очень сильно влияет на его шумовые характеристики. Если брать во внимание тот факт, что используемые в схеме предусилителя качественные радиодетали все равно в той или иной мере приводят к искажениям (шумам), то очевидно, что единственный выход получить более-менее качественный микрофонный усилитель — это сократить число радиокомпонентов схемы. Примером может послужить следующая схема двухкаскадного предварительного усилителя на транзисторах.

В данном варианте количество разделительных конденсаторов сведено к минимуму, поскольку транзисторы включены по схеме с общим эмиттером. Так же между каскадами существует непосредственная связь. Для стабилизации режима работы схемы, при изменении внешней температуры и напряжения питания, в схему добавлена ООС по постоянному току.

Предусилитель для электретного микрофона на трех транзисторах

Это еще один вариант микрофонного усилителя для электретного микрофона. Особенность данной схемы усилителя для микрофона в том, что подача питания на схему предусилителя осуществляется по тому же проводнику (фантомное питание) по которому идет входной сигнал.

Данный микрофонный предусилитель предназначен для совместной работы с электретным микрофоном, например, МКЭ-3. Напряжение питания на микрофон идет через сопротивление R1. Аудио сигнал с выхода микрофона поступает на базу VT1 через конденсатор С1. Делителем напряжения, состоящим из сопротивлений R2, R3 создается необходимое смещение на базе VT1 (примерно 0,6 В). Усиленный сигнал с резистора R5, выступающий в роли нагрузки, идет на базу VT2 который является частью эмиттерного повторителя на VT2 и VT3.

Возле разъема на выходе, установлены дополнительно два элемента: нагрузочное сопротивление R6, через которое идет питание, и разделительный конденсатор СЗ, отделяющий выходной аудио сигнал от напряжения питания.

Предварительный микрофонный усилитель на микросхеме 4558

Операционный усилитель 4558 выпускается фирмой ROHM. Он характеризуется как маломощный и малошумящий усилитель. Применяется данная микросхема в усилителе микрофона, звуковых усилителях, активных фильтрах, генераторах управляемых напряжением. Микросхема 4558 имеет внутреннюю фазовую компенсацию, увеличенный порог входного напряжения, большой коэффициент усиления и малый уровень шума. Также у данного операционного усилителя имеется защита от короткого замыкания.

Микросхема 4558- характеристики

Скачать datasheet 4558 (140,5 KiB, скачано: 2 649)

предусилитель микрофона на 4558

Это хороший вариант для постройки микрофонного предусилителя на микросхеме. Схема предусилителя для микрофона отличается высоким качеством усиления, простотой и не требует большой обвязки. Этот микрофонный усилитель для динамического микрофона также хорошо работает и с электретными микрофонами.

При безошибочной сборке, схема не требует настройки и начинает работать сразу. Наибольший ток потребления – 9 мА, а в состоянии покоя потребляемый ток в районе 3 мА.

HamRadio

Универсальный микрофонный усилитель может работать с популярными электретными микрофонами с двумя и тремя выводами. Хорошее качество звука было достигнуто, в частности, благодаря использованию таких компонентов как танталовые конденсаторы и малошумящего операционного усилителя NE5532. Благодаря этому усилитель имеет такие не плохие параметры, что подходит для работы с качественными динамическими микрофонами.

Схема универсальный микрофонный усилитель приведена на рисунке. Как видите, схема питается от одного напряжения. Для питания электретных микрофонов предусмотрена дополнительная цепочка R1, C2, R2. Схема содержит два каскада с регулируемым усилением. Усиление первого каскада (U1A) плавно регулируется потенциометром POT1 в диапазоне 1 … 10x. Усиление второго каскада можно ступенчато изменять с помощью перемычки JP2. Если выводы JP2 не закорочены, усиление будет наибольшим, что определяется соотношением резисторов R8 / R5. Когда перемычка JP2 подключена к R8 или R7 параллельно с R8, усиление будет меньше. Параллельное соединение R7 (9,1ком) с резистором R 8 (22 ком) дает сопротивление 6,4 ком, то есть в 3,2 раза больше, чем сопротивление полученного соединения R6, R8, и в 3,4 раза ниже, чем сопротивление R8.

При заданных значениях элементов усиление второго каскада будет, 10x (без перемычки), 2,9x (подключено R7), 0,91x (подключено R6). Таким образом, общее усиление может быть точно отрегулировано в диапазоне 0,9 … 100x. Такого диапазона достаточно для работы с стандартными микрофонами, в том числе динамическими, но у кого есть желание увеличить максимальное усиление до 600x (55 дБ), может уменьшить значение R11 даже до 360ом (из-за чего усиление на первой ступени увеличится до 28x), а также уменьшить значение R5 , до 1ком (что увеличивает усиление второй ступени до 22x).

В базовой версии универсальный микрофонный усилитель предусмотрен операционный усилитель NE5532 – микросхема, специально разработанная для применения в радиоаппаратуре и по сей день с успехом используемая также в профессиональном оборудовании. Схема преднамеренно использует два каскада усиления – каждый каскад дает большой запас усиления и гарантирует широкую полосу пропускания и отличные динамические параметры. Измерения показали, что даже при максимальном усилении (100x или 40 дБ) ширина полосы достигает более 25 кГц. Нелинейные искажения незначительны. При максимальном усилении в выходном сигнале 5 В нелинейные искажения составляли менее 0,09%. При усилении 20x (26 дБ) искажения и шум этой простой схемы составляли менее 0,03%.

Универсальный микрофонный усилитель также будет хорошо работать с популярными операционными усилителями TL072 и TL082. Эти усилители имеют больше шума, но при работе с электретным микрофоном это не имеет значения из-за большого уровня сигнала, получаемого от таких микрофонов. Потребляемая мощность снизится примерно до 3 мА (по сравнению с 10 мА для NE5532), что важно для питания батареи. Дальнейшее снижение потребления тока возможно после использования микросхемы TL062. Потребляемый ток снизится примерно до 0,5 мА, и благодаря двум каскадам усиления даже при максимальном усилении полоса пропускания будет по-прежнему шире, чем 20 кГц.

9-вольтовый аккумулятор емкостью 400 … 500мАч достаточен для многих часов работы такого очень экономичного усилителя. В схемах, где используется электретный микрофон, вы можете уверенно использовать TL072, TL082 и TL062. Только для работы с динамическим микрофоном хорошего качества, стоит использовать микросхему NE5532, которая обеспечит превосходные параметры и позволит использовать все преимущества этого микрофона. Универсальный микрофонный усилитель был собран на небольшой монтажной плате, показанной на рисунке.

Стоит применить панельку для интегральной микросхемы, которая значительно облегчит эксперименты и можно будет сравнит параметры схемы с различными операционными усилителями. Как стандарт, миниатюрный подстроечный потенциометр будет использоваться как POT1. Дополнительный внешний потенциометр может быть присоединен к разъему JP3 с маркировкой POT *, тогда мы не будем устанавливать подстроечный потенциометр. Из-за возможных внешних наводок такие кабели должны быть как можно короче. Потенциометр будет использоваться для плавной регулировки усиления, а не в качестве типичного регулятора громкости (потому что вы не можете уменьшить усиление до нуля с ним). Представленная схема имеет высокий коэффициент усиления, поэтому он может легко «собирать» различные помехи, в том числе и через входные цепи, поэтому микрофон должен быть подключен с помощью экранированного кабеля.

Питание для трех контактного электретного микрофона следует брать непосредственно с конденсатора С2, оставляя перемычку JP1 в положении (контакты 1-2). При использовании динамического микрофона перемычку JP1 следует оставлять в положении (контакты 2-3). Схема может питаться от напряжения в широком диапазоне от 7 до 20 В. Потребляемый ток в основном определяется операционным усилителем.

УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРЕТНОГО МИКРОФОНА

Идея сборки усилителя для микрофона давно витала в голове. Собравшись с силами, приступил к поиску схем усилителей. Большинство схем, просмотренных мною, были на ОУ, что не нравилось. Хотелось собрать проще, лучше и меньше (для ноутбука, ибо встроенный делали, видимо, только для галочки – качество плохое). И вот после недолгого поиска, была найдена и протестирована схема усилителя микрофонного сигнала с фантомным питанием. Фантомное питание (это когда питание и передача информации осуществляется по одному проводу) – огромный плюс этой схемы, ведь оно избавляет нас от сторонних источников питания и проблем связанных с ними. Например: если мы будем питать усилитель от простой батарейки, то она рано или поздно сядет, что приведет к неработоспобности схемы в данный момент; если будем питать от аккумулятора, то его придется рано или поздно заряжать, что тоже приведет к некоторым трудностям и ненужным движениям; если будем питать от БП, то здесь есть два минуса, которые, по моему мнению, отбрасывают вариант его использования – это провода (для питания нашего УМ) и помехи. От помех можно избавится многими способами (поставить стабилизатор, всяческие фильтры и т.д.), то от проводов избавиться не так уж и просто (можно, правда, сделать передачу энергии на расстоянии, но зачем городить целый комплекс устройств, для питания какого-то микрофонного усилителя?) к тому же это снижает практичность устройства. Перейдем к схеме:

Схема усилителя для электретного микрофона

Вариант схемы усилителя для динамического микрофона

Схема отличается своей супер-простотой и мега-повторяемостью, в схеме два резистора (R1, 2), два конденсатора (C2, 3), штекер 3,5 (J1), один электретный микрофон и транзистор. Конденсатор С3 работает в качестве фильтра микрофона. Емкостью С2 на пренебрегать, то есть не надо ставить ни больше, ни меньше от номинала, указанного в схеме, иначе это повлечет за собой кучу помех. Транзистор Т1 ставим отечественный кт3102. Для уменьшения размеров устройства, использовал SMD транзистор с маркировкой «1Ks». Если ты вообще незнаешь как паять – вперед на форум.

При замене Т1 особых изменений в качестве не последовало. Все остальные детали тоже в SMD корпусах, в том числе и конденсатор С3. Вся плата получилась довольно-таки маленькая, правда можно сделать ее еще меньше, используя технологию изготовления печатных плат ЛУТ. Но обошелся и простым полумиллиметровым перманентным маркером. Вытравил плату в хлорном железе за 5 минут. Получилась вот такая плата усилителя микрофона, которая крепится к штекеру 3,5.

Все это неплохо помещается внутрь кожуха от штекера. Если тоже будете так делать, то советую делать плату как можно меньше, так как у меня она деформировала кожух и поменяла его форму. Плату желательно промыть растворителем или ацетоном. В итоге получилось такое полезное устройство, с хорошей чувствительностью:

Прежде чем подключать микрофон к компьютеру, проверь все контакты и есть ли на входе микрофона питание +5v (а оно должно быть), во избежание комментариев типа: «Я собрал точно как в схеме а оно не работает!». Это можно сделать так: подключаешь новый штекер к разъему микрофона и меряешь напряжение вольтметром между массой (большим отводом) и двумя короткими отводами для пайки. Постарайся на всякий случай не закоротить между собой выводы штекера, когда будешь измерять напряжение. Что тогда будет, не знаю и проверять не хочу. У меня микрофонный усилитель работает уже 3 месяца, качеством и чувствительностью полностью доволен. Собирайте и отписывайтесь на форуме о своих результатах, вопросах, и, может быть даже о доработках корпуса, схемы и методах их изготовления. С вами был BFG5000, удачи!

Обсудить статью УСИЛИТЕЛЬ ЭЛЕКТРЕТНОГО МИКРОФОНА

Высокочувствительные микрофоны с малошумящими усилителями НЧ

Рассмотрены схемы и конструкции высокочувствительных микрофонов в комплексе с самодельными малошумящими усилителями низкой частоты (УНЧ).

Конструирование чувствительного и малошумящего усилителя (УНЧ) имеет свои особенности. Наибольшее влияние на качество воспроизведения звуков и разборчивость речи оказывают амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя, уровень его шумов, параметры микрофона (АЧХ, диаграмма направленности, чувствительность и т.д.) или заменяющих его датчиков, а также их взаимная согласованность с усилителем. Усилитель должен иметь достаточное усиление.

При использовании микрофона – это 60дб-80дб, т.е. 1000-10000 раз. Учитывая особенности приема полезного сигнала и его низкую величину в условиях сравнительно значительного уровня помех, которые существуют всегда, целесообразно в конструкции усилителя предусмотреть возможность коррекции АХЧ, те. частотной селекции обрабатываемого сигнала.

При этом необходимо учитывать, что наиболее информативный участок звукового диапазона сосредоточен в полосе от 300 Гц до 3-3.5 кГц. Правда, иногда с целью уменьшения помех эту полосу сокращают еще больше. Использование полосового фильтра в составе усилителя позволяет значительно увеличить дальность прослушивания (в 2 и более раз).

Еще большей дальности можно достичь использованием в составе УНЧ селективных фильтров с высокой добротностью, позволяющих выделять или подавлять сигнал на определенных частотах. Это дает возможность значительно повысить соотношение сигнал/шум.

Элементарная база

Современная элементная база позволяет создавать качественные УНЧ на основе малошумящих операционных усилителей (ОУ), например, К548УН1, К548УН2, К548УНЗ, КР140УД12, КР140УД20 и т.д.

Однако, несмотря широкую номенклатуру специализированных микросхем и ОУ, и их высокие параметры, УНЧ на транзисторах в настоящее время не потеряли своего значения. Использование современных, малошумящих транзисторов, особенно в первом каскаде, позволяет создать оптимальные по параметрам и сложности усилители : малошумящие, компактные, экономичные, рассчитанные на низковольтное питание. Поэтому транзисторные УНЧ часто оказываются хорошей альтернативой усилителям на интегральных микросхемах.

Для минимизации уровня шумов в усилителях, особенно в первых каскадах, целесообразно использовать высококачественные элементы. К таким элементам относятся малошумящие биполярные транзисторы с высоким коэффициентом усиления, например, КТ3102, КТ3107. Однако в зависимости от назначения УНЧ используются и полевые транзисторы.

Большое значение играют и параметры остальных элементов. В малошумящих каскадах электронных схем используют оксидные конденсаторы К53-1, К53-14, К50-35 и т. п., неполярные – КМ6, МБМ и т. п., резисторы – не хуже традиционных 5% МЛТ-0.25 и МЛ Т-0.125, лучший вариант резисторов – проволочные, безиндуктивные резисторы.

Входное сопротивление УНЧ должно соответствовать сопротивлению источника сигнала – микрофона или заменяющего его датчика. Обычно входное сопротивление УНЧ стараются сделать равным (или немного больше) сопротивлению источника-преобразователя сигнала на основных частотах.

Для минимизации электрических помех целесообразно для подключения микрофона к УНЧ использовать экранированные провода минимальной длины. Электретный микрофон МЭК-3 рекомендуется монтировать непосредственно на плате первого каскада микрофонного усилителя.

При необходимости значительного удаления микрофона от УНЧ следует использовать усилитель с дифференциальным входом, а подключение осуществлять витой парой проводов в экране. Экран подключается к схеме в одной точке общего провода максимально близко к первому ОУ. Это обеспечивает минимизацию уровня наведенных в проводах электрических помех.

Малошумящий УНЧ для микрофона на К548УН1А

На рисунке 1 представлен пример УНЧ на основе специализированной микросхемы – ИС К548УН1А, содержащей 2 малошумящих ОУ. ОУ и УНЧ, созданный на базе этих ОУ (ИС К548УН1А), рассчитаны на однополярное напряжение питания 9В – ЗОВ. В приведенной схеме УНЧ первый ОУ включен в варианте, который обеспечивает минимальный уровень шумов ОУ.

Рис. 1. Схема УНЧ на ОУ К548УН1А и варианты подключения микрофонов: а – УНЧ на ОУ К548УН1А, б – подключение динамического микрофона, в – подключение электретного микрофона, г – подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 1 :

  • R1 =240-510, R2=2.4к, R3=24к-51к (подстройка усиления),
  • R4=3к-10к, R5=1к-3к, R6=240к, R7=20к-100к (подстройка усиления), R8=10; R9=820-1.6к (для 9В);
  • С1 =0.2-0.47, С2=10мкФ-50мкФ, С3=0.1, С4=4.7мкФ-50мкФ,
  • С5=4.7мкФ-50мкФ, С6=10мкФ-50мкФ, С7=10мкФ-50мкФ, С8=0.1-0.47, С9=100мкФ-500мкФ;
  • ОУ 1 и 2 – ОУ ИС К548УН1А (Б), два ОУ в одном корпусе ИС;
  • Т1, Т2 – КТ315, КТ361 или КТ3102, КТ3107 или аналогичные;
  • D1 – стабилитрон, например, КС133, можно использовать светодиод в обычном включении, например, АЛ307;
  • М – МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т – ТМ-2А .

Выходные транзисторы данной схемы УНЧ работают без начального смещения (с Iпокоя=0). Искажения типа “ступенька” практически отсутствуют благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей второй ОУ микросхемы и выходные транзисторы. При необходимости изменения режима выходных транзисторов (Iпокоя=0) схему необходимо соответствующим образом откорректировать: включить в схему резистор или диоды между базами Т1 и Т2, два резистора по 3-5к с баз транзисторов на общий провод и провод питания.

Кстати, в УНЧ в двухтактных выходных каскадах без начального смещения хорошо работают уже устаревшие германиевые транзисторы. Это позволяет использовать с такой структурой выходного каскада ОУ с относительно низкой скоростью нарастания выходного напряжения без опасности возникновения искажений, связанных с нулевым током покоя. Для исключения опасности возбуждения усилителя на высоких частотах используется конденсатор СЗ, подключенный рядом с ОУ, и цепочка R8С8 на выходе УНЧ (достаточно часто RC на выходе усилителя можно исключить).

Малошумящий микрофонный УНЧ на транзисторах

На рисунке 2 представлен пример схемы УНЧ на транзисторах. В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию внутренних шумов УНЧ. Здесь целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током.

Это могут быть, например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные.

Рис. 2. Схема УНЧ на транзисторах и варианты подключения микрофонов: а УНЧ на транзисторах, б – подключение динамического микрофона, в – подключение электретного микрофона, г – подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 2 :

  • R1=43к-51к, R2=510к (подстройка, Uкт2=1.2В-1,8В),
  • R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=750,
  • R6=150к, R7=150к, R8=33к; R9=820-1.2к, R10=200-330,
  • R11=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В),
  • R12=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2 мА);
  • С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15мкФ-1мкФ, С3=1800,
  • С4=10мкФ-20мкФ, С5=1мкФ, С6=10мкФ-50мкФ, С7=100мкФ-500мкФ;
  • Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные,
  • Т4, Т5 – КТ315 или аналогичные, но можно и МП38А,
  • Т6 – КТ361 или аналогичные, но можно и МП42Б;
  • М – МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т – ТМ-2А.

Использование подобных транзисторов позволяет обеспечить не только устойчивую работу транзисторов при малых коллекторных токах, но и достичь хороших усилительных характеристик при низком уровне шумов.

Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (МП38А и МП42Б и т.п.). Настройка схемы сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах: 1,5В – на коллекторе Т2 и 1,5В – на эмиттерах Т5 и Т6.

Микрофонный усилитель на ОУ с дифференциальным входом

На рисунке 3 представлен пример УНЧ на ОУ с дифференциальным входом. Правильно собранный и настроенный УНЧ обеспечивает значительное подавление синфазной помехи (60 дб и более). Это обеспечивает выделение полезного сигнала при значительном уровне синфазных помех.

Следует напомнить, что синфазная помеха – помеха, поступающая в равных фазах на оба входа ОУ УНЧ, например, помеха, наведенная на оба сигнальных провода от микрофона. Для обеспечения корректной работы дифференциального каскада необходимо точно выполнить условие: R1 =R2, R3=R4.

Рис.3. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и варианты подключения микрофонов : а – УНЧ с дифференциальным входом, б – подключение динамического микрофона, в – подключение электретного микрофона, г – подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 3:

  • R1=R2=20к (равно или немного выше максимального сопротивления источника в рабочем диапазоне частот),
  • RЗ=R4=1м-2м; R5=2к-10к, R6=1к-Зк,
  • R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6), R8=10, R9=1,2к-2.4к;
  • C1=0.1-0.22, C2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
  • ОУ – КР1407УД2, КР140УД20, КР1401УД2Б, К140УД8 или другие ОУ в типовом включении, желательно с внутренней коррекцией;
  • Т1, Т2 – КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные;
  • D1 – стабилитрон, например, КС133, можно использовать светодиод в обычном включении, например, АЛ307;
  • М – МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т – ТМ-2А .

Резисторы целесообразно подобрать с помощью омметра среди 1%-резисторов с хорошей температурной стабильностью. Для обеспечения необходимого баланса рекомендуется один из четырех резисторов (например, R2 или R4) выполнить переменным. Это может быть высокоточный переменный резистор-подстроечник с внутренним редуктором.

Для минимизации шумов входное сопротивление УНЧ (значения резисторов R1 и R2) должно соответствовать сопротивлению микрофона или заменяющего его датчика. Выходные транзисторы УНЧ работают без начального смещения (с 1покоя=0). Искажения типа “ступенька” практически отсутствуют благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей второй ОУ и выходные транзисторы. При необходимости схему включения транзисторов можно изменить.

Настройка дифференциального каскада: подать синусоидальный сигнал 50 Гц на оба входа дифференциального канала одновременно, подбором величины RЗ или R4 обеспечить на выходе ОУ 1 нулевой уровень сигнала 50 Гц. Для настройки используется сигнал 50 Гц, т.к. электросеть частотой 50 Гц дает максимальный вклад в суммарную величину напряжения помехи. Хорошие резисторы и тщательная настройка позволяют достичь подавления синфазной помехи 60дб-80дб и более.

Для повышения устойчивости работы УНЧ целесообразно зашунтировать выводы питания ОУ конденсаторами и на выходе усилителя включить RC-целочку (как в схеме усилителя на рисунке 1). Для этой цели можно использовать конденсаторы КМ6.

Для подключения микрофона использована витая пара проводов в экране. Экран подключается к УНЧ (только в одной точке !!) максимально близко от входа ОУ.

Улучшеные усилители для чувствительных микрофонов

Применение в выходных каскадах УНЧ низкоскоростных ОУ и эксплуатация кремниевых транзисторов в усилителях мощности в режиме без начального смещения (ток покоя равен нулю – режим В) может, как это уже отмечалось выше, привести к переходным искажениям типа “ступенька”. В этом случае для исключения данных искажений целесообразно изменить структуру выходного каскада таким образом, чтобы выходные транзисторы работали с небольшим начальным током (режим АВ).

На рисунке 4 представлен пример подобной модернизации приведенной схемы усилителя с дифференциальным входом (рисунок 3).

Рис.4. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и с низким уровнем искажений выходного каскада.

Элементы для схемы на рисунка 4 :

  • R1=R2=20к (равно или немного выше максимального сопротивления источника в рабочем диапазоне частот),
  • RЗ=R4=1м-2м; R5=2к-10к, R6=1к-Зк,
  • R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6),
  • R8=10, R10=10к-20к,R11=10к-20к;
  • С1 =0.1-0.22, С2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
  • ОУ – К140УД8, КР1407УД2, КР140УД12, КР140УД20, КР1401УД2Б или другие ОУ в типовом включении и желательно с внутренней коррекцией;
  • Т1, Т2 – КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные;
  • D2, D3 – КД523 или аналогичные;
  • М – МД64, МД200, МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т – ТМ-2А .

На рисунке 5 представлен пример УНЧ на транзисторах. В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию шумов УНЧ. Схема во многом аналогична схеме на рисунке 2. Для увеличения доли полезного сигнала низкого уровня на фоне неизбежных помех в схему УНЧ включен полосовой фильтр, обеспечивающий выделение частот в полосе 300 Гц -3.5 кГц.

Рис.5. Схема УНЧ на транзисторах с полосовым фильтром и варианты подключения микрофонов: а – УНЧ с полосовым фильтром, б – подключение динамического микрофона, в – подключение электретного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 5 :

  • R1=43к-51к, R2=510к (подстройка, Uкт2=1.2В-1,8В),
  • R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=8.2к,
  • R6=8.2к, R7=180, R8=750; R9=150к, R10=150к, R11=33к,
  • R12=620, R13=820-1,2к, R14=200-330,
  • R15=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В), R16=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2мА);
  • С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15-0.33, С3=1800,
  • С4=10мкФ-20мкФ, С5=0.022, С6=0.022,
  • С7=0.022, С8=1мкФ, С9=10мкФ-20мкФ, С10=100мкФ-500мкФ;
  • Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные;
  • Т4, Т5 – КТ3102, КТ315 или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП38А,
  • Т6 – КТ3107 (если Т5 – КТ3102), КТ361 (если Т5 – КТ315) или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП42Б (если Т5 – МП38А);
  • М – МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т – ТМ-2А .

В данной схеме также целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током коллектора (Iк0), например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные. Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (устаревшие транзисторы МП38А и МП42Б и т.п.).

Настройка схемы, как и в случае схемы УНЧ на рис.11.2, сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах Т2 и Т5, Т6: 1,5В – на коллекторе Т2 и 1,5В – на эмиттерах Т5 и Т6.

Конструкция микрофона

Из большого листа плотной бумаги с ворсом, под бархат, изготавливается труба диаметром 10-15 см и длиной 1.5-2 м. Ворс, как можно догадаться, конечно, должен быть не снаружи, а внутри. В один конец этой трубы вставляется чувствительный микрофон. Лучше если это будет хороший динамический или конденсаторный микрофон.

Однако можно воспользоваться и обычным, бытовым, микрофоном. Это может быть, например, динамический микрофон типа МД64, МД200 или даже миниатюрный МКЭ-3.

Правда, с бытовым микрофоном результат будет несколько хуже. Конечно, микрофон необходимо подключить с помощью экранированного кабеля к чувствительному усилителю с малым уровнем собственных шумов (рис.1 и 2). Если длина кабеля превышает 0.5 м, то лучше воспользоваться микрофонным усилителем, имеющим дифференциальный вход, например, УНЧ на ОУ (рис.

Это позволит уменьшить синфазную составляющую помех – различного рода наводки от ближайших электромагнитных устройств, фон 50 Гц от сети 220 В и т. д. Теперь о втором конце данной бумажной трубы. Если этот свободный конец трубы направить на источник звука, например, на группу разговаривающих людей, то можно услышать речь. Казалось бы ничего особенного.

Именно для этого и существуют микрофоны. И труба для этого совершенно не нужна. Однако удивительно то, что расстояние до разговаривающих может быть значительным, например, 100 и более метров. И усилитель, и микрофон, снабженный такой трубой, позволяют все достаточно хорошо слышать на таком значительном удалении.

Расстояние может быть даже увеличено при использовании специальных селективных фильтров, позволяющих выделять или подавлять сигнал в узких полосах частот.

Это дает возможность повысить уровень полезного сигнала в условиях неизбежно существующих помех. В упрощенном варианте вместо спецфильтров можно применить полосовой фильтр в УНЧ (рис. 4) или воспользоваться обычным эквалайзером – многополосным регулятором тембра, в крайнем случае – традиционным, т.с. обычным, двухполосным, регулятором тембра НЧ и ВЧ.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е – Электроника и шпионские страсти-3.

Микрофонный усилитель на микросхеме

28 Фев 2018г | Раздел: Работы читателей

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Понадобился микрофонный усилитель для записи песен под гитару с двух микрофонов, чтобы можно было корректировать отдельно голос и отдельно гитару.

После поисков на просторах интернета свой выбор остановил на отечественной микросхеме К157УД2, которая была в наличии. Микросхема является малошумящим двухканальным операционным усилителем, который используется в разнообразных устройствах стереофонической аппаратуры. Операционный усилитель К157УД2 работает в большом диапазоне входных дифференциальных напряжений и имеет защиту от коротких замыканий на выходе.

В микрофонном усилителе реализовано типовое включение микросхемы К157УД2. В скобках указана нумерация выводов для реализации 2-го канала.

После нескольких проб убедился, что не хватает микшера для регулировки усиления обеих каналов. Схему микшера на транзисторах также нашел в интернете. И когда собрал усилитель на макетной плате, то его чувствительность и бесшумность работы превзошла все мои ожидания.

И вот после рисования платы в LAY родилась на свет схема сего девайса.

Оба выхода усилителя приходят на вход микшера через переменные резисторы. Выход с микшера на компьютер моно, так как мне так удобнее производить настройки и обработку записанного. Для устранения возможных помех и наводок микрофоны к усилителю подключаются через экранированный провод, а сами микрофоны куплены на сайте Aliexpress. Все транзисторы в микшере заменены на КТ315Г. Схема питается от батарейки КРОНА.

Для записи с микрофона пользуюсь бесплатной программой AUDACITY, так как у нее понятный русскоязычный интерфейс и большой выбор инструментов для обработки записанного материала.

Все детали микрофонного усилителя кроме батареи, переменных резисторов и микрофонов расположены на двух печатных платах (плата усилителя и микшера), выполненных из одностороннего текстолита толщиной 1 мм.

Корпус для усилителя взят от блока питания сканера-принтера. Питание усилителя возможно и от внешнего источника напряжения, для этого на корпусе необходимо предусмотреть гнездо и расположить, например, рядом с тумблером или в торце.

На момент написания статьи усилитель проработал 5 часов в «боевой» обстановке и проблем с питанием пока не наблюдалось. Также можно посмотреть ролик, в котором показываются возможности этого микрофонного усилителя и объясняются некоторые моменты работы с ним.

Архив с печатными платами в формате lay можно скачать по этой ссылке.

Желаю успеха в повторении конструкции!
До встречи на страницах сайта!
Анатолий Тихомиров (picdiod), г. Рига

Читайте также:  Усилитель на микросхеме серии LM
Ссылка на основную публикацию