Микрофонный усилитель схема: Микрофонный усилитель

Микрофонный усилитель

Данная схема микрофонного усилителя позволяет подключать конденсаторный микрофон или динамический. Выполнена она всего на двух транзисторах и поэтому является доступной в повторении новичкам.

Транзисторы необходимо установить с низким коэффициентом шума. Лучшим вариантом было бы установить транзисторы со сверхнизким шумом BC650C, но в данное время их достать довольно проблематично, поэтому в схеме будем применять широко распространенные транзисторы BC549C или BC109C.

Схема является самостабилизирующейся и соответственно рабочая точка покоя на выходе (эмиттер) транзистора VT2 устанавливается автоматически и составляет примерно половину напряжения питания схемы. За счет этого, получается, достичь максимального уровня выходного напряжения и максимальный динамический диапазон.

Как правило, конденсаторные малогабаритные электретные микрофоны в своем составе имеют саму высокочувствительную микрофонную головку и предусилитель на основе полевого транзистора.

Поэтому для обеспечения его работы необходимо питание в диапазоне от 2-х до 10 вольт. Но существуют такие микрофоны и без предусилителя. Их схема подключения немного отличается и нарисована ниже.

Резистор обеспечивает ограничение тока. Если напряжение питания будет выше 12 вольт, то соответственно и сопротивление резистора необходимо увеличить примерно до 2,2 килоом. А если будет использоваться микрофон с динамической головкой, то этот резистор убирается.

Высокое отношение сигнал-шум и соответственно низкий уровень шумов в выходной характеристике усилителя обеспечивается за счет того что первый каскад собранный на основе транзистора VT1 работает в режиме с очень малым током коллектора. В эмиттере конденсатор емкостью 100 микрофарад шунтирует резистор и за счет этого удалось достичь коэффициента усиления на максимуме каскада.

Характеристика шума усилителя снятая при подключении нагрузки 10 килоом представлена ниже. Но следует учесть, что данный график был создан с включенным измерительным генератором взамен микрофона.

На транзисторе VT2 собран второй каскад усилителя с непосредственной связью, это сводит на минимум фазовые искажения сигнала, которые возникают из-за емкостных и индуктивных связей. Кроме того на организованном таким образом каскаде удалось получить плоскую характеристику на выходе в широком диапазоне частот от 20 герц до 100 килогерц. Формы АЧХ и ФЧХ, которые были измерены на нагрузке сопротивлением 10 килоом и с напряжением питания 12 вольт находятся ниже.

Температурная стабилизация напряжения смещения организована за счет обратной связи с эмиттера транзистора VT2 на базу VT1.

Транзистор VT2 включен по схеме эмиттерного повторителя, соответственно коэффициент усиления напряжения у этой схемы меньше 1, но общий коэффициент всего усилителя составляет примерно 100 т.е. 20дб.

Сопротивление выхода схемы находится на достаточно низком уровне и поэтому может неплохо работать с кабелем до 50 метров, соответственно нет большой необходимости ставить кабель с экраном.

Эта схема усилителя работает в широком динамическом диапазоне и способна усиливать звуки с уровнем от шепота до крика, но необходимо обеспечить защиту от перегрузки входа аудиоаппаратуры.

 

 

Анекдот:

Мужик едет на встречу, опаздывает, нервничает, не может найти место

припарковаться. Поднимает лицо к небу и говорит:
— Господи, помоги мне найти место для парковки. Я тогда брошу пить и
буду каждое воскресенье ходить в церковь!
Вдруг чудесным образом появляется свободное местечко. Мужик снова
обращается к небу:
— А, всё, не надо. Нашёл!

Микрофонный усилитель на 4558. Микрофонный усилитель на микросхеме (017). Дождитесь окончания поиска во всех базах.По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам

• 10.

  10.2014

  Усилитель для наушников может быть напрямую подключен к CD-проигрывателю, тюнеру и магнитофону. Подходит к разным моделям наушников различный — импеданс: 32, 100, 245, 300, 600 & 2000 Ом. R3 рассчитан для импеданса наушников до 300 ом. Свыше 600 ом нагрузки или выше необходимо изменить R3 на 100K. Технические данные: Потребляемый …

• 11.03.2015

  На рисунке показана схема простого сигнализатора открытой двери. Схему можно применять для сигнализации открытой двери холодильника. Частота мигания светодиода 2Гц со скважностью 10%. Ток потребления во время сигнализации 60 мА. Поскольку дверь большинство времени закрыта, то заряда батареи хватит на долго. Входную цепь контролирует N-канальный MOSFET транзистор 2N7000, когда геркон замыкается транзистор …

• 20.09.2014

  При эксплуатации аккумуляторных батарей следует всегда четко помнить следующее: после покупки батареи находятся в разряженном состоянии и перед началом эксплуатации их необходимо зарядить; напряжение на заряженном элементе аккумуляторной батареи составляет 1,2 В; напряжение конца разряда (напряжение, ниже которого элемент разряжать не следует) составляет 1,0…1,05 В; емкость …

• 17.

  03.2015

  На рисунке показана схема кодового замка с ЖК дисплеем. Так же в кодовом замке имеется возможность менять код замка. Код замка четырехзначный. При правильном наборе кода замок активирует реле (электромагнит) в течении 2-х секунд. При длительном нажатии (30 сек) любой кнопки клавиатуры замка сбрасывается ранее введенный код. Для смены кода …

Начинающим Микрофонный усилитель. (017)

Рассмотрим конструкцию высококачественного микрофонного усилителя. Усилитель собран на операционном усилителе ВА4558 (разные производители выпускают микросхему с различными буквенными обозначениями, суть не меняется). Настоящий микрофонный усилитель рассчитан для контроля звуковой обстановки в помещениях, на улице, как дополнение к системе видеонаблюдения, охраны и безопасности. Схема отличается высокой чувствительностью, низким уровнем шумов операционного усилителя, обеспечивает качественный звук на мониторах, записывающих устройствах, головных телефонах, имеет низкое потребление тока замер показал ток около 2мА), работоспособен при снижении напряжения питания до 4,5 вольт.

При повторении схемы с целью минимизации габаритов устройства, можно заменить микрофонный капсюль на другой с минимальными размерами (около 3мм), не использовать панельку, применив данный тип микросхемы в CMD исполнении, заменить электролитические конденсаторы на неполярные многослойные. Акустическая дальность — до 7 метров, длина соединительной линии от усилителя до потребителя сигнала (наушники, монитор, записывающее устройство) — до 300 метров. Питание от источника постоянного тока напряжением 5 — 12 вольт. Если вместо электретного микрофона будет применяться студийный (динамический) микрофон, резистор питания электретного микрофона R1 из схемы необходимо исключить. Учитывая, что микросхема содержит в своём составе два одинаковых усилителя, второй усилитель (выводы 5,6,7) можно задействовать для второго канала или использовать как предварительный усилитель для первого канала. Если вместо динамического микрофона подключить к входу усилителя катушку, намотанную на ферритовом стержне и содержащую около 3000 витков тонкого (0,08 — 0,12мм) медного провода типа ПЭЛ, ПЭВ, то усилитель превратится в радиоприёмник сверхнизкого диапазона радиоволн, излучаемых динамиками телефонов, телевизоров, телефонными проводами.

При невозможности подключиться к усилителю проводной линией, можно доработать усилитель радиоудлинителем, собранном на одном транзисторе VT1, представляющим собой маломощный ВЧ генератор, работающий в радиовещательном диапазоне 88 — 108Мгц. Подстроечный конденсатор С6 позволяет изменять частоту генератора, настраиваясь на свободные от вещания частоты. Также можно изменять частоту растягивая/сжимая витки бескаркасной катушки L1, намотанной медным проводом диаметром 0,4 — 0,7мм на оправке 3 — 4мм (например на хвостовике сверла) и содержащей 6 витков. Если схему доработать высокочастотным усилителем на любом ВЧ транзисторе (например КТ361, на схеме показано синим цветом и в комплект не входит), то дальность связи может достигать 1 км, но это может пойти в разрез с существующим законодательством. Антенной служит отрезок медного монтажного провода 50 — 80 см. Антенну можно изготовить из медного жёсткого провода сечением 0,7 — 1мм, свёрнутым в спираль.
Настройку радиомикрофона производить на включенный на свободной частоте и расположенный рядом радиоприёмник диапазона 88 — 108МГц.

Автором данной схемотехники является хороший друг Maestro , который разработал схему несколько лет назад и опубликовал в одном из номеров журнала радио. Начальная версия схемы показала хорошие параметры и высокую стабильность работы, поэтому за пару лет, схема была усовершенствована совместными силами радиолюбителей.

Была добавлена стабилизация на варикапе, а также заменил несколько компонентов частотнозадающей цепи, добавил контурный конденсатор для удобства настройки на нужный диапазон. Был добавлен высококачественный микрофонный усилитель. Увлекся данной схемой всерьез и разработал несколько модификаций.

Первая версия подходит для передачи сигнала на расстоянии до 150 метров. Печатная плата начальных версий жучков была нарисована вручную, с использованием маникюра и зубочистки.

Элементная база

Микросхема ВА4558 встречается с разной маркировкой, обратите внимание только на надпись 4558. Выпускается микросхема в 8-и выводных корпусах. Резисторы и конденсаторы были выпаяны от материнских плат компьютера и от цифровых приемников. Маркировок у SMD конденсаторов к сожалению нет, поэтому желательно использовать измеритель емкости конденсаторов или же цифровой мультиметр с таким измерителем. На крайний случай можно использовать обычные конденсаторы.

Для маломощных версий советую в передатчике и УВЧ использовать импортные ВЧ транзисторы серии S9018. Транзистор иногда маркируют как SS9018, C9018 или 9018.

В передатчике не желательно использовать отечественные транзисторы, опыт показал, что с аналогичным КТ368 прием на порядок хуже.

Контур — мотается проводом 0,6-0,8мм (оптимальный вариант 0,7мм) на оправе 4мм и содержит 8 витков с отводом от середины. Для начала на оправ мотают 8 витков, затем считываем 4 витка и снимаем лак. В очищенное от лака место запаиваем кусок одножильного провода того же диаметра, что и катушка (провод желательно оголенный)

Процесс сборки и настройки схемы не отнимает много времени, лишь после сборки начальной версии схемы дополнял конструкцию стабилизацией и УВЧ. На всех своих версиях использовал один и тот же микрофонный усилитель построенный на микросхеме ВА4558. Микрофон самый обыкновенный — капсула от китайского приемника и даже с ним чувствительность порядка 5-6 метров, при этом передача звука четкая, даже если говорить вблизи микрофона. Такие параметры жучка дают возможность использовать устройства в качестве дистанционного микрофона для караоке, именно поэтому сделал пару таких устройств для конференции.

Уклон частоты незначительный: на расстоянии 10-100 метров от приемника, частота плавает всего на 0.1 МГц!

Несколько советов по сборке

Схему желательно делать на SMD, так резким образом уменьшается размер радиомикрофона, было собрано несколько версий, в том числе с обычными компонентами, с СМД никаких возбудов и шумов в приеме не наблюдал.

Антенну лучше сделать из многожильного провода в изоляции, диаметр провода 0,5-0,7мм.

Варикап был снят из антенного блока отечественного телевизора, но но можно использовать практически любой аналогичный варикап, в моем случае использован КВ121А.

Готовый жук поместить в металлический корпус, который одновременно будет играть в роль экрана, минус жучка запаять на корпус.
Микрофон желательно взять именно такой, как у меня, их легко можно купить на радио рынке, с микрофонами от сотовых телефонов и гарнитур, звук не объемный, больше напоминает узконаправленный микрофон и некоторые фрагменты речи трудно разобрать. Взамен микрофон от мобильного телефона отлично подойдет в том случае, если собираетесь использовать устройство в качестве микрофона для караоке.

Высокая стабилизация схемы позволяет брать устройство в руки, при этом в передаваемом сигнале искажений не будет, если не дотрагиваться антенны. В целях уменьшении длины антенны можно взять пасту от гелиевой ручки и мотать спиральную антенну. Для этого берется одножильный провод с диаметром 0,6-0,8мм и длиной 40-50 см и равномерно, виток к витку мотается по длине всего каркаса (пасты от ручки). После намотки пасту можно убрать, а спиральную антенну поместить в пластмассовую трубку подходящего диаметра.

Первый запуск

Когда схема полностью собрана, подключаем ее к источнику питания. Для начала желательно использовать обычную крону на 9 Вольт. В разрыв плюса питания подключаем миллиамперметр или цифровой мультиметр в режиме измерителя тока. Правильно собранный жучок потребляет порядка 10-13мА, в некоторых случаях до 15 мА. Затем с помощью ВЧ детектора проверяем излучение.

Для этого приближаем антенну детектора к антенне жука, так, чтобы между ними был зазор 0,5-1см. Стрелка детектора должна отклониться, если этого не происходит, то стыкуйте антенну детектора с коллектором транзистора передатчика — стрелка обязательно должна отклониться, если жучок работает.

Перед сборкой проверьте все активные компоненты на работоспособность, даже если последние были куплены из магазина, т.е. новые.
Если излучение есть, то пора включить радиоприемник. Жук с такими элементами в частотнозадающей цепи обычно ловиться на частотах 94-98 МГц, в моем случае были собраны 4 экземпляра, все ловились на частотах 96-98 МГц.

Первая версия схемы без УВЧ пробивала 130 метров на приемник обычного мобильного телегона, это с питанием от кроны, последняя была подсевшей (7.8 Вольт)

Вторая версия с УВЧ на маломощном S9018 потребляет 20-27мА, пробивает чистых 300 метров — проверено лично, принимал сигнал на тот же приемник от мобильного телефона.
На счет третьей версии — проверял с импортным транзистором на 300 МГц, потребляла схема 68мА, пробивает 500 метров, но это не предел для третьей версии, с указанным в схеме транзистором легко может пробивать 1км.

В качестве корпуса я использовал железный кожух от китайского электронного трансформатора на 30-50 ватт.

Часть передатчика для стойкости заливается парафином.

Без усилителя ВЧ жучок свободно пробивает 100-130 метров и это через бетонные стены, так, что данный жучок вполне пригоден для прослушки или сдачи экзаменов.

В конце хочу сказать, что я перепробовал много схем радиожучков средней и высокой сложности, хорошие схемы с кварцевой стабилизацией многим недоступны, а простые схемы не стабильны, а дальность действия в пределах 10-50 метров, эта же схема не смотря на простоту имеет относительно высокое качество передаваемого сигнала, стабильность и дальнобойность, чтобы не у кого не было сомнений решил заснять один из первых в своем роде тестов на дальнобойность жучка.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	Операционный усилитель	BA4558	1			В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	SS9018	1	S9018; C9018; 9018		В блокнот
CD1	Варикап	КВ121А	1			В блокнот
C1	Конденсатор	100 нФ	1			В блокнот
C5, C6	Конденсатор	5 пФ	2			В блокнот
C7	Конденсатор	2. 2 пФ	1			В блокнот
C8-C10	Конденсатор	0.1 мкФ	3			В блокнот
	Переменный конденсатор	1-10 пФ	1			В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R3	Переменный резистор	1 кОм	1			В блокнот
R4, R11	Резистор	100 кОм	2			В блокнот
R5, R7, R9, R10	Резистор	10 кОм	4			В блокнот
R8	Резистор	470 кОм	1			В блокнот
L1	Катушка индуктивности		1			В блокнот
	Микрофон		1	Капсульный		В блокнот
	Верcия с УВЧ
IC1	Операционный усилитель	BA4558	1			В блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	SS9018	2			В блокнот
CD1	Варикап	КВ121А	1			В блокнот
C1	Конденсатор	100 нФ	1			В блокнот
C3, C5 , C6	Конденсатор	5 пФ	3			В блокнот
C7	Конденсатор	2. 2 пФ	1			В блокнот
C8, C9, C10	Конденсатор	0.1 мкФ	3			В блокнот
	Переменный конденсатор	1-10 пФ	1			В блокнот
R1, R5, R7, R9, R10	Резистор	10 кОм	5			В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R3	Переменный резистор	1 кОм	1			В блокнот
R4, R11	Резистор	100 кОм	2			В блокнот
R8	Резистор	470 кОм	1			В блокнот
L1	Катушка индуктивности		1	Провод 0,7 мм; оправа 4 мм; 8 витков		В блокнот
L2	Катушка индуктивности	2. 2 мкГн	1			В блокнот
	микрофон		1	Капсульный		В блокнот
IC1	Операционный усилитель	BA4558	1			В блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	SS9018	2			В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	КТ610А	1			В блокнот
CD1	Варикап	КВ121А	1			В блокнот
C1	Конденсатор	100 нФ	1

Большинство аудиолюбителей достаточно категорично и не готово к компромиссам при выборе аппаратуры, справедливо полагая, что воспринимаемый звук обязан быть чистым, сильным и впечатляющим. Как этого добиться?

Поиск данных по Вашему запросу:

Усилитель на микросхеме f4558

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Пожалуй, основную роль в решении этого вопроса сыграет выбор усилителя.
Функция
Усилитель отвечает за качество и мощь воспроизведения звука. При этом при покупке стоит обратить внимание на следующие обозначения, знаменующие внедрение высоких технологий в производство аудио — аппаратуры:

• Hi-fi. Обеспечивает максимальную чистоту и точность звука, освобождая его от посторонних шумов и искажений.
• Hi-end. Выбор перфекциониста, готового немало заплатить за удовольствие различать мельчайшие нюансы любимых музыкальных композиций. Нередко к этой категории относят аппаратуру ручной сборки.

Технические характеристики, на которые следует обратить внимание:

• Входная и выходная мощность. Решающее значение имеет номинальный показатель выходной мощности, т.к. краевые значения часто недостоверны.
• Частотный диапазон. Варьируется от 20 до 20000 Гц.
• Коэффициент нелинейных искажений. Здесь все просто — чем меньше, тем лучше. Идеальное значение, согласно мнению экспертов — 0,1%.
• Соотношение сигнала и шума. Современная техника предполагает значение этого показателя свыше 100 дБ, что сводит к минимуму посторонние шумы при прослушивании.
• Демпинг-фактор. Отражает выходное сопротивление усилителя в его соотношении с номинальным сопротивлением нагрузки. Иными словами, достаточный показатель демпинг-фактора (более 100) уменьшает возникновение ненужных вибраций аппаратуры и т.п.

Следует помнить: изготовление качественных усилителей — трудоемкий и высокотехнологичный процесс, соответственно, слишком низкая цена при достойных характеристиках должна Вас насторожить.

Классификация

Чтобы разобраться во всем многообразии предложений рынка, необходимо различать продукт по различным критериям. Усилители можно классифицировать:

• По мощности. Предварительный — своеобразное промежуточное звено между источником звука и конечным усилителем мощности. Усилитель мощности, в свою очередь, отвечает за силу и громкость сигнала на выходе. Вместе они образуют полный усилитель.

Важно: первичное преобразование и обработка сигнала происходит именно в предварительных усилителях.

• По элементной базе различают ламповые, транзисторные и интегральные УМ. Последние возникли с целью объединить достоинства и минимизировать недостатки первых двух, например, качество звука ламповых усилителей и компактность транзисторных.
• По режиму работы усилители подразделяются на классы. Основные классы — А, В, АВ. Если усилители класса А используют много энергии, но выдают высококачественный звук, класса B с точностью до наоборот, класс AB представляется оптимальным выбором, представляя собой компромиссное соотношение качества сигнала и достаточно высокого КПД. Также различают классы C, D, H и G, возникшие с применением цифровых технологий. Также различают однотактные и двухтактные режимы работы выходного каскада.
• По количеству каналов усилители могут быть одно-, двух- и многоканальными. Последние активно применяются в домашних кинотеатрах для формирования объемности и реалистичности звука. Чаще всего встречаются двухканальные соответственно для правой и левой аудиосистем.

Внимание: изучение технических составляющих покупки, конечно, необходимо, но зачастую решающим фактором является элементарное прослушивание аппаратуры по принципу звучит-не звучит.

Применение

Выбор усилителя в большей степени обоснован целями, для которых он приобретается. Перечислим основные сферы использования усилителей звуковой частоты:

1. В составе домашнего аудиокомплекса. Очевидно, что лучшим выбором является ламповый двухканальный однотакт в классе А, также оптимальный выбор может составить трехканальный класса АВ, где один канал определен для сабвуфера, с функцией Hi — fi.
2. Для акустической системы в автомобиле. Наиболее популярны четырехканальные усилители АВ или D класса, в соответствии с финансовыми возможностями покупателя. В автомобилях также востребована функция кроссовер для плавной регулировки частот, позволяющей по мере необходимости срезать частоты в высоком или низком диапазоне.
3. В концертной аппаратуре. К качеству и возможностям профессиональной аппаратуры обоснованно предъявляются более высокие требования в силу большого пространства распространения звуковых сигналов, а также высокой потребности в интенсивности и длительности использования. Таким образом, рекомендуется приобретение усилителя классом не ниже D, способного работать почти на пределе своей мощности (70-80% от заявленной), желательно в корпусе из высокотехнологичных материалов, защищающем от негативных погодных условий и механических воздействий.
4. В студийной аппаратуре. Все вышеизложенное справедливо и для студийной аппаратуры. Можно добавить о наибольшем диапазоне воспроизведения частот — от 10 Гц до 100 кГц в сравнении с таковым от 20 Гц до 20 кГц в бытовом усилителе. Примечательна также возможность раздельной регулировки громкости на различных каналах.

Таким образом, чтобы долгое время наслаждаться чистым и качественным звуком, целесообразно заранее изучить все многообразие предложений и подобрать вариант аудио аппаратуры, максимально отвечающий Вашим запросам.

Схема самодельного предварительного усилителя (преампа) с темброблоком, выполнен на микросхеме LM4558. Важной частью аудиоусилителя является предварительный усилитель. Желательно чтобы он мог не только усиливать сигнал, но и регулировать его АЧХ.

На рисунке справа приводится схема несложного предварительного стереоусилителя с регулировкойгромкости раздельно в каждом канале и общей в обоих каналах регулировкой тембра по низким, средним и высоким частотам.

Принципиальная схема

Схема выполнена на сдвоенном операционном усилителе типа LM4558. И предназначена в первую очередь для работы с автомобильными простыми усилителями построенными на микросхемах — интегральных мостовых УМЗЧ. Поэтому и напряжение питания «автомобильное» -однополярное 12V.

Но это не ограничивает область применения данной схемы только автомобильной техникой.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного предварительного усилителя с темброблоком на LM4558.

Напряжение питания может быть до 30В. И можно даже перейти на двуполярное питания. Для этого нужно убрать делитель на резисторах R1, R2 и С2. А выводы 3 и 5 микросхемы соединить с общим минусом питания. При этом вывод 4 отключить от минуса питания, и подать на него отрицательное напряжение питания.

Регулировка громкости осуществляется переменными резисторами R7 и R15, как уже сказано, раздельно в каждом канале. На операционных усилителях микросхемы А1 сделаны два активных регулятора тембра, в которых происходит как усиление аудиосигнала, так и частотная коррекция с помощью трехполосных регуляторов тембра.

Цепи регулировки включены в цепи ООС операционных усилителей. Регулировка громкости по высоким частотам — сдвоенным переменным резистором R8, по средним частотам — R9, по низким частотам — R10.

Детали

Микросхему LM4558 можно заменить любой ИМС — два ОУ общего применения или сделать схему на двух ИМС по одному ОУ в каждой.

Тематические материалы:

Что делать, если не работает телефон мгтс? Все контакты мегафон Компания сотовой связи мегафон Мобильный мгтс, работа над ошибками Интернет провайдер регион телеком Как подключить безлимитный интернет на билайн Мобильный интернет билайн за 3 Настройка интернета и WiFi сети Акадо Телеком: особенности подключения оборудования Настройка интернета и WiFi сети Акадо Телеком: особенности подключения оборудования Личный кабинет управдом Личный кабинет мортон сакраменто

Обновлено: 04.06.2021

103583

Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Сборка приличного микрофонного усилителя

В одной из предыдущих статей я обсуждал конструкцию игрушки для воспроизведения звука. В схеме использовался простой микрофонный усилитель, пригодный для записи звуков ближнего поля, то есть улавливания четко артикулированной речи человека, держащего устройство.

Конечно, в различных приложениях, от слуховых аппаратов до домашней автоматизации, часто необходимо улавливать более отдаленные звуки. Эта задача сложнее, чем может показаться. Как и в случае со зрением, мы не осознаем ошеломляющий динамический диапазон наших чувств; акустические волны в открытом космосе следуют закону обратных квадратов, поэтому речь человека, стоящего на другом конце комнаты, может привести к тому, что показания микрофона будут в 20-50 раз слабее, чем если бы он стоял рядом с вами. В электронных схемах такие сигналы уровня микровольт могут быть легко заглушены белым шумом и радиочастотными артефактами.

Такие методы, как массивы микрофонов, параболические отражатели и сложная цифровая обработка, могут помочь решить проблемы с качеством сигнала, но лучше всего начать с чистого захвата. Итак, давайте посмотрим, что нужно для создания хорошего микрофона дальнего поля.

Начнем с, казалось бы, простого вопроса: как измерить силу звука? Обычный ответ — «в децибелах», но децибелы — это не единицы; это просто неловко расположенные деления в логарифмической (log-10) шкале. Изменение +/- 1 дБ говорит нам о том, что мощность, выдаваемая что-то изменилось в 1,26 раза; это ничего не говорит нам о природе измеряемого явления и не объясняет нулевую точку шкалы.

Для звука фактической единицей измерения является паскаль (~0,000145 фунтов на кв. дюйм). Что касается «ноля децибел», то это значение соответствует не идеальной тишине, а акустической волне частотой 1 кГц, оказывающей давление 20 мкПа; это примерно порог человеческого слуха. Из этой исходной точки мы получаем две параллельные шкалы децибел: дБ SPL, который измеряет номинальное звуковое давление; и дБА, который взвешивается по частоте, чтобы приблизиться к человеческому слуху, т. Е. Он резко сужается ниже 200 Гц и выше 10 кГц.

Работа микрофонов не характеризуется на пороге слышимости. Измерение проводится волной звукового давления примерно в 50 000 раз сильнее, оказывающей давление 1 Па на частоте 1 кГц («94 дБ»). Это примерно сравнимо с работой газонокосилки или стоянием рядом с оживленной трассой. Говорят, что микрофон, который демонстрирует размах выходного сигнала 1 В среднеквадратичного значения в таких условиях, имеет чувствительность 0 дБВ (да, еще одна шкала, выраженная в дБ). На практике дешевый электретный микрофон и близко не подойдет к этому числу; общий показатель чувствительности составляет -45 дБВ, что соответствует размаху напряжения около 6 мВ.

Помимо рок-концертов и строительных площадок, большинство звуков, которые мы хотели бы записать, не такие громкие; нормальный голос в помещении составляет около 40-50 дБ, шепот около 30 дБ, а окружающие звуки природы колеблются в районе 20 дБ. Результирующие колебания уровня в микровольтах могут быть легко заглушены дробовым шумом и тепловым шумом, присущим большинству микрофонов. Чтобы проиллюстрировать это, я записал эту короткую демонстрацию:

Работу микрофона можно понять, взглянув на его эквивалентный входной шум (EIN): громкость гипотетического источника шума, который, если его поместить рядом с идеализированным микрофоном, будет производить такое же количество шипения, как и в тестируемом устройстве. Значение EIN не всегда указывается в таблице данных, но его можно получить из отношения сигнал-шум (SNR), которое индексируется до вышеупомянутого 9.Контрольная точка 4 дБА. Формула: EIN = 94 дБА — SNR.

После эталонного захвата первым микрофоном, использованным в видео, является CUI CMA-6542PF — капсюль стоимостью 0,50 доллара США с SNR 60 дБА (EIN = 34 дБА). По сути, это то, что вы получите, если купите обычный электретный микрофон в Интернете. Второй капсюль — PUI Audio AOM-5024L-HD-R — имеет идентичный внешний вид, продается по цене 3,50 доллара США и имеет SNR 80 дБА (EIN = 14 дБА).

Если вы разрабатываете гарнитуру или переговорное устройство, первый микрофон — в высшей степени разумный выбор; но в приложениях дальнего поля микрофон с высоким SNR имеет огромное значение, и вам придется потратить дополнительные деньги.

В аудиоприложениях Hi-Fi усиление микрофона почти всегда осуществляется с помощью операционного усилителя; устройства предлагают хорошее сочетание линейности, регулируемого усиления, предсказуемой частотной характеристики, малого количества деталей и низкой стоимости.

По сравнению с микрофонами выбор операционного усилителя не столь важен; пока вы держитесь подальше от устаревших или заведомо неподходящих конструкций, не должно быть никакой слышимой разницы между высококачественной моделью, которая имеет шум 3 нВ/√Гц и общие гармонические искажения 0,00005%; или более низкий уровень, который едва справляется с 10 нВ / √ Гц и 0,001% THD + N.

Как обсуждалось в более ранней статье об операционных усилителях, полоса пропускания устройства с единичным коэффициентом усиления является важным ограничением: хотя слышимые частоты простираются только до 20 кГц или около того, полоса пропускания должна быть уменьшена пропорционально желаемому усилению. Учитывая высокий коэффициент усиления, необходимый для микрофонов, в однокаскадных схемах Hi-Fi рекомендуется частота не менее 10 МГц. Меньшая пропускная способность подходит, если вы используете несколько каскадов усиления с более низким коэффициентом усиления или если вас интересует только обработка голосовых команд.

Остальные параметры — напряжение питания, допустимый выходной ток, выходное напряжение от сети к сети или скорость нарастания — довольно стандартны и должны выбираться с учетом конкретного применения. Выходной ток около 50 мА должен быть достаточным для большинства наушников; около миллиампера достаточно для передачи сигналов «линейного входа» для портативных аудиомагнитофонов и настольных ПК.

Для большинства схем в этой статье я использую OPA1656 — довольно впечатляющий усилитель, доступный от Texas Instruments. Тем не менее, я выбрал этот чип не только из-за его отличных характеристик шума или полосы пропускания, но и из-за его разумной стоимости (около 1,25 доллара за операционный усилитель). Другими разумными вариантами на том же уровне являются MAX4232 и OPA2322.

Этот раздел предполагает некоторое знакомство с основами усиления сигнала; если вам нужно освежить знания, сначала просмотрите эту статью.

Большое количество схем микрофонных усилителей для хобби, опубликованных в Интернете, излишне сложны, часто из-за их зависимости от устаревших деталей и устаревших парадигм проектирования. Если микрофон можно разместить физически близко к усилителю, простейшей конструкцией будет трансимпедансный усилитель с односторонним питанием — схема, которая, по существу, преобразует ток, протекающий через микрофон, непосредственно в выходное напряжение:

Базовый, недорогой электретный микрофонный усилитель с линейным выходом.

Электретный микрофон можно рассматривать как управляемое звуком устройство модуляции тока: он состоит из электрически заряженной диафрагмы, соединенной с затвором полевого транзистора, поэтому его импеданс изменяется в зависимости от звуковых волн. В этой схеме ток, протекающий через микрофон, может быть получен через резистор 4,7 кОм; но переменные токи также могут легко протекать через ветвь 2,2 мкФ. Этот конденсатор блокирует постоянный ток, но имеет очень низкий импеданс переменного тока.

В установившемся режиме операционный усилитель достигает равновесия при Vout = Vin- = Vin+ = Vdd / 2. Переходные изменения проводимости полевого транзистора нарушают это равновесие, индуцируя мгновенные токи через конденсатор емкостью 2,2 мкФ и бросая напряжение на инвертирующий ножка операционного усилителя вышла из строя. Когда это происходит, выход операционного усилителя колеблется в противоположном направлении — и для восстановления баланса он должен колебаться достаточно далеко, чтобы ток через резистор обратной связи (Rf) совпадал с током, протекающим через входной конденсатор. По сути, схема работает как усилитель тока в напряжении с коэффициентом усиления, пропорциональным значению Rf.

Основная схема работает, но имеет некоторые ограничения. Возможно, наиболее серьезной проблемой является его склонность к усилению гула сети и других электрических помех, присутствующих на высокоимпедансной ножке Vin+. Эта проблема, наряду с присущим резистору тепловым шумом, становится более заметной, когда резисторы с более высокими значениями используются для делителя напряжения для экономии энергии в приложениях с батареями; 100 кОм будет намного шумнее, чем 10 кОм. В любом случае, эти проблемы можно смягчить, добавив развязывающий конденсатор на неинвертирующую ветвь.

Использование широкополосных операционных усилителей также означает, что схема может улавливать и усиливать радиочастотные помехи, которые обычно становятся слышимыми из-за случайных нелинейностей в схеме. Если не считать использования последовательности операционных усилителей с более низкой полосой пропускания, настроенных на более низкий коэффициент усиления, самым простым решением является добавление конденсатора нижних частот параллельно резистору обратной связи. Демпфирование, обеспечиваемое конденсатором, также снижает вероятность звона или автоколебаний — проблемы с инвертированием схем широкополосных операционных усилителей, когда инвертирующая ветвь имеет незначительную емкость (хотя это относительно незначительная проблема с электретными микрофонами).

Для конденсатора обратной связи хорошей начальной точкой обычно является от 2 до 10 пФ; значения, приближающиеся к 100 пФ, будут давать более выраженный эффект нижних частот, делая звук более приглушенным. По сути, это похоже на установку «высоких частот» на минимально возможное значение на аудиоустановке или прослушивание с картонной коробкой над головой. Разумный выбор для речи, которая не намного превышает 4 кГц, но, возможно, не для Моцарта или Баха.

Последняя доработка — включение относительно небольшого резистора на выходной ножке; где-то от 47 до 100 Ом должно быть достаточно для большинства применений. Резистор ограничивает пиковый ток операционного усилителя и, таким образом, уменьшает искажение сигнала обратной связи, когда схема подключена к емкостной или индуктивной нагрузке:

Микрофонный усилитель с повышенной помехоустойчивостью.

Возможны дальнейшие улучшения; например, многоступенчатые фильтры нижних частот с резкой отсечкой, такие как MAX291, могут использоваться для дальнейшего уменьшения шипения микрофона, не затрагивая низкие частоты так сильно, как более мощный конденсатор обратной связи.

Некоторые схемы микрофонов также имеют опциональный фильтр высоких частот с отсечкой где-то в районе 100-150 Гц. Это ухудшает качество звука, но также уменьшает шум ветра на открытом воздухе.

С резистором R1 около 470 кОм и микрофоном с высоким отношением сигнал-шум схема, изображенная выше, дает своему владельцу сверхчеловеческий слух: устройство может улавливать разговоры и шаги в других комнатах и ​​значительно усиливать звук вашего собственного дыхания или движений тела. ; с параболическим отражателем результаты могут быть еще более впечатляющими. С другой стороны, установка слишком легко перегружается обычными звуками; просто постукивая по рабочему столу, вы услышите оглушительный треск.

Самое простое решение этой проблемы — заменить резистор обратной связи на потенциометр; диапазон регулировки примерно от 10 кОм до 500 кОм должен быть достаточным для большинства нужд. Этот ручной метод регулировки усиления работает хорошо и предпочтителен в профессиональном аудио, но может быть громоздким, если уровни звука со временем колеблются. Не менее важно и то, что этот подход не обеспечивает защиты от непредвиденных громких шумов, если вы прослушиваете живой звук в наушниках. Я не рекомендую это, но если вы хотите попробовать наушники, будьте готовы к боли.

Более сложным решением является автоматическая регулировка усиления: метод контроля амплитуды выходного сигнала с последующей быстрой регулировкой сопротивления, чтобы удерживать звук в нужном диапазоне. Часть мониторинга довольно проста; один подход может быть:

Элементарная схема повторителя огибающей.

Всякий раз, когда входной сигнал достигает положительного пика, конденсатор заряжается через входной резистор и диод Шоттки, вызывая рост выходного напряжения; при отсутствии пиков, превышающих текущее напряжение конденсатора, заряд медленно рассеивается через сравнительно больший резистор справа. Сопротивления и емкости могут быть выбраны для балансировки времени отклика схемы.

Вторую часть схемы АРУ — управляемый напряжением резистор — построить немного сложнее. Некоторые из ранних решений основывались на лампочке или светодиоде, расположенном рядом с фоторезистором. Другим простым методом было использование полевого транзистора, но вы должны были оставаться в крайне узком диапазоне напряжений, где транзистор демонстрировал предельно допустимую линейность как по отношению к Vgs, так и к Vds.

В настоящее время аналоговые методы в значительной степени потеряли популярность: более распространено использование микроконтроллера, оснащенного АЦП, для непрерывной выборки выходного сигнала, обнаружения условий перегрузки на основе определяемых программным обеспечением критериев, а затем обмена данными с таким устройством, как MCP4131 — $0,90 SPI-управляемый цифровой потенциометр, предлагающий 128 настроек сопротивления. В дополнение к другим преимуществам конструкция также позволяет плавно переключаться между автоматическим и ручным усилением или настраивать реакцию на различные типы шумов.

Немного упрощенная архитектура АРУ ​​на основе дигипота может быть следующей:

Общая схема микрофонного усилителя с низкой спецификацией и АРУ.

В новой конструкции первая половина микросхемы операционного усилителя обеспечивает усиление с фиксированным отношением тока к напряжению для электретного микрофона, а вторая половина представляет собой усилитель напряжения с переменным коэффициентом усиления, управляемый микроконтроллером. Конденсаторы нижних частот пропорционально больше из-за более низких сопротивлений обратной связи на каждом каскаде.

Собранная версия этой схемы с доступным по цене микроконтроллером AVR64DD32 показана ниже:

Игрушка «бионическое ухо» с АРУ, основанная на конструкции, описанной в этой статье.

Количество деталей может быть уменьшено. Например, существуют операционные усилители с программируемым коэффициентом усиления (PGA), которые объединяют цифровые преобразователи и усилители в одном корпусе. Черт возьми, последняя серия микроконтроллеров AVR DB содержит пару PGA непосредственно на кристалле микроконтроллера, хотя их характеристики не кажутся достаточно хорошими для использования в Hi-Fi.

Хороший улов! Для первых двух схем в этой статье я использовал OPA1656 — отличный недорогой усилитель, предназначенный для Hi-Fi аудио. Для окончательной схемы АРУ я переключился на ее близкого (и совместимого по выводам) родственника OPA2322. Что дает?

Ну, это сводится к малоизвестной конструктивной особенности OPA1656. Подобно некоторым другим малошумящим операционным усилителям, ИС имеет пару защитных диодов, расположенных на входных контактах, как показано на этом рисунке от Texas Instruments:

Защитные диоды на дифференциальных входах OPA1656.

В нормальных условиях использование контура отрицательной обратной связи в схеме операционного усилителя гарантирует, что оба входных напряжения будут очень близко друг к другу. Но при запуске — или, возможно, если вы очень сильно ударите по микрофону — разница может ненадолго превысить примерно 600 мВ, необходимые для включения одного из защитных диодов.

В конструкции с одним усилителем, представленной ранее в статье, это кратковременное короткое замыкание не должно вызывать головной боли. А вот в предложенной двухкаскадной схеме АРУ могут возникнуть более серьезные проблемы. Кратковременный ток, протекающий между входами усилителя каскада 2, может поступать обратно в каскад 1 при подтягивании общей линии «Vdd/2» вверх или вниз. Когда это происходит, выходной сигнал каскада 1 резко смещается в том же направлении, увеличивая разность напряжений на входах каскада 2 и создавая петлю положительной обратной связи.

Есть способы решить эту проблему, не отключая OPA1656. Путь наименьшего сопротивления состоит в том, чтобы иметь отдельные делители напряжения «Vref/2» для каждого усилителя. Но тогда использование легкодоступной ИС без этой ошибки является столь же правильным выбором.

Другие изделия для электроники см. в этом указателе.

Углеродный микрофонный усилитель для XLR Herzlich

Herzlich Carbonator — это специализированный продукт для интеграции старых угольных микрофонов с современными средами записи через XLR и использование фантомного питания. Carbonator готов к использованию, просто подключите угольную капсулу к входу jack, а микшер, полевой рекордер или предусилитель с фантомным питанием — к выходу XLR. Убедитесь, что фантомное питание включено, и вы будете готовы к работе!

Carbonator поставляется в прочном корпусе, напечатанном на 3D-принтере, и оснащен высококачественными разъемами Neutrik, что означает, что он выдержит длительное использование и неправильное обращение. Если не прыгать на нем вверх и вниз, он с радостью потерпит плохое обращение. Каждый карбонатор обрабатывается вручную, но обратите внимание, что в процессе 3D-печати могут остаться косметические шрамы.

Хотите сэкономить и сделать своими руками? Комплект для самостоятельной сборки Carbonator PCB поставляется со всем, что вам нужно для сборки Carbonator — все, что вам нужно предоставить, это соединение XLR и угольный микрофон, паяльник и корпус по вашему выбору. Легкий!

Нужно что-то среднее? Собранный комплект готов к подключению, все необходимые детали спаяны и протестированы, но вам все равно нужно будет предоставить соответствующие разъемы (или просто зажимы типа «крокодил») и угольный микрофонный капсюль. Идеальный баланс!

Углеродные микрофоны часто можно найти в старых телефонах, и их часто можно узнать по звуку гранул внутри микрофона. Они дают очень специфический и трудно воспроизводимый звук, что делает их полезными как вокальный микрофон, так и грязный микрофон во время записи инструментов. Пример записи вокала можно найти в @HerzlichLabs в Instagram, чтобы попробовать!

С новым улучшенным карбонатором начать работу проще, чем когда-либо. Если вы склонны к пайке и хотите создать постоянное соединение, просто припаяйте капсюль угольного микрофона к выбранному вами проводу и заделайте его 1/4-дюймовый монофонический разъем. В качестве альтернативы, прикрепите зажимы типа «крокодил» к телефонному проводу и к разъему, чтобы сделать временное соединение пригодным для тех, кто предпочитает не паять.

Многие попытки создания телефонного микрофона ограничиваются только капсюль динамика — почему бы не использовать весь каркас и не использовать телефонный микрофон в подходящем, высокомощном устройстве!0003

Каждое устройство тестируется с угольным микрофоном перед тем, как покинуть мастерскую, и оно будет работать с любым угольным микрофоном, который вы найдете, при условии правильного хранения и ухода, хотя я не несу ответственности за то, как вы решите использовать или злоупотреблять этим вновь обретенная сила.