Схема микрофонного усилителя с ару. Микрофонный усилитель с АРУ: схема, принцип работы и применение

Как работает микрофонный усилитель с АРУ. Какие преимущества дает автоматическая регулировка усиления. Для чего применяются такие усилители. Как правильно настроить АРУ в микрофонном усилителе.

Принцип работы микрофонного усилителя с АРУ

Микрофонный усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ) представляет собой электронное устройство, предназначенное для усиления слабого сигнала с микрофона до необходимого уровня. Ключевой особенностью такого усилителя является наличие системы АРУ, которая автоматически изменяет коэффициент усиления в зависимости от уровня входного сигнала.

Как работает АРУ в микрофонном усилителе? Система АРУ постоянно отслеживает уровень выходного сигнала усилителя. При увеличении амплитуды входного сигнала (например, когда говорящий приближается к микрофону) АРУ уменьшает коэффициент усиления. И наоборот, при ослаблении входного сигнала усиление автоматически увеличивается. Это позволяет поддерживать относительно постоянный уровень выходного сигнала независимо от изменений громкости и расстояния до микрофона.

Основные компоненты схемы микрофонного усилителя с АРУ

Типовая схема микрофонного усилителя с АРУ включает следующие основные элементы:

• Входной каскад предварительного усиления
• Основной усилительный каскад с регулируемым коэффициентом усиления
• Детектор уровня выходного сигнала
• Схему управления коэффициентом усиления
• Выходной буферный каскад

Входной каскад обычно выполняется на малошумящем операционном усилителе и обеспечивает начальное усиление микрофонного сигнала. Основной усилительный каскад имеет переменный коэффициент усиления, который регулируется системой АРУ. Детектор отслеживает уровень выходного сигнала и формирует управляющее напряжение для схемы АРУ. Выходной буфер согласует выход усилителя с нагрузкой.

Преимущества использования АРУ в микрофонных усилителях

Применение автоматической регулировки усиления в микрофонных усилителях дает ряд существенных преимуществ:

1. Поддержание постоянного уровня выходного сигнала независимо от расстояния до микрофона
2. Предотвращение перегрузки усилителя при слишком громком звуке
3. Улучшение разборчивости речи при изменении громкости голоса говорящего
4. Компенсация разницы в громкости голоса разных людей
5. Уменьшение влияния акустических помех и реверберации помещения

За счет этих преимуществ микрофонные усилители с АРУ обеспечивают более качественную и стабильную передачу речи в различных условиях. Это особенно важно в системах озвучивания, конференц-связи, радиовещании и других приложениях.

Области применения микрофонных усилителей с АРУ

Микрофонные усилители с автоматической регулировкой усиления широко используются в различных областях аудиотехники:

• Системы озвучивания помещений и открытых площадок
• Оборудование для конференц-связи и видеоконференций
• Радиовещательная и телевизионная аппаратура
• Системы оповещения и громкой связи
• Профессиональное звукозаписывающее оборудование
• Мобильные и носимые радиостанции
• Автомобильные аудиосистемы с функцией громкой связи

В каких случаях особенно полезно применение АРУ в микрофонных усилителях? АРУ незаменима в ситуациях, когда расстояние между говорящим и микрофоном может меняться, а также при работе с разными по громкости источниками звука. Например, в системах конференц-связи АРУ позволяет хорошо слышать как близко расположенных, так и удаленных участников. В радиовещании АРУ компенсирует разницу в громкости голоса разных дикторов.

Особенности настройки АРУ в микрофонных усилителях

Правильная настройка параметров АРУ имеет большое значение для качественной работы микрофонного усилителя. Основными параметрами, требующими настройки, являются:

• Порог срабатывания АРУ
• Глубина регулирования (диапазон изменения коэффициента усиления)
• Время атаки и восстановления АРУ
• Характеристика регулирования (линейная или логарифмическая)

Как правильно настроить АРУ в микрофонном усилителе? Порог срабатывания выбирается исходя из типичного уровня полезного сигнала. Глубина регулирования определяется максимальным перепадом уровней входного сигнала. Время атаки должно быть достаточно малым для быстрой реакции на скачки громкости, но не слишком малым во избежание искажений. Время восстановления выбирается компромиссно для обеспечения естественного звучания.

Схемотехнические решения для реализации АРУ

Существует несколько основных схемотехнических подходов к реализации АРУ в микрофонных усилителях:

1. Использование полевого транзистора в качестве управляемого резистора
2. Применение оптронов или фоторезисторов
3. Цифровое управление коэффициентом усиления с помощью ЦАП
4. Использование специализированных микросхем АРУ

Какой метод реализации АРУ лучше выбрать? Выбор зависит от конкретного применения. Для простых устройств подходит схема на полевом транзисторе. В высококачественных усилителях оптимально цифровое управление или специализированные ИМС. Оптроны обеспечивают хорошую линейность, но имеют ограниченное быстродействие. Цифровые методы позволяют реализовать сложные алгоритмы АРУ.

Проблемы и ограничения микрофонных усилителей с АРУ

Несмотря на преимущества, микрофонные усилители с АРУ имеют и некоторые ограничения:

• Возможное появление искажений при быстрых изменениях уровня сигнала
• Подавление естественной динамики речи при слишком глубокой регулировке
• Усиление фонового шума в паузах речи
• «Накачка» уровня сигнала при импульсных помехах
• Сложность настройки для оптимальной работы в разных условиях

Как преодолеть недостатки АРУ в микрофонных усилителях? Для минимизации искажений важно правильно выбрать постоянные времени АРУ. Чтобы избежать чрезмерного сжатия динамического диапазона, глубину регулирования ограничивают 20-30 дБ. Для подавления шума в паузах применяют схемы шумоподавления. Импульсные помехи отфильтровывают на входе усилителя.

Перспективы развития микрофонных усилителей с АРУ

Развитие технологий открывает новые возможности для совершенствования микрофонных усилителей с АРУ:

• Применение цифровой обработки сигналов для реализации сложных алгоритмов АРУ
• Использование нейросетевых технологий для адаптивной настройки параметров
• Интеграция функций шумо- и эхоподавления
• Разработка «умных» микрофонов со встроенной АРУ
• Создание многоканальных систем АРУ для микрофонных массивов

Какие инновации ожидаются в сфере микрофонных усилителей с АРУ? Ожидается широкое внедрение адаптивных алгоритмов, автоматически подстраивающих параметры АРУ под акустические условия. Перспективно применение искусственного интеллекта для распознавания речи и селективного усиления полезного сигнала. Развитие технологий позволит создавать компактные интеллектуальные микрофонные системы с расширенными функциями обработки звука.

Микрофонный усилитель с АРУ

На главную страницу Практические схемы Автолюбителю Антенны Телефония Электропитание Для быта Шпиономания Звук Охрана Компьютер Другие схемы Каталог схем Программы Полезные советы Справочное Теория Рекламодателям

Схема микрофонного усилителя отличается от аналогичных, опубликованных в литературе, малыми габаритами и глубокой автоматической регулировкой усиления (АРУ). Это позволяет использовать ее в составе радиостанции или кассетного магнитофона. Все устройство выполнено на одной микросхеме, имеющей в своем корпусе четыре универсальных операционных усилителя. На элементе микросхемы DA1.1 собран неинвертирующий предварительный усилитель сигнала с микрофона. Это необходимо для эффективной работы автоматической регулировки усиления и снижения уровня шумов. Регулировка коэффициента передачи сигнала между каскадами осуществляется за счет изменения внутреннего сопротивления открытого транзистора VT1, включенного в делитель напряжения, образованный совместно с резистором R5. В исходном состоянии (при низком уровне входного сигнала) VT1 заперт и на прохождение сигнала влияния не оказывает. Второй каскад усилителя собран на элементе DA1.2. Полоса усиливаемых частот от 50 Гц до 50 кГц. Номинальное выходное напряжение 200 мВ. Элемент DA1.3 является повторителем сигнала, что улучшает согласование схемы с нагрузкой.  Для работы системы АРУ используется усилитель на DA1. 3 и детектор уровня сигнала на транзисторах VT2, VT3. Время восстановления схемы (инерционность) задается конденсатором С12. При изменении входного напряжения на 50 дБ — выходное меняется не более чем в 2 раза. В схеме применены полярные конденсаторы типа К50-16, остальные К10-17; резисторы МЛТ.  При правильной сборке схема будет работать сразу, но элементы, отмеченные звездочкой «*», могут потребовать подбора. Так, изменением величины резистора R10 необходимо добиться в точке делителя, указанной на схеме, напряжения 1,15 В. Это напряжение подается на входы усилителей и обеспечивает начальное смещение для работы микросхем на линейном участке характеристики. В этом случае, при перегрузке, ограничение сигнала будет симметричным. От номиналов резисторов R3 и R7 зависит коэффициент усиления каскадов.

Russian HamRadio — Радиотелефоны. Глава 1.5. Усилители звуковой частоты и фильтры.

1.5. Усилители звуковой частоты и фильтры. 1.5.1. Усилители напряжения и мощности звуковой частоты. Варианты выполнения схем УЗЧ. Схемы усилителей звуковой частоты (УЗЧ), применяемых в РТ, очень разнообразны. В первую очередь, это обычные транзисторные усилители, операционные усилители в нескольких схемах включения и логические элементы, работающие в линейном режиме. В некоторых моделях РТ применяются МС маломощных УНЧ в миниатюрных кор­пусах, например, MOTOROLA МС34П9. Наиболее просты схемы микрофонных усилителей (см. рис. 1.24.а), работающие, как правило, с электретными микрофонами. Эти микрофоны при малых габаритах обладают хорошими частотными характеристиками и имеют встроенный усилитель или повторитель на полевом транзисторе, который согласует высокое внутреннее сопротивление микрофона с более низким входным сопротивлением микрофонного усилителя. Для питания транзистора, встроенного в корпус микрофона, необходимо постоянное напряжение порядка 1,2. ..6,0В. Однако, число выводов микро­фона может быть как три, так и два, если используется схема усилителя с открытым стоком. В этом случае нагрузочный резистор ПТ устанавливается на печатной плате, и через разделительный конденсатор сигнал подается на следующий каскад. За счет внутреннего усилителя и хорошего согласования источника сигнала с нагрузкой электретные микрофоны имеют значительно более высокое выходное напряжение по сравнению с электромагнитными и электродинамическими микрофонами, а, следовательно, и меньшую подверженность наводкам и шумам. Усилители мощности 34 могут быть построены по упрощенной одноактной схеме, в которой в качестве активного элемента используется транзистор с нагрузкой в цепи коллектора или эмиттера (рис. 1.22.а), или по двухтактной схеме (рис. 1.22.6). Особенностью УЗЧ НБ является низкое напряжение питания, порядка 3.6В. Поэтому в качестве излучателей используются малогабаритные электродинамические громкоговорители с повышенным входным сопротивлением (8. ..32 Ом). С целью повышения КПД и уменьшения коэффициента нелинейных искажений, часто применяют хорошо отработанную схему двухтактного УМЗЧ на транзисторах разной проводимости: p-n-р и n-р-n. Простые схемы двухтактного УМЗЧ. Одна из самых простых схем двухтактного УМЗЧ применена в НБ РТАТ-20 (см. рис. 1.22.6). Предоконечный каскад на транзисторе Q507 возбуждает оба выходных транзистора (Q508, Q509) — каждый в свой полупериод переменного напряжения. Нагрузкой транзистора Q507 по постоянному току служит цепь смешения R528, R521, D505, D504, R522, устраняющая искажения сигнала типа “ступенька”. Конденсатор С520 осуществляет отрицательную обратную связь (ООС) по переменному току, а С522 является разделительным для выходной ступени и нагрузки. В схеме применена глубокая ООС, в которой смещение на базе предоконечного каскада (Q507) создается за счет напряжения в средней точке выходного (Q508, Q509) через резистор обратной связи R523. В некоторых схемах УМЧЗ, например, НБ РТ FUNAI FF-650, в эмиттерах выходных транзисторов включены низкоомные резисторы, которые выравнивают их токи в разные полупериоды и стабилизируют работу усилителя мощности. Применение ИМС в УМЗЧ. Наиболее рациональным является построение УМЗЧ на микросхеме типа MOTOROLA MC34119 (отечественный аналог 1436УН1 [4]). МС (рис. 1.23) имеет широкий диапазон напряжения питания (2…16 В) и низкий ток потребления (2,7 мА при 3 В). Рис. 1.22. Схемы УЗЧ Выходная мощность не менее 55 мВт на нагрузке 16 Ом при Uп = 3 В. В режиме блокировки МС потребляет ток не более 65 мкА. Так как МС имеет дифференциальный вход (рис. 1.23.6), она может быть включена как по обычной схеме инвертирующего усилите­ля (рис. 1.23.в), так и по схеме не инвертирующего усилителя с высоким входным сопротивлением (около 125 кОм). Типовое значение коэффициента усиления в этом включении — примерно 50, а коэффициент гармоник не превышает 0,5%. Рис. 1.23. Микросхема УЗЧ МС34119 а) цоколевка б) структурная схема                   в) схема УЗЧ РТ SANYO SLT-75 km       Рис. 1.24. Схемы УЗЧ с АРУ   г) ББ РТ BELL FF-750 В УЗЧ РТ желательно применение глубокой автоматической регулировки усиления (АРУ) для поддержания постоянного уровня сигнала на выходе усилителя. Это особенно важно для микрофонных усилите­лей, входное напряжение которых может сильно изменяться в зависимости от взаимного расположения рта говорящего и микрофона, и некоторых других факторов. Цепь АРУ в простейшем виде представляет собой отрицательную ОС. Повышение выходного напряжения приводит к снижению усиления, и наоборот. Существует большое количество схемных решении систем АРУ (рис. 1,24). В транзисторных усилителях чаще всего применяется следующие два метода: а) регулирование положения рабочей точки транзистора усилителя; б) использование вспомогательного транзистора в качестве управляемого сопротивления. АРУ применяется во всех современных системах со встроенными электретными микрофонами.

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 использования для тех, кто предпочитает не паять.

Многие попытки создания телефонного микрофона ограничиваются только капсюлем динамика — почему бы не использовать весь каркас и не переработать этот телефонный микрофон в подходящее, мощное устройство!

Каждое устройство тестируется с угольным микрофоном перед тем, как покинуть мастерскую, и оно будет работать с любым углеродным микрофоном, который вы найдете, при условии, что он правильно хранится и за ним ухаживают, хотя я не несу ответственности за то, как вы решите использовать или злоупотреблять этим вновь обретенная сила.

Углеродный микрофон не входит в комплект поставки, но вам не составит труда найти свой собственный, немного поискав, поищите старые поворотные телефоны, послушайте приятное дрожание угольных гранул, и все готово. Также обратите внимание, что соединение XLR должно обеспечивать фантомное питание 24-48 В, иначе вам не будет хватать этого сладкого, сладкого усиления.

Уменьшение шума в схеме усилителя микрофона при более высоких коэффициентах усиления

Я использую приведенную ниже схему для усиления сигнала от электретного конденсаторного микрофона для анализа микроконтроллером для обнаружения коротких всплесков звука. Схема работает от источника питания ~ 4,5 В от 3 батареек АА, поэтому варианты операционных усилителей ограничены. Я использую NJM4580D. Спецификации для микрофона и операционного усилителя указаны ниже:

https://www.cuidevices.com/product/resource/cma-4544pf-w.pdf

https://www.njr.com/electronic_device/PDF/NJM4580_E. pdf

Схема включает потенциометр для регулировки усиления на второй ступени. Схема нормально работает при низком усилении с более громкими звуковыми вспышками, но у меня возникла проблема с шумом при более высоком усилении, необходимом для обнаружения более слабых звуковых всплесков.

Низкое усиление

Высокое усиление

Шум примерно 580 Гц. В комнате тихо до звуковых всплесков. Схема построена на макетной плате, и размер ее несколько ограничен. Фото ниже:

Итак, учитывая ограничения по источнику питания и конструкции, могу ли я что-нибудь сделать, чтобы уменьшить амплитуду шума, сохраняя при этом уровень сигнала при более высоких коэффициентах усиления?

Будем признательны за любой отзыв.

РЕДАКТИРОВАТЬ 1

Похоже, Брайан прав. Я снял плату микрофона и запитал напрямую от батареек 4,5В. При максимальном усилении шум был приемлемым:

Остальная часть печатной платы, к которой подключено это устройство, довольно проста.