Микрофонный усилитель на полевом транзисторе

Микрофонный усилитель

Электретные микрофоны широко применяются в современной бытовой и специальной аппаратуре. Они отличаются компактными размерами и высоким качеством передачи звукового сигнала. Основным недостатком конструкции является очень слабый выходной сигнал и обязательная подача на капсюль поляризующего напряжения. Предварительный усилитель для микрофона может быть сделан на любой элементной базе. В самодельных конструкциях применяются как транзисторы, так и интегральные микросхемы. Схемы устройств отличаются количеством каскадов, наличием автоматической регулировки усиления и другими техническими решениями.

Усилитель для электретного микрофона

Микрофонный усилитель для микрофона используется для усиления слабых сигналов, величиной 0,1-15 mV до уровня 200-400 mV. Схема предусилителя для микрофона проста и включает в себя один или два каскада усиления и, при необходимости, цепи коррекции амплитудно-частотной характеристики микро. Основными параметрами конструкций являются следующие величины:

  • Частотный диапазон
  • Коэффициент нелинейных искажений
  • Отношение сигнал/шум
  • Коэффициент усиления

Хороший усилок для микро должен обеспечивать частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц с неравномерностью АЧХ не более ±1,5 дБ. Необходимая частотная коррекция осуществляется в дальнейших каскадах низкой частоты. Коэффициент гармоник во всём диапазоне частот не должен превышать 0,2%. Поскольку микрофонное устройство является первым каскадом, все внутренние шумы будут усиливаться низкочастотных трактом. Поэтому в схемах микрофонных усилителей используются самые малошумящие транзисторы и интегральные операционные усилители.

Микрофонный усилитель для электретного микрофона

Электретный микро при громком звуке, выдаёт на выходе порядка 10-15 mV, поэтому для усиления сигнала до уровня 400-600 mV может использоваться схема с одним или двумя каскадами. Конструкция может быть собрана на обычном или полевом транзисторе и интегральной микросхеме. Усилитель микрофона на одном транзисторе выполнен на малошумящем приборе с обратной проводимостью. Схема подходит для применения в звуковых трактах персональных компьютеров. Достоинством устройства является низковольтное питание и его можно питать от пальчиковой батарейки на 1,5 вольта. Величину конденсатора С3 можно изменять в указанных пределах.

Микрофонный усилитель на одном транзисторе

Схема на полевом транзисторе обладает низким уровнем собственных шумов и обеспечивает коэффициент усиления порядка 20 дБ.Для этого потребовалось увеличить напряжение питания до 9 В, поэтому усилитель питается от батарейки типа «Крона» или от источника внешнего питания. При повторении данной схемы нужно помнить, что полевые полупроводниковые приборы боятся статического электричества, поэтому пайку транзистора нужно выполнять заземлённым паяльником и использовать антистатический браслет. Выводы транзистора перед пайкой нужно соединить между собой, обмотав их тонкой медной проволокой. Схемы микрофонных устройств на транзисторах имеют различные технические решения. Они бывают с несколькими каскадами, с автоматической регулировкой усиления и шумоподавлением.

В первом случае через резисторы R4 иR1 на электретный микрофон подаётся напряжение питания необходимое для его работы. Переменный сигнал в частоты с электродинамического прибора подаётся через конденсатор С3 на базу транзистора. Усилитель для динамического микрофона собирается на одном транзисторе обратной проводимости.

Транзистор ВС547 заменяется на КТ3102Е. Правильно собранная схема начинает работать сразу и не требует регулировки. Схема микрофонного усилителя на одном транзисторе не всегда может обеспечить требуемые параметры, поэтому на практике часто применяются схемы имеющие большее число каскадов.

К усилителю микрофона подключается электродинамический микрофон, но схема может быть доработана и для электретного устройства. Для этого электролитический конденсатор С2 меняется на обычный ёмкостью 4,7 мкФ, а в точку его соединения с микро подаётся питающее напряжение через резистор 2-3 кОм. Коэффициент усиления устройства достигает 200 в полосе частот от 40 Гц до 20 кГц. Применение транзисторов разной структуры позволило исключить переходной конденсатор между каскадами. Он обычно вносит заметные искажения в схемы усиления низкой частоты.

Схема микрофонного усилителя на микросхеме

Существует много конструкций микрофонного усилителя на микросхеме. Чаще всего в устройствах применяются операционные усилители, но имеются интегральные компоненты представляющие собой готовый микрофонный канал. Примером такой конструкции является специализированная малошумящая микросхема усилитель микрофонаMAX9814.Она имеет следующие параметры:

  • Программируемый коэффициент усиления – 40, 50 и 60 дБ
  • Гармонические искажения – 0,04%
  • Встроенный источник питания для электретного микро – 2 В
  • Температурный диапазон — +80- –40 0 С
  • Имеется автоматическая регулировка усиления
Читать статью  Как увеличить громкость микрофона: лучшие способы

Для самостоятельного повторения подойдут схемы на интегральных операционниках.

Схема собрана на отечественном ОУ 157УД2. Это микросхема с очень маленьким уровнем собственных шумов не критичная к напряжению питания.

Высококачественный канал предназначен для работы с электретными микрофона всех типов. В нём используется ОУ BA4558 или JRS4558. Конденсаторы С1 и С4 по 0,22 мкФ. Схема отличается высокой чувствительностью. Не требует регулировки и начинает работать сразу после подачи напряжения питания. В следующем устройстве используется микросхема для микрофона К538УН3Б.

Она очень простая, так как в ней отсутствуют резисторы и для её сборки потребуется только микросхема и четыре конденсатора. Напряжение питания можно снизить до 3 вольт без больших потерь усиления. При повторении конструкций нужно выполнять подключение усилителя микрофона экранированным проводом и экран соединить с корпусом устройства.

Усилитель с микрофонным входом

Низкочастотные конструкции, предназначенные для усиления сигналов звуковой частоты, всегда оборудуются одним или несколькими микрофонными входами. Это самые чувствительные входы звукового канала. При работе внешних звуковых устройств следует избегать подключения девайсов с большими уровнями выходного сигнала к микрофонным входам УНЧ. Это может вызвать отказ входных транзисторов или интегральных микросхем. Профессиональные устройства оснащены разъёмами XLRкоторые позволяют подавать фантомное питание на конденсаторные микрофоны.

Микрофонный усилитель на полевом транзисторе

В микрофонных усилителях миниатюрных радиопередающих устройств широко применяются и полевые транзисторы. При этом резистивные усилители на полевых транзисторах обеспечивают согласование источников сигнала, имеющих большое внутреннее сопротивление, с входом каскадов, обладающих относительно небольшим значением входного сопротивления. Каскады усиления на полевых транзисторах чаще всего выполняют по схеме с общим истоком.

Принципиальная схема предназначенного для работы с электретным микрофоном простейшего микрофонного усилителя, выполненного всего на одном полевом транзисторе, приведена на рис. 2.10. Усиление данной конструкции составляет не менее 20 дБ.

Микрофонный усилитель на полевом транзисторе

В рассматриваемой схеме сформированный микрофоном ВМ1 сигнал через разделительный конденсатор С1 подается на вход усилительного каскада, выполненного на полевом транзисторе VТ1, который включен по схеме с общим истоком.

Если на затвор транзистора VТ1 подать переменное напряжение малой величины, то при отрицательной полуволне этого напряжения ток, протекающий через транзистор, будет уменьшаться, а при положительной полуволне – увеличиваться по соответствующему закону. В результате аналогичным образом будет изменяться и напряжение на резисторе R3. Форма этого переменного напряжения повторяет форму входного сигнала, однако величина напряжения на стоке транзистора VТ1 будет значительно больше, чем величина сигнала на его затворе.

Для формирования напряжения смещения, подаваемого на затвор транзистора VТ1, в данном случае используется так называемая схема с автоматическим истоковым смещением. Напряжение автоматического смещения формируется при протекании тока стока транзистора VТ1 через резистор R4. Это напряжение подводится к затвору транзистора через резистор утечки R2, который также обеспечивает сток зарядов, накапливающихся на затворе. Режим работы данного усилительного каскада определяется величиной сопротивления резистора R4.

При отсутствии входного сигнала через транзистор VТ1 протекает ток стока, называемый током покоя. Этот ток обеспечивает формирование на резисторе R4 определенной разности потенциалов, то есть на верхнем по схеме выводе этого резистора будет положительное напряжение небольшой величины. Между затвором и шиной корпуса, имеющей нулевой потенциал, включен резистор R2, общее сопротивление которого несоизмеримо больше сопротивления резистора R4. В результате на затворе транзистора VТ1 формируется потенциал, который по сравнению с малым положительным потенциалом истока будет более отрицательным. Это небольшое отрицательное напряжение на затворе обеспечивает частичное закрытие транзистора, при этом устанавливается меньшая величина тока стока. Таким образом, величина тока покоя транзистора VТ1 зависит от сопротивления резистора, включенного в его цепь истока, то есть в данном случае от сопротивления резистора R4. Чем больше величина сопротивления резистора R4, тем большее отрицательное напряжение смещения подается на затвор транзистора VТ1. Поэтому изменением сопротивления резистора R4 подбирается такое напряжение смещения, при котором обеспечивается работа транзистора на линейном участке характеристики.

Для того чтобы через резистор R4 проходила лишь постоянная составляющая коллекторного тока, параллельно этому резистору в цепи эмиттера транзистора VТ1 включен электролитический конденсатор С3. Через этот конденсатор постоянный ток не проходит, поэтому на положение рабочей точки транзистора конденсатор С3 не оказывает никакого влияния. Сопротивление данного конденсатора переменному току невелико, поэтому переменная составляющая тока истока свободно проходит через конденсатор С3 на шину корпуса.

Читать статью  Ремонт телевизора TELEFUNKEN TF-LED32S40T2

Снимаемый с резистора R3 усиленный сигнал через разделительный конденсатор С2 подается на выход микрофонного усилителя.

Необходимо отметить, что при сборке данного усилителя следует соблюдать общепринятые меры предосторожности, обеспечивающие защиту полевых транзисторов от выхода из строя вследствие воздействия статического электричества. В процессе пайки следует пользоваться паяльником с заземленным жалом, газовым паяльником или же специальной паяльной станцией. Не следует забывать и об антистатическом браслете.

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.

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

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.

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.

Читать статью  Регистрационное удостоверение на проектор знаков сср-3100 скачать

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.

Литература:

  1. http://forum.cxem.net/uploads/monthly_04_2011/post-57852-0-96201600-1301791430.gif2.
  2. http://forum.cxem.net/index.php?/blogs/entry/429-танцы-с-бубном-вокруг-электретного-микрофона/
  3. http://nauchebe.net/2014/06/vysokochastotnye-vxodnye-usiliteli-i-aru-dlya-novichkov-v-radiodele/

Falconist Опубликована: 13.06.2017 Изменена: 27.06.2017 0 1

Вознаградить Я собрал 0 2

Источник https://dinamikservis.ru/mikrofony/mikrofonnyy-usilitel/

Источник https://arsenal-info.ru/b/book/561762499/17

Источник https://cxem.net/sound/soundpred/soundpred37.php

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: