Доработка бюджетного студийного конденсаторного микрофона или нестандартное схемное решение для стандарта фантома 48V, 6.8 кОм/6.8 кОм.

[Павлунчик]

ВНИМАНИЕ! - Данная схема НЕ РАБОТАЕТ с трансформаторным входом. Таковой проектировалась изначально и сознательно.
Вопросы о "пристройке транса" с ТС не обсуждаются.

Хочу поделиться с интересующимися довольно своеобразным схемным решением преобразователя импеданса студийного конденсаторного микрофона. Схема с успехом прошла испытания в десятках студий (любительских и профессиональных). Интересно ваше мнение, пожелания, критика основанная на реальных измерениях или эмуляции.
Идея (кстати родилась в Ташкенте) простая - два повторителя с раздельным питанием от резисторов источника фантома 48V звуковой карты + ПОС "слежения" с выхода усилителя в цепь питания первого каскада посредством двух конденсаторов.
Более полугода шло активное обсуждение этой идеи на другой площадке - где тема называлась "В помощь Самоделкину. "Нерадивый" конденсаторный микрофон зазвучит лучше!", её нетрудно найти в инете. Немало повторивших эту схему, тестов-сравнений, восторженных отзывов, здоровой критики и, куда без них - группа "вечно критикующих но не практикующих". Недавно вышел ролик, где эту схему тестирует один из увлечённых микрофонной тематикой. Естественно не "доктор акустических наук" но треки для сравнения любезно представил за что ему огромная благодарность.
https://www.youtube.com/watch?v=o6fv...ature=youtu.be
Схема -
Полевой транзистор можно выбрать из широкого списка маломощных - K30, 5457,305, 202, 5485 и т.п. Простая настройка - подбор R8 для установки на выходе "3" (он же третий контакт XLR разъёма) постоянного напряжения в пределах 20-21V.
Дроссели - ферритовые бусинки. Хотя можно и без них. Возбуждение схемы на ВЧ не замечалось.



---------- Сообщение добавлено 17:00 ---------- Предыдущее сообщение было 16:54 ----------

Тест в эмуляторе -


---------- Сообщение добавлено 19:09 ---------- Предыдущее сообщение было 17:00 ----------

Тест - коэффициент передачи -



Тест - эффективность компенсации паразитной ёмкости входа (сигнал подаётся на вход через очень малую ёмкость - 0.1 пФ). Как это отражается на КНИ и коэффициенте передачи -



---------- Сообщение добавлено 22:43 ---------- Предыдущее сообщение было 19:09 ----------

Далеко не во всех бюджетных КМ встроен высоковольтный преобразователь (варианты ВП рассмотрим позже) но и без него схема может "оставить" для питания капсюля около 46 Вольт, а вкупе с малыми потерями по передаче, после доработки "нерадивого" мика, мы получим ощутимый прирост чувствительности.
Капсюль обозначен на схеме, как C1.



---------- Сообщение добавлено 23:36 ---------- Предыдущее сообщение было 22:43 ----------

Тест - питание 24V -
Схема, сама по себе, достаточно линейна даже при значительном снижении напряжения питания и превосходно линейна от 40V вплоть до 60V.



По совету уважаемого semimat, для предотвращения резкого броска напряжения на выходе схемы, около 10 Вольт, в момент включения фантомного питания, схема дополняется диодом (1N4148 или аналогом) -



Для обеспечения наиболее плавного и безопасного запуска включать фантомное питание только после подключения устройства. Эта рекомендация относится и к другим КМ с фант.пит. 48В.

[Igor EV]

Вот полная схема:


Некоторые комментарии.
VD8 - обычный стабилитрон на 6.8-7.5В. Резистор R3 подбирается так, чтобы ток через стабилитрон был близок к нулю. При этом напряжение на конденсаторе C3 должно быть примерно 6.85В. В этом случае стабилитрон не участвует в схеме и является лишь ограничителем на случай аномально высокого напряжения питания. Я выбрал напряжение питания микросхемы 6.85В, т.к. на мой взгляд это компромис между током потребления и количеством диодов в умножителе. Если напряжение питания поднять, кол-во каскадов умножителя можно уменьшить. При 7 диодах, 6 конденсаторов и напряжении питания 6.85В напряжение на выходе умножителя примерно -38.5В. Это напряжение практически не зависит от номиналов конденсаторов C5-C10, которые могут иметь емкость от 1 до 3nF. Потребляемый ток тоже не зависит от емкостей конденсаторов. Больше всего потребляемый ток зависит от частоты генератора и напряжения питания, в меньшей степени - от сопротивления резистора R1.
Дроссель L1 я намотал на гантельке диаметром 6мм проводом 0.08 до заполнения. У меня получилось 12.6mH.
ИМХО, данная схема ничем не лучше той, которую выложил Павлунчик. Однако схема Павлунчика требует микросхемы с триггерами Шмидта. А в этой схеме - обычная микросхема с инверторами. Ее преимущество - возможность поднятия напряжения питания до 15В, хотя при этом сильно вырастет ток потребления.
Напряжение на выходе можно регулировать количеством каскадов в умножителе. Если поставить 9 диодов (как в схеме Павлунчика), напряжение на выходе умножителя будет примерно 51В. Как написано в сообщении #92, напряжение на капсюле равно напряжению преобразователя плюс 20В.
Если есть еще вопросы - задавайте.

---------- Сообщение добавлено 13:50 ---------- Предыдущее сообщение было 13:44 ----------

Igor EV,
Хотелось бы системного подхода в опубликовании результатов.
Ну типа RC - частота - напряжение питания - ток потребления - количество ступеней умножения - выходное напряжение.

Чуть позже напишу. Нужно провести измерения.

Потребление генератора импульсное, с частотой, равной удвоенной частоте генерации.
Измерить такой ток - задача непростая. Обычным мультиметром можно получить погоду на Марсе.

Я измерял падение напряжения на резисторе R2 и вычислял ток. Насколько я понимаю, напряжение на этом резисторе более-менее постоянное, поскольку после него идут фильтрующие конденсаторы C3 и C4.

---------- Сообщение добавлено 16:39 ---------- Предыдущее сообщение было 13:50 ----------

Я провел кучу измерений. Не думаю, что все они важны. Поэтому давайте я выложу результаты, а интересующиеся напишут, нужно ли еще что-то измерить. Поскольку не хочется делать что-то впустую.

Зависимость потребляемого тока от напряжения. L=12.6mH, C1=C2=1000pF, количество ступеней - как на схеме.

Uпит, В	Iпот, мкА	Uвых, В
5	70.2	27.5
6	113	33
6.5	138	35.5
7	168	38.8
8	238	45.1
10	404	56.4
12	623.4	68.3

Зависимость потребляемого тока от R1

R, кОм	Iпот, мкА
22	138
47	151
68	165

Зависимость выходного напряжения от кол-ва ступеней (кол-ва диодов, включая VD1) при напряжении питания 6.8В

N	Uвых, В
4	19.2
5	25.6
6	32
7	38.3

Зависимость частоты и потребляемого тока от индуктивности L1 (все остальные эл-ты как на схеме).

L, mH	f, кГц	Iпот, мкА
4.2	115	395
8.2	86.5	172
12.6	66.13	168
16.8	53.6	162

Зависимость потребляемого тока и частоты от емкости C1, C2 (при напряжении питания 6.5В)

C1, C2, пФ	Iпот, мкА	f, кГц
545	170.2	88.2
1000	138	66.13
1200	244.6	59.6

[Гоша]

Igor EV,
А каким мультиметром измерял выходное напряжение?
Учел ли при этом его входное сопротивление?
Всё-таки резистор 4,7 МОм сильно повлияет на показания вольтметра.

[gribov]

Рискну поделиться схемами, которые работают у меня. На яндексе выложены платы всех вариантов, схемы и тестовые записи в wav, а также миксованная дорожка для видео.
https://disk.yandex.ru/d/jYYLIgoIvF9ajA ссылка на яндекс

[shura1959]

Igor EV, Спасибо, отличные результаты!
Немного непонятен взлёт тока потребления при С1,С2=1200пФ.

---------- Сообщение добавлено 21:47 ---------- Предыдущее сообщение было 21:42 ----------

поделиться схемами

Спасибо, ещё хотелось бы вкратце дополнить, схемы частотами, токами потребления, выходными напряжениями (на схемах видно не очень разборчиво).

[Aikman]

Igor EV,
А каким мультиметром измерял выходное напряжение?

с 0:43

схема Павлунчика требует микросхемы с триггерами Шмидта. А в этой схеме - обычная микросхема с инверторами. Ее преимущество - возможность поднятия напряжения питания до 15В

Используемая в Rode NT, Noemann TLM микросхема 40106 (триггер Шмитта инвертирующий) допускает напряжение питания от 3…18В.

[Гоша]

Aikman,
Нет сомнений в том, что измерить напряжение на выходе преобразователя можно обычным мультиметром с входным сопротивлением 10 МОм.
Однако надо понимать, что есть существенная разница между измерениями напряжений на С11 и С12.
Во втором случае надо учитывать влияние резистора 4,7 МОм.

микросхема 40106 (триггер Шмитта инвертирующий) допускает напряжение питания от 3…18В.

Ну да, и обладает всеми свойствами, присущими серии 40ХХХ.
Как достоинствами, так и недостатками. В том числе повышением потребляемого тока с ростом частоты и напряжения питания.
Основной резон в применении генератора на триггере Шмитта заключается в том, что частотозадающий конденсатор перезаряжается напряжением в диапазоне гистерезиса ТШ. Сам же ТШ никогда не работает в линейном режиме, в отличие от вентилей "обычного" RC генератора.
Всё это в совокупности позволяет уменьшить ток, потребляемый генератором на ТШ по сравнению с обычным.
Другое дело, если применить вентили серии 74НСХХХ. Они более быстродействующие по сравнению с 40ХХХ, значит при переключении будут потреблять ток меньшее время.
Но у них максимальное напряжение питания 6В. Хоть и работают при 10В.

[Igor EV]

Igor EV,
А каким мультиметром измерял выходное напряжение?
Учел ли при этом его входное сопротивление?
Всё-таки резистор 4,7 МОм сильно повлияет на показания вольтметра.

Я мерял на конденсаторе C11. Прибор - ZT102. Входное сопротивление 10 МОм (проверил экспериментально).
Я попытался поставить параллельно C11 пленочный конденсатор на 3.3мкФ. Без этого конденсатора напряжение на выходе 37.9В, а с ним - 38В (естественно напряжение падает через несколько секунд после подключения вольтметра).
Если я включаю последовательно с вольтметром резистор 10 МОм, то напряжение получается в 2 раза меньше, чем без этого резистора. Думаю, нагрузка в 10 МОм еще более-менее терпима для умножителя. И у меня в макете стоят конденсаторы не 1000 пФ, а от 1500 до 2200 пФ (какие под рукой были). Пробовал емкость двух-трех конденсаторов уменьшать до 1000 пФ - ничего не меняется. Судя по всему, даже 1000 пФ вполне достаточно.

Немного непонятен взлёт тока потребления при С1,С2=1200пФ.

Судя по всему такая емкость уже сильно нагружает выход инвертора. Кстати, на выводе 6 микросхемы чистая синусоида.

[shura1959]

на выводе 6 микросхемы чистая синусоида.

Не совсем чистая, но близко; тут да, всё по науке, этот инвертор работает как линейный усилитель.

Судя по всему такая емкость уже сильно нагружает выход инвертора

Просто ток увеличился непропорционально увеличению ёмкости. Возможно да, больше затягиваются фронты, и время переключения увеличивается.

[Aikman]

На яндексе выложены платы всех вариантов, схемы и тестовые записи в wav, а также миксованная дорожка для видео.
https://disk.yandex.ru/d/jYYLIgoIvF9ajA ссылка на яндекс

Выложенные layout плат с использованием микросхемы 40106 разведены с выходом "плюса", а не "минуса", как на принципиальных схемах.

[gribov]

диоды паяются "вниз головой", это чтобы не менять разводку, так что там минус. Забыл указать, спасибо.

[Павлунчик]

тестовые записи в wav

Вы говорите, что виолончель, скрипка и т.п. пишутся на К67 честно но, как я понял - плосковато.
Капсюль К67 сам по себе верхастый, на НЧ довольно ровный или с небольшим завалом (если мик расположен поодаль), а схема FIN передаёт НЧ беспрецедентно точно, что естественно выливается в "плосковатость" по сравнению с трактами а-ля "больше грязи - ширше морда".
Обязательно когда-нибудь испытайте капсюль с более-менее ровной АЧХ но без "болта по центру". У меня несколько таких капсюлей (от RODE NTK и ЛОМО 19А19) - по сравнению с К67 звучат иначе.
Спасибо за проделанные тесты.

[shura1959]

записи в wav

Спасибо, послушал, на мой взгляд, самый лучший вариант: MONO-001 Fin+транз.WAV, если не секрет, какая схема преобразователя?

[gribov]

Да, все верно, плосковато. У меня есть некоторые мысли по этому поводу, я не стал об этом в видео говорить. Тут дело скорее всего в системе звукообработки самого человека. Ведь кроме барабанных перепонок, в этом процессе участвуют кости черепа. В сумме получается звук, отличный от того, который передает микрофон. Видимо поэтому и имеет место эта погоня за аутентичностью, что и заставляет вносить корректировки в АЧХ самого микрофона, т.е. производители сами заставляют их врать, но зато красиво).
В данном же случае честность звукопередачи- это не упрек схеме, или ее недостаток. Она как раз показывает, какой капсюль попался в руки и на что он способен.
Обязательно при случае попробую С12, надо будет только напряжение добавить ему. На той же схеме NT1A этот капсюль дает совсем другой звук, чем 67 или 47й (в микрофоне Alctron MC6 как раз эта схема и С12 капсюль без "болта").

[Павлунчик]

Да, все верно, плосковато. У меня есть некоторые мысли по этому поводу, я не стал об этом в видео говорить. Тут дело скорее всего в системе звукообработки самого человека. Ведь кроме барабанных перепонок, в этом процессе участвуют кости черепа. В сумме получается звук, отличный от того, который передает микрофон. Видимо поэтому и имеет место эта погоня за аутентичностью, что и заставляет вносить корректировки в АЧХ самого микрофона, т.е. производители сами заставляют их врать, но зато красиво).

Самыми желанными микрофонами для студий являются модели с усилителями менее всего искажающими сигнал с капсюля.
За последние 50 лет сложилось вполне определённое мнение на сей счёт - чем точнее передаётся звучание капсюля - тем легче обрабатывать материал и увлекательнее на слух запись.
При записи различных инструментов выбирают капсюли и обработку в зависимости от требуемого эффекта но к высокоточному преобразователю импеданса это не имеет никакого отношения.

[Павлунчик]

Я провел кучу измерений. Не думаю, что все они важны.

Творческий резонанс в коллективе единомышленников творит чудеса. Весьма показательные и интересные измерения.
Хочу и от себя предложить обсудить некоторый ход.



Здесь описание работы реальной схемы -
Частота генератора около 500 кГц.
Форма колебаний - синус с заметным ограничением сверху.
Схема начинает устойчиво генерировать колебания при напряжении питания 1.1V.
Ток потребления при питании 45V около 20 мкА, при питании 35V на 1 мкА меньше. Подбором R3 устанавливается требуемое выходное напряжение "потолок" которого так же зависит от напряжения питания. Фактически выходное напряжение равно удвоенному напряжению питания + 5...7% (без АРУ).
В реальной схеме выходное напряжение установлено минус 53.9V (питание 45V), при питании 35V заметно небольшое уменьшение выходного напряжения до минус 53.25V.
В АРУ применён J112 (вероятно лучшая будет вести себя j111) с отсечкой 3.3V (по китайскому тестеру деталей). Номиналы конденсаторов, биполярные транзисторы, диоды в точности, как в реальной схеме. Мой RLC метр определил номинал дросселя в 7000мкГ (хотя на корпусе написано 6800) .
Заряд выходных конденсаторов почти на 100% происходит менее, чем за 1 секунду...
Ниже схема первой публикации до редактирования.

[real64]

Павлунчик, . Прямо захотелось включить паяльник и попробовать заменить ПН в микрофоне собранном на основе PM860. Там особенно желательна малогабаритная плата (диаметр ручки 26 мм)

[Павлунчик]

Павлунчик, . Прямо захотелось включить паяльник и попробовать заменить ПН в микрофоне собранном на основе PM860. Там особенно желательна малогабаритная плата (диаметр ручки 26 мм)

Думаю стоит обратить внимание на это решение и посмотреть, что там в итоге по шумам. Возможно потребуется добавить на выходе RC фильтр, как в rodе nt1a, а может и без этого будет чистый эфир.
Дроссель снял с платы от электроника ВМ-12. Габарит дросселя - диаметр 7мм, длина 10мм.
Вроде бы ничего не упустил.

[Igor EV]

Думаю стоит обратить внимание на это решение...

А я уже плату под CD4049 сделал Хоть бери, да повторяй эксперименты с новой схемой

У меня вопрос: зачем нужна стабилизация напряжения на транзисторе Q3? Без него выходное напряжение будет слишком высоко? Моя логика такая: напряжение питания не может быть больше 48В. Если мы вместо Q3 поставим простой резистор и подберем требуемое выходное напряжение, чем это будет хуже? К тому же можно исключить элементы R5, C4, которые возможно будут в некоторых случаях мешать запуститься генератору, т.к. напряжение на коллекторе Q2 растет медленно.
ИМХО, эта новая схема имеет громадное преимущество - минимальные размеры. Не во всех корпусах есть достаточно места, чтоб разместить 8-10 конденсаторов умножителя...

[Aikman]

По количеству высокоомных резисторов напомнило:

[Павлунчик]

А я уже плату под CD4049 сделал Хоть бери, да повторяй эксперименты с новой схемой

У меня вопрос: зачем нужна стабилизация напряжения на транзисторе Q3? Без него выходное напряжение будет слишком высоко? Моя логика такая: напряжение питания не может быть больше 48В. Если мы вместо Q3 поставим простой резистор и подберем требуемое выходное напряжение, чем это будет хуже? К тому же можно исключить элементы R5, C4, которые возможно будут в некоторых случаях мешать запуститься генератору, т.к. напряжение на коллекторе Q2 растет медленно.
ИМХО, эта новая схема имеет громадное преимущество - минимальные размеры. Не во всех корпусах есть достаточно места, чтоб разместить 8-10 конденсаторов умножителя...

Без цепей АРУ минус 52V получается при напряжении питания 24-25V.
При этом ток потребления схемы около18 мкА.
Применение автоматического регулятора-стабилизатора выходного напряжения позволяет закрыть проблему стабилизации выходного напряжения и нестабильности тока потребления (от разброса напряжения фантома) "на все сто".
Конечно можно несколько ухудшить стабилизацию и питать схему генератора через высокоомное сопротивление исключив цепи автоматической регулировки. Здесь по вкусу.
Генератор в представленном виде заряжает выходные конденсаторы почти на 100% за 6 секунд.
Генератор запускается сходу от 1,1 Вольта. Здесь, по меньшей мере, странно говорить о "некоторых случаях мешающих запуститься генератору".