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]

Измерил искажения своей схемы. Снято при Ку=122 (41.7dB)
Если выходной уровень -10dB и ниже, то уровень второй гармоники порядка 0.001%, а более высокие гармоники прячутся за шумами:


Если выходной уровень побольше, искажения возрастают:


К сожалению более точно я снять не могу - у меня нет чем увидеть такие малые величины. Для сравнения вот искажения и шум карты (вход и выход соединены):

[Aikman]

Измерил искажения своей схемы.

Вот интересно, вы хоть один FIN собрали, что так беспардонно оффтопите в теме?

[Igor EV]

Вот интересно, вы хоть один FIN собрали, что так беспардонно оффтопите в теме?

Собираю А насчет оффтопа мне лично Павлунчик разрешил. Просто эти темы связаны на мой взгляд. Если автор темы скажет, что мой оффтоп неуместен, я естественно соглашусь с его мнением.
По поводу FIN: я решил пойти более длинным путем. Сделать сначала предусилитель, поскольку с ним микрофон можно будет оценить даже с не очень хорошей звуковой картой, которая не у всех есть.

[shura1959]

я решил пойти более длинным путем. Сделать сначала предусилитель, поскольку с ним микрофон можно будет оценить даже с не очень хорошей звуковой картой, которая не у всех есть.

Совершенно правильное решение , без хорошего преампа, оценить мик очень непросто.

[Aikman]

я решил пойти более длинным путем. Сделать сначала предусилитель, поскольку с ним микрофон можно будет оценить даже с не очень хорошей звуковой картой

То есть вы считаете, что достойно оценить микрофон вам помогут не очень хороший микрофонный усилитель+ не очень хорошая звуковая карта? Как ваш усилитель улучшит "восприятие" вашего микрофона звуковой картой?
Логика мне подсказывает, что:
1. микрофон+ НОХ звуковая карта
лучше чем
2. микрофон+ НОХ усилитель+ НОХ звуковая карта

[Igor EV]

То есть вы считаете, что достойно оценить микрофон вам помогут не очень хороший микрофонный усилитель+ не очень хорошая звуковая карта?

Нет, не так. Если микрофонный усилитель, имеющийся в звуковой карте плохой, но линейный вход приемлемый, то дополнительный микрофонный усилитель будет однозначно лучше, тем более, что выше я показал, какой уровень гармоник и шума можно получить.

Как ваш усилитель улучшит "восприятие" вашего микрофона звуковой картой?

Еще раз другими словами: если линейный вход карты дает мало шума, а микрофонный вход сильношумящий, то дополнительный микрофонный усилитель кардинально уменьшает уровень шума, что и было продемонстрировано на практике.
Кроме того, Гоша в этой же теме до меня предлагал похожий подход: чтоб оценить уровень шума микрофона FIN на шумящей карте, нужно изготовить малошумящий микрофонный усилитель.

Т.е. что я сделаю на следующем этапе: соберу FIN и проверю практически (а не в симуляторе) уровень шума и искажения. Это будет возможно сделать, поскольку я уже знаю общий уровень шума моей карты+мик.усилителя, а также их искажения. Впрочем, насчет искажений я не уверен, поскольку у схемы FIN искажения могут оказаться ниже 0.001% (а такие значения я не смогу измерить). Но на практике это можно будет проверить.

Логика мне подсказывает, что:
1. микрофон+ НОХ звуковая карта
лучше чем
2. микрофон+ НОХ усилитель+ НОХ звуковая карта

Ваша логика неправильная. Читайте выше. Подсказка: уровень шума в системе определяется в первую очередь шумом первого каскада. Т.е. если микрофонный усилитель менее шумящий, чем встроенный в карту, то результат однозначно будет лучше.

[Tuvalu]

Если микрофонный усилитель, имеющийся в звуковой карте плохой, но линейный вход приемлемый,

Очень часто именно так и бывает.

[Igor EV]

Давайте еще раз поговорим о высоковольтном преобразователе.
Это немного уже обсуждалось. Вот два поста: #89 и #92

Я собрал такую схему:


При питании +12В на выходе получилось -34.6В (моделирование и реально спаянная схема показали один и тот же результат). Кстати, я использовал обычный стабилитрон на 13В и подобрал ограничивающий резистор так, чтобы ток через стабилитрон был почти нулевым. В этом случае стабилитрон играет роль ограничителя при случайном увеличении питающего напряжения. И в этом случае обычный, не микротоковый стабилитрон вполне применим.

Но меня не устраивает потребляемый ток - он получился 1.6мА.
Если брать первую схему из шапки темы и питать преобразователь от плюсового вывода C4, то напряжение на C4 будет примерно +35В (проверено экспериментально).
Отсюда вопросы:
1) Можно ли уменьшить потребляемый ток преобразователя? Подозреваю, что это зависит от применяемой микросхемы.
2) Если питание схемы FIN равно 35В, будет ли она нормально работать? Я лично думаю, что все будет нормально, но решил переспросить.
3) Если включить преобразователь так, как сказано в сообщении #92, то на капсюле будет примерно 20+34.6 = 54.6В. Правильно?
Поскольку напряжение на капсюле в таком включении сложно измерить, нужно быть абсолютно уверенным в том, что я правильно его рассчитываю.
4) Поскольку капсюль включен без разделительного конденсатора (один из выводов капсюля напрямую подключен с затвору транзистора), интересно, что случится, когда капсюль залипнет от громкого звука (или скажем от брака самого капсюля)? Что будет с полевым транзистором?

[Гоша]

Igor EV,

Потребление КМОП вентилей сильно зависит от того, какую часть периода вентиль находится в режиме переключения.
При работе на емкость это время увеличивается, потребление, соответственно, тоже.
В твоей схеме есть недостаток - умножитель цепляется непосредственно на выходы вентилей генератора, что не упрощает ему работу и дополнительно растягивает фронты.
При этом 4 вентиля остаются незадействоваными, а их можно употребить с пользой, как в нижней схеме из поста #89.
Кстати, входы незадействованных вентилей заземлены, надеюсь?
Какая частота генерации? Повышать ее выше 60...70 кГц не вижу смысла.
Понизить ток потребления можно несколькими способами.
1. Развязать генератор и умножитель, как это сделано в #89.
2. Хороший результат по потреблению дает генератор на часовом кварце 32768 кГц, если завести его на второй гармонике.
3. Если последовательно с выходами буферных элементов U1D, U1C и U1E, U1F (по схеме из #89) включить резисторы 10 кОм, то потребляемый ток существенно снизится. Но увеличится время выхода на режим, что, в общем то, неплохо.
Если на выход умножителя включить RC цепочку, допустим, 1МОм 0,1 мкФ, то за транзистор можно не переживать - ток при КЗ в капсюле будет ограничен десятками микроампер.

[Aikman]

При питании +12В на выходе получилось -34.6В

Я использую схему рекомендованную Павлунчиком. У меня 3-х проводный(двухмембранный) капсюль, поэтому схема сделана на генерацию как "минуса", так и "плюса". Микросхема 40106(SOIC). При питании схемы +12 вольтами через резистор 3к3(между 7 и 14 ногами микросхемы установлен стабилитрон на 10 вольт) схема потребляет ровно 1mA . На выходе +55 вольт и -49 вольт. Если убрать стабилитрон и увеличивать питающее напряжение- растет потребляемый схемой ток. При 12 вольтах у меня было 1.9mA.

[semimat]

Igor EV, вопрос потребления такого преобразователя мне интересен. Я считал, что подобная схема должна потреблять полмиллиампера или меньше. Возможно, получилась слишком большая частота генерации, а КМОП логика потребляет ток в моменты переключения. Может быть, в умножителе использованы не высокочастотные диоды с малой емкостью, а простые выпрямительные. Надо также заземлить входы незадействованных логических элементов (о чем сказал Гоша). Для начала выяснения причин большого тока, я бы отключил цепь умножения и померил собственный ток потребления генератора. Еще важно посмотреть, как меняется этот ток в зависимости от напряжения питания, о чем сказал Aikman. Мне кажется, что при питании выше 7...9 В ток потребления существенно возрастает. Возможно также, что микросхема С4049UBM - не лучший выбор - у неё в названии есть буква U, а Alex упомянул в #341, что такие логические микросхемы используются в аналоговом режиме. И сначала я измерял бы всё без цепочки резистор-стабилитрон.
Ранее в теме "Слуховой аппарат" рассматривался преобразователь на одном транзисторе из 3,5 В в 170 В. Там получился на практике ток потребления при нагрузке 100 МОм около 0,65 мА, а в симуляции удалось снизить этот ток до 120 мкА. Посмотри ссылку #319.

[shura1959]

1) Можно ли уменьшить потребляемый ток преобразователя? Подозреваю, что это зависит от применяемой микросхемы.

Гоша прав, собственное потребление генератором-умножителем в данном случае зависит от затянутых фронтов переключения инверторов. По даташиту, исходя из отдаваемых инвертором при Uпит=10В токов по 0 и по 1, примерно 10мА и 3мА, выходное сопротивление инвертора будет 1кОм и 3кОм,, соответственно, что в импульсе даёт примерно 10мА и 3мА, что многовато. Как и предлагает Гоша, можно ограничить выходные токи последовательными резисторами, которые рассчитываются исходя из тока нагрузки (который я чего то не нашёл)).

[Гоша]

которые рассчитываются исходя из тока нагрузки (который я чего то не нашёл)).

Ну какой там ток нагрузки?
Конденсатор 75 пик с воздушным диэлектриком?

я бы отключил цепь умножения и померил собственный ток потребления генератора.

Правильная мысль.
И посмотреть ток потребления.
Если при +15В потребление слишком большое - уменьшить до +7В и добавить ступень умножения.

[Igor EV]

Всем спасибо за ответы.
Дополнительная информация:
- частота генератора 98кГц.
- все неиспользуемые входы микросхемы естественно заземлены.
- в посте #92 Павлунчик писал, что у него потребляемый ток не более 0.2мА. Правда при питании 7В. Но у него другая микросхема.
- развязка генератора и умножителя почти ничего не дает. Более того, Павлунчик почему-то не стал использовать остальные инверторы микросхемы и даже написал: "использовать добавочные усилители нельзя, используется только ДВА". Почему - не понимаю.
Я проверил - основной ток потребляет генератор, а не умножитель. Если я оставляю только генератор (убрав все конденсаторы с выходов инверторов), то при питании 11.7В потребляемый ток получается 1.62мА. Если я подключаю умножитель, потребляемый ток возрастает незначительно - до 1.64мА.

Уменьшил питающее напряжение. При 6В ток, потребляемый генератором равен 0.45мА. Вместе с умножителем - 0.455мА. Частота генератора 96кГц.
Уменьшил частоту (емкость конденсатора 220пФ) до 73.5кГц. Общий ток (с умножителем) стал 0.436мА.
Изменил частотозадающие элементы (вместо 22К поставил 91К, вместо 150пФ поставил 47пФ). Частота стала 80кГц. Ток потребления 0.323мА при питании 6.3В.
Вероятно такой результат можно считать нормальным. Можно ли так оставлять, или добиваться лучшего результата? В принципе я могу попробовать поставить какую-нибудь микросхему из серии 74HC, хотя по даташитам вроде как разницы нет.

[shura1959]

ток нагрузки?
Конденсатор 75 пик с воздушным диэлектриком

А, так это только для капсюля, я грешным делом подумал, что ещё и усилитель запитывать.))

У генератора на триггере Шмитта при 50-100кГц, по идее, даже на 15В, ток потребления будет мкА 50...100. На мультивибраторе может побольше, там на фронтах в кмоп инверторе слишком долго открыты оба транзистора, и течёт сквозной ток.

Вот генераторы с графиками Iпот от Uпит. http://rfanat.ru/s4/cif-1o.html

[Гоша]

Снизить потребление генератора можно, перейдя на LC схему.
При питании +12 потребляет не более 500 мкА.
Но я задействовал бы оставшиеся инверторы чтобы не грузить генератор.

[Igor EV]

Снизить потребление генератора можно, перейдя на LC схему.
При питании +12 потребляет не более 500 мкА.

О, спасибо, надо попробовать. Но поскольку моя схема и так уже потребляет 0.3мА, думаю имеет смысл делать LC схему, если она будет потреблять 0.2мА или меньше. Попробую спаять и напишу.
Да, забыл написать (semimat интересовался), я использовал диоды 1N4148.

Протестировал Вашу схему с разными величинами R2. Минимальный потребляемый ток получается при R2 = 22K. Дроссель я ставил 12.6mH.
Привожу ток потребления при двух напряжениях питания:
6.82V --> 0.164mA
12.25V --> 0.643mA
Резисторы R3, R4 не устанавливал, т.к. без умножителя ток практически такой же, как и с умножителем.
Теперь у меня дилемма. Либо делать RC-генератор (получается ток потребления 0.32mA) либо LC-генератор. Во втором случае проблема с дросселем - он имеет довольно большие размеры (я намотал на гантельке диаметром 6мм до заполнения).

Всем спасибо за помощь.

[Aikman]

6.82V --> 0.164mA
12.25V --> 0.643mA

Чудесно. А сколько вольт на выходе получили-то? В последних сообщениях вообще забыли этот параметр.

[shura1959]

Протестировал Вашу схему

Спасибо за оперативность, ток потребления 0,16 мА вполне себе ничего)), тоже хотел бы узнать получившуюся частоту и выходное напряжение, да и полная схема наверно была полезна (если не трудно))).

[Гоша]

Igor EV,
Хотелось бы системного подхода в опубликовании результатов.
Ну типа RC - частота - напряжение питания - ток потребления - количество ступеней умножения - выходное напряжение.
И еще одно.
Потребление генератора импульсное, с частотой, равной удвоенной частоте генерации.
Измерить такой ток - задача непростая. Обычным мультиметром можно получить погоду на Марсе.
Выхода 2.
Либо измерять магнитоэлектрической головкой, либо включать токоизмерительный резистор и интегрировать импульсы напряжения на нем, измерять на конденсаторе интегратора постоянное напряжение, поделив которое на величину токоизмерительного резистора получим потребляемый ток.
Как то так: Ri - токоизмерительный 10 Ом, R3C3 - интегратор, +- выход на вольтметр.