Пред для электретного микрофона

[Fenyx]

Заходим, товарищи, участвуем!
Литература для интересующихся:
П. Хорвиц У. Хилл "Искусство схемотехники" стр. 128-138.
"Параметрическая линеаризация полевого транзистора или как сделать твердотельный триод" Alex Nikitin.
Ветка здесь "Усилитель на 7 транзисторах" его же.
Обоснование: В микрофоне встроен полевой транзистор, но его включение в стандартной схеме далеко от идеального, о чем в частности сказано на LinkvitzLab, тут, по этому надо не тупо включать его по схеме из даташита, а задать наиболее благоприятный режим работы.
Одна только каскодная схема (без операционного усилителя) дает увеличение чувствительности около 26-30дБ !!! Это впечатляет!
**************************
Финальный вариант схемы (картинка внизу) - в том виде, что работает у меня: картинка и файл с печаткой для SprintLayout.
Разделительный конденсатор С1 и задающую смещение на входе операционника цепочку R6-R7 можно убрать, если напряжение питания будет постоянным и номинал резистора нагрузки каскода R1 будет подобран так, чтобы постоянное напряжение на нем было около 1/2 Uпит.
Конденсатор по питанию можно переместить непосредственно к входным пятачкам платы (как я и сделал, потому что плата вставлена в корпус от щупа вольтметра - теперь это корпус микрофона , и конденсатор мешался). Второй кондер рядом - неполярный электролит для развяски ОС по постоянному току можно отогнуть (если оставить длину его ножек над платой 2мм) и он не мешает.
Напоминаю, что опер можно взять любой, какой вам понравится, я взял AD8610 потому что он обладает просто превосходными характеристиками и при этом высылается фирмой Analog Devices безвозмездно (то есть даром ) всем желающим (на ссылке искать в таблице в столбце "Samples Cart" те строчки где есть "Add to Cart" - туда и жать). Вероятно вам будет полезен этот топик: Заказ деталей.

Последние новости: основные варианты схем с описанием и разведенными печатками собраны в одной статье, лежат тут:Усилитель для электретного микрофона на ОУ
*************************************************************************************
Так как в теме и в привате регулярно всплывают вопросы, то решил вынести сюда своеобразный микро-FAQ.
Первая по хронологии схема, она мной собрана и прекрасно работает до сих пор:

Печатка к ней.
Следующая схема - та которая лично мне нравится больше, на двух оу (в одном корпусе), без дополнительного транзистора. Кроме прочего отличается еще и меньшим минимальным напряжением, которое требуется для ее работы. Практически напряжение снизу ограничено только требованиями примененных ОУ - для использованных мной AD8620 это около 7В (однополярного):

Печатка.
Фото готовой печатки:
Дорожки спциально разведены пошире (и сами и пространство между ними) - чтобы можно было легко сделать "на коленке" - лазерно-утюжной технологией и т.п. - хоть от руки нарисовать. Внимание! В файле для спринта присутствуют некоторые элементы, которых в вышеприведенной схеме нет. Они выполняют вспомогательные функции и на принципиальной схеме отсутствуют чтобы не отвлекать от основной мысли.
То, что ниже в статье - это так, мысли вслух про возможные варианты. К тем могу еще добавить вариант с одним оу и Т-образной ОС, но на мой взгляд он преимуществ не имеет (кроме экономии одного оу, но это экономия пустая, т.к. по цене ничего не выигрываешь и по габаритам тоже - корпус точно такой же). И еще обсуждался вариант по снижению нелинейных искажений самого капсуля (вернее полевого транзистора в нем), путем перевода оного в "линейную" область. Для этого нужно снизить напряжение на капсуле с 2В до примерно 0,35В - см. графики ниже. Такой вариант требует специальной схемы для компенсации температурного дрейфа полевика. Те, кто сильно заморачиваются параметром THD в своем микрофоне (по данным симулятора искажения падают в 10 раз - с 0,45 до 0,05%, на самом деле может быть и по другому - в микрофоне есть еще другие источники искажаний), могут попробовать заменить источник опорного напряжения (у меня это светодиод) на схему, выдающую напряжение 0,35В при 20 градусах и имеющую температурный коэффициент 2,0-2,2мВ на градус (плюс, т.е. с ростом температуры напряжение должно повышаться).
И одно замечание - ссылки на картинки и файлы ведут на сайт многоуважаемого камрада GREY, так что если его сайт забарахлит или он в очередной раз поменяет его структуру, то я не виноват что вы не видите картинок!
*************************************************************************************
Ссылка на связанную тему по микрофонам:
Выбираем измерительный мткрофон
Топик по компьютерным измерениям программой LspLab:
Как пользоваться LspLab3
Еще про измерения:
Измерение АЧХ акустики. Вопросы чайника по JustMLS, RMAA и т.п.
Хороший обзор режимов работы полевика с предложенной (лучшей) схемной реализацией:
https://forum.vegalab.ru/showthread....56#post1898656
Кривые на картинках снизу - ВАХ полевика моего капсуля WM61

[Alickkk]

а смещение задаётся другой утечкой.

оно задается обеими...

[Gerazavrik]

Эквивалентная схема электрета http://mrlizzy.ru/articles/166/ http://vunivere.ru/work433/page16

[Gerazavrik]

ну, при нагрузке 500 Ом ... че ж ему не выдать больше...

Поставь лучше LME49860. Вот ей хоть 500 Ом, хоть 10кОм.

[Gerazavrik]

Ну затвора, затвора.
Да, есть. Иначе не будет работать. Только величина её не совсем понятна. Но это не важно. Ставите Гиг или 10Гиг, как это делается в нормальных конденсаторных микрофонах и забываете об этом. Иногда кстати, даже в профессиональных микрофонах использовался обратный ток диода, когда были проблему с очень высокоомными резисторами.

---------- Сообщение добавлено 10:56 ---------- Предыдущее сообщение было 10:54 ----------


С истока.

Параметры модели:

CGD GD zero-bias junction cap - внутренняя паразитная емкость затвор - сток (2S3372 - 3.5p)

CGS GS zero-bias junction cap - внутренняя паразитная емкость затвор - исток (2S3372 - 0.65p)

[Gerazavrik]

Ну конечно же я повесил модель до подгонки. А на самом деле должно быть так:
*****
* 2SK3372.LIB
*****
***
.MODEL 2SK3372 NJF (BETA=2.5M Betatce=-.5 Rd=5 Rs=5 Lambda=10m
+Vto=-0.4 Vtotc=-2.5m Is=114.5f Xti=3
+Cgd=3.5p M=.2271 Pb=0.5 Fc=.5 Cgs=0.65p
+Kf=2.918E-18 Af=1)

Прошу извинить за допущенные промахи.

Вот графики что выдает микрокап по моделям. Первый график Beta=2.5М. Если сравнить характеристику со спецификацией на транзистор 2SK3372, видно, что Beta маловатый. Выставил BETA=3.0M. Все совпало

[Gerazavrik]

http://ltwiki.org/LTspiceHelp/LTspic...transistor.htm

---------- Сообщение добавлено 11:07 ---------- Предыдущее сообщение было 10:58 ----------

Варьируя параметры и подгоняя ихпод график, получил вот что:

[begemot61]

Я тут выложил кое какие измерения и сравнения оригинальной схемы и переделки в повторитель.
Возможно кому-то пригодится. http://www.audio-perfection.com/foru...8.html#pid1218

[semimat]

Я тут выложил кое какие измерения и сравнения оригинальной схемы и переделки в повторитель.
Возможно кому-то пригодится. http://www.audio-perfection.com/foru...8.html#pid1218

Представлен очень интересный материал. Спасибо! Аналогичные исследования проводят коллеги на ветке "выбираем измерительный микрофон" ( https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=2991 ) . Она, правда, за девять лет существования стала такой длинной, что не сразу и поймешь, на какой стадии находятся исследования.

Я попытался немного обобщить результаты этих исследований за период по апрель этого года и предложил свой вариант предусилителя, создав тему "предусилители электретных микрофонов для работы с повышенными уровнями звуковой мощности" (https://forum.vegalab.ru/showthread....56#post1898656 ). Это принесло неожиданный результат - некоторые участники "раскрыли карты", представив свои варианты предусилителей, где электрические искажения равны практически нулю (менее 0,001%) при амплитудах сигнала с мембраны на входе полевика до 3 Вольт!

Главная идея во всех схемах состоит в том, что на входной полевой транзистор (и на сток и на исток) заводятся обратные связи таким образом, что даже при больших входных напряжениях сигнала с мембраны, режим работы полевика по всем параметрам остается практически неизменным. Полевик становится "идеальным" буфером. При этом совершенно логично, что ВСЕ его нелинейности оказываются нейтрализованными. Фактически после этого можно вообще забыть о конкретных параметрах полевика - настолько они становятся мало влияющими на результат.

В результате, "обнулив" искажения предусилителя, удалось перейти к исследованию нелинейных свойств самой мембраны капсюля WM-61. И они, в отличие от фирменных мембран B&K, оказались довольно значительными. Начался этап борьбы с искажениями мембраны.

Сейчас исследования находятся на стадии - как "ухудшить" идеальный буфер, то есть, внести в него конструктивные изменения и сделав его немного нелинейным таким образом, чтобы эта привнесенная нелинейность скомпенсировала нелинейность мембраны. Цель работ - добиться уровня нелинейных искажений менее 0,01% при акустических мощностях до 125 дБ. По крайней мере в диапазоне низких и средних частот. И получить дешевый, легко воспроизводимый "народный" вариант измерительного микрофона.

[begemot61]

Мне надо немного поиграться с вашей схемкой. Меня немного удивляет уровень искажений самой мембраны. На 120 дБ он не должен быть большим, менее 0.1%. Не подскажете в каком месте ветки есть данные об искажениях мембраны?
Параметрическая компенсация вещь гниловатая, может потребоваться подстройка под каждый экземпляр.

[semimat]

Мне надо немного поиграться с вашей схемкой. Меня немного удивляет уровень искажений самой мембраны. На 120 дБ он не должен быть большим, менее 0.1%. Не подскажете в каком месте ветки есть данные об искажениях мембраны?
Параметрическая компенсация вещь гниловатая, может потребоваться подстройка под каждый экземпляр.

Советую сразу для экспериментов собрать "идеальную" схему из поста #2706 . Мы её иногда называем схемой carbon*a. Она лучше моей. Я фактически изобрел "половину велосипеда", заведя ОС лишь на сток, и не додумался, что можно такую же ОС организовать и в исток, и вместо этого нагородил схемку на транзисторе для увеличения эквивалентного истокового резистора. Это и сложнее и менее эффективно. Тем более, что идея двух ОС в исток и в сток известна и давно используется. Жаль, что я недостаточно проработал литературу на эту тему. Вот, например, её реализация на транзисторе (вместо ОУ) из книги времен конца 60-х - начала 70-х годов, когда операционники еще не были в широком распространении (я её нашел уже позднее).

И вот после того, как наш главный экспериментатор olvicgor провел испытания этой "идеальной" схемы, к удивлению оказалось, что она не превосходит схему истокового повторителя по причине того, что обе схемы фактически "выходят" на уровень мембранных искажений. Их значения мы теперь оцениваем данными из поста #2733 . Можно также посмотреть посты #2758 и #2837 , там искажения для разных схем сведены в таблички.
Я предложил вариант схемы компенсации мембранной нелинейности в посте #2870 . Моделирование дало хорошие результаты. При входном сигнале величиной р-р 1,5 В (соответствует примерно 125 дБ акустич.) и смоделированных ожидаемых входных мембранных искажениях 0,24%, их удалось скомпенсировать до 0,013%. Действительно, для достижения такого результата нужны точная индивидуальная подстройка и стабилизация режимов работы преда. Но это была бы не беда. Проблема пришла с другой стороны. Моя схема компенсации рассчитана лишь на определенный знак квадратичной нелинейности мембраны. А последующие эксперименты показали, что знак квадратичности мембранных искажений другой... и схема не сработала... Словом, для капсюля WM-61 с электретом не на мембране, а на неподвижном электроде ("пуговице") нужна схема компенсации с другим знаком квадратичности. Я уже ее почти создал... Понимаю, что возникает вопрос: зачем всё это, если искажения и так уже достаточны для всех акустических исследований... Тут у нас остался спортивный интерес инженеров! Я хочу создать схему с регулируемой подстройкой нелинейности под каждый капсюль, которая всегда может быть переведена в режим "идеального" преда, если для конкретного капсюля мембранные искажения будут очень малы. Да... снизить искажения в 20...100 раз - это скорее всего требует тонкой стабилизированной настройки, а вот раз в пять - это тоже хорошо и уже совсем не сложно.

[begemot61]

Спасибо. Ветка большая, легко заблудится.

---------- Сообщение добавлено 10:17 ---------- Предыдущее сообщение было 09:18 ----------

Да, со схемой carbon*a практически невозможно конкурировать.
Простенько и со вкусом

[semimat]

Да, со схемой carbon*a практически невозможно конкурировать.
Простенько и со вкусом

Это точно! Я даже думаю, что преды B&K построены именно по такому принципу. У них по паспортным данным входные емкости составляют 0,2...0,3 пФ! Это соответствует монтажной емкости входного контакта. Значит все остальные емкости нейтрализованы таким способом. Более того, там додумались, что и искажения мембраны можно значительно скомпенсировать, создав предусилитель уже не с нулевой, а с отрицательной входной емкостью. На это у них есть патент. С помощью оптимальной настройки отрицательной емкости удавалось снижать мембранные искажения до пяти раз. Мы это тоже опробовали. Но без доступа к затвору полевика, а только лишь используя паразитную емкость затвор-сток. Увы, полученные результаты не оправдали возникающие технические трудности.

[begemot61]

Интересно, а никто не встречал схемку преда B&K 2669?
Или от G.R.A.S. 26AH
Раньше B&K в принципе давал свои схемы. Потом перестали.

[semimat]

Интересно, а никто не встречал схемку преда B&K 2669?
Или от G.R.A.S. 26AH
Раньше B&K в принципе давал свои схемы. Потом перестали.

Я совсем не связан с акустикой. Меня эта тема заинтересовала совсем сучайно как инженера. Я купил обычный компьютерный микрофон и понял, что с ним даже простую речь нельзя нормально записать. Я стал искать решения, как улучшить микрофон и наткнулся на эту интересную проблему. Свои познания о продукции B&K я стал черпать с их сайта http://www.bksv.com/Library/Technical%20Reviews. Но там к сожалению действительно нет конкретных схем. Я тоже слышал, что раньше к каждому прибору давалась толстенная книга с описанием и полной электрической схемой. Увы, на их сайте я этих книг не нашел. Так что помочь не могу. Обратись с вопросом на ветку "выбираем измерительный микрофон" - там есть компетентные ребята.

[Mazila]

У меня по схеме феникса де то около 90дб сигнал шум. Выражаю благодарность автору за его работу. Для настройки АЧХ АС более чем достаточно. В обвязке ОУ использовал свои номиналы под свои задачи.

[begemot61]

де то около 90дб сигнал шум.

Интересно, как измерено и по отношению к какому давлению

[Mazila]

Интересно, как измерено и по отношению к какому давлению

По отношению сигнал шум . К давлению не привожу, так как мне это интересно чуток. Даю синус на АС и измерю при комфортной мне громкости на расстоянии метр... 2. Мне же Важно АЧХ АС при комфортной громкости.. а дальше...

[begemot61]

Так вот это давление и интересно. Какой уровень акустического шума в том месте где вы измеряете, что получается 90 дБ.

[Mazila]

Так вот это давление и интересно. Какой уровень акустического шума в том месте где вы измеряете, что получается 90 дБ.

я в давлении не привожу. Бегемот я те бе не мальчик, и тем боле в измеренияхСигнал шум это отдельная тема и тем более от гармоник. У тебя конкретно в чем сомнения?

[begemot61]

В адекватности цифры 90дБ.
И не тебе а Вам. Мы с Вами вроде не знакомы.