Как совместить импульсный блок питания и микрофонный усилитель?

[Max01309]

Добрый день!
После долгого перерыва (9 лет) решил вновь заняться электроникой.

Повод такой: мне нужен предусилитель на 10 каналов с питанием от батарей. Параметры должны быть максимальные, потребление должно обеспечить минимум 4 часа работы от батарей АА. Если это окажется невозможно, то ориентир на свинцовую батарею ёмкостью несколько амперчасов. Эквалайзеры и панорамирование не требуются, только усилители.

Нужны идеи. Как с минимально возможными помехами запитать микрофонные усилители и обеспечить питание микрофонов по P48 и P24 при работе от батареи?

Заранее благодарен.

[al2sav]

Максимальные параметры требуют максимального питания для линейности, поэтому проще набрать 50-60 В и без преобразователей - поверьте, любой преобразователь потребует таких развязок и экранирования, что 60/1,2=50 "пальчиков" по 500-1000 мАч будет гораздо проще (но тяжелее).

[Max01309]

Спасибо за ответ.
Максимальные параметры в смысле технически достижимые при заданных условиях.

Входное напряжение в интервале 7-15 вольт. Поэтому импульсные преобразователь неизбежен. Вопрос, как его сделать совместимым с усилителем. Оптимировать надо и преобразователь напряжения, и усилитель.

Есть много вариантов преобразователей, много разных микросхем. Понятно, что буду экспериментировать. Блок фантомного питания по P24 на 6 микрофонов у меня питается от вставляемого в розетку блока питания на 24 вольт (или от трёх "крон"). Он импульсный. Тем не менее сделал много записей, проблем не было. Разницы в случае применения "крон" и этого импульсного блока питания не обнаруживается. Значит, можно эти веши совместить! Вопрос лишь, как это сделать лучше всего в данной задаче.

[shura1959]

Разницы в случае применения "крон" и этого импульсного блока питания не обнаруживается.

В таком случае можно поставить обычный DС/DС преобразователь9...12/24/48 на нужную мощность с RC фильтром на выходе (фантомные токи ведь мизерные).

[Max01309]

Ну, не такие уж и мизерные. Обычно микрофоны потребляют порядка 4-5 мА. Редко меньше. А те, которые способны работать с P24, при P24 берут примерно по 2 мА. так что по цепи 48 вольт для 10 микрофонов с небольшим запасом получается 50 мА, 2,4 Вт.Для батарейной схемы это - до половины потребления всей схемы.

В таком случае можно поставить обычный DС/DС преобразователь9...12/24/48 на нужную мощность с RC фильтром на выходе

Когда делал фантомный блок на 6 микрофонов (рекордер имеет 8 входов, но только два из них имеют свой фантом), я так и сделал. Делать пришлось на коленке, т.к. во всемя учёбы в вузе не было ничего практически. Поэтому использовал проверенное решение, работающее без наладки. P24 имеет большой допуск, поэтому просто включил 3 "кроны", с альтернативой сетевой блок на 24 вольта. На входе поставил LC-фильтр. Сделал простейший вольтметр на 5 светодиодах (для уменьшения потребления включёных последовательно) и на LM339. Для двух входов сделал дополнительно включаемое P48 так: поставил 7812 и два изолированных преобразователя 12/24 вольта, выходы последовательно (с расчётом на русскую "Октава-012", для которой допуск по питанию сравнительно жёсткий: 48 вольт +- 2 вольта, т.е. менее 5%). Фантомные резисторы коммутируются диодами. Естественно это не способствует лучшему подавлению синфазных помех . Схема получилась довольно неэкономичной, при работе с батареями стараюсь P48 по возможности не использовать (большинство микрофонов на P48 по сравнению с P24 удваивают потребляемый ток, + неэкономичный преобразователь... Но есть к сожалению микрофоны, у которых поляризация мембраны идёт от фантомного питания без дополнительных преобразователей, та же "октава" например. Так что вынужденная мера).

Но сейчас у меня всё в общем-то устаканилось, работа есть, дом есть, рабочий уголок есть. пришло время вернуться к проблеме и сделать всё качественно. У рекордера микрофонные усилители не очень, при работе с микшером намного лучше качество записи (у меня Behringer XL1600, такая большая тяжёлая корова, с транспортным ящиком не менее 15 кг). Но мне нужен мобильный вариант. Не всегда есть два часа, чтобы всё спокойно подключить. Иногда надо быстро-быстро воткнуть кабели, примерно расставить микрофоны и делать запись с расчётом на то, что 8 записанных каналов позволят позже выбрать удобоваримый вариант....

Так что сейчас хочу всё сделать не торопясь, обстоятельно. Выжать из схемы всё возможное. Купил на днях осциллограф, 2 канала 100 МГц. Проверил китайские модули (они стоят дешевле, чем отдельно микросхемы от них) на LM 2587 SEPIC и на XL6009 Up. Первый позволяет при работе от батарей иметь 12-13 вольт с пульсациями 24 мВ пик-пик, второй имеет до 100 мВ при 24-25 вольт. Обдумываю варианты: если на основе SEPIC, то получаю от него 13 вольт, с помошью умножителя (есть такие замечательные драйверы для полевых транзисторов, например, TC4422) получаю P24 и P48, а также -11 вольт, довожу их обычными стабилизаторами до +8 и -8 вольт и заодно фильтрую пульсации. Индикаторы уровня в этом случае питаются 13 вольт, светодиоды последовательно.

Вариант с XL6009: получаю +25 вольт для P24, от вывода ключа через удвоитель на конденсаторах получаю P48. Остальные напряжения с помощью дополнительного преобразователя, к примеру на SG3525A. В этом случае для индикаторов на LM3915 делаю отдельно +4 вольта и светодиоды включаю параллельно.

Это всё если сами китайские преобразователи не переделывать. Но можно и переделать и получать сразу все напряжения с этого преобразователя. Боюсь однако, что будет проблема со стабилизацией всех напряжений, т.к. мощность каналов примерно одинакова, нет такого, чтобы был доминирующий выход, который можно стабилизировать.

Такие мысли пока... Но нужны ещё идеи...

[shura1959]

Но нужны ещё идеи...

Может попробовать привнести бОльшую ясность в обсуждение (и в мышление), нарисуйте хотя бы блок схему одного канала, с микрофоном, преампом, коммутацией, преобразователем, и пр.

[Max01309]

Рисую... Но блок-схема проста до предела. 10 входов XRL симметрично. 10 выходов TRS псевдосимметрично. Попарно ступенчато регулируется усиление, 6 ступеней. Примерно так: 20-26-32-38-44-50 дБ. Две пары ступенчато могут смешиваться (1:0, 1:0,5, 1:0,75, 1:1, 0,75:1, 0,5:1 - это нужно мне, если стереопара по принципу пар Штрауса, но нет возможности выделить на главную пару 4 канала). На каждом входе пад 10 дБ и выбор (попарно) фантома: P48 или P24. На 4 из входов отключаемый фильтр 80 Гц. Группы каналов могут отключаться: 4 и 6 или 4, 4 и 2. Фантом включается для всех вместе (только для тех каналов, у кого есть питание). Выходы (каждый) имеют 5-ступенчатый контроль: -27 дБ (наличие сигнала), -12, -6, -3, 0 дБ. Питание: усилители +-7-8-9 вольт, микрофоны 24 и 48 вольт, индикаторы 4 или 12-13 вольт. Индикатор входного напряжения (уже запасся, китайские вольтметры на 3 цифры, фантастически дешёвые).
Вот собственно и всё.

Схема не должна возбуждаться, генерировать и прочее. Потребление минимально возможное. Должна выдерживаться тряска, погрузка-разгрузка и т.п. Сделал - закрыл - забыл что внутри. Приведённые ко входу шумы в полосе 20 кГц не более 1 микровольта. Менее микровольта можно. Микрофоны имеют сами по себе шум в этой полосе в интервале 1 - 1,6 микровольта, потому такое требование.

Вопросы, которые стоят:
1. оптимальная схема питания. Желательно обойтись тумблерами максимум на 2 направления и поворотными переключателями максимум на 2 направления.
2. оптимальная схема микрофонных входов.

Штуковина исключительно для меня, потому дизайн не имеет значения, но важно удобное управление. Если мне понадбится более 10 микрофонов - о мобильности всё равно придётся забыть. Но при 4-6-8-10 микрофонах хочу иметь возможность работать независимо от розетки.

[Max01309]

Вот три варианта входа.
Первый хорош, но требует симметричного трансформатора. Neutrik NTM4 есть в продаже, но 10 штук по 42 евро штука - получается не очень...
Второй и третий - тут у меня есть определённые сомнения: не снизится ли подавление синфазных помех из-за неидентичности диодов? А если диоды подобрать по падению напряжения - поможет?
Или тут имеет значение только динамическое сопротивление диодов и беспокоиться вообще не о чем?

Первый вариант мне нравится больше всего, но потяну ли? Вариант без трансформатора с SSM2019 проходит на низших коэффициентах усиления на пределе по шумам. Заявленный нановольт на корень из герца она имеет при большом усилении, а при усилении 20 дБ шум у неё 7 нановольт на корень из герца. Тут NE5534A с трансформатором 1:4 получается в разы выгоднее. И цены: SSM2019 стоит 8-10 евро штука, а NE5534A - от 25 до 65 центов.

[shura1959]

А если диоды подобрать по падению напряжения - поможет?
Или тут имеет значение только динамическое сопротивление диодов и беспокоиться вообще не о чем?

Примерный прикидочный расчёт: Rдин диода примерно 3-10 Ом, сопротивление микр+транс примерно 200 Ом, разница динамических сопротивлений диодов, ну пусть 1 ом. Какое сопротивление цепей 24,48 Вольт, исходя из него и надо считать ухудшение.

Тут NE5534A с трансформатором 1:4 получается в разы выгоднее

Возможно это хороший вариант, только если провода от микрофонов короткие. Для длинных лучше инструментальные усилители, типа INA 103, и подобные.

[Max01309]

Примерный прикидочный расчёт: Rдин диода примерно 3-10 Ом, сопротивление микр+транс примерно 200 Ом, разница динамических сопротивлений диодов, ну пусть 1 ом. Какое сопротивление цепей 24,48 Вольт, исходя из него и надо считать ухудшение.

Для P24 по стандарту резисторы по 1200 ом с допуском не хуже 0,4%. Т.е. разброс в 48 ом считается ещё допустимым. Значит с диодами всё должно получиться. Резисторы 0,1% в продаже есть, так что на диоды остаётся для худшего случая 0,2% бюджет. Если возьму из одной ленты и подберу по падению напряжения - надеюсь получится.

Возможно это хороший вариант, только если провода от микрофонов короткие. Для длинных лучше инструментальные усилители, типа INA 103, и подобные.

достоинство трансформатора (качественного естественно) - лучшее подавление высокочастотных помех. Как раз насчёт длинных линий не соглашусь: трансформатор тут лучше. Проще и надёжнее. Но у меня редко бывает, что микрофонный кабель длиннее 20-30 метров. Про проблемы обычно говорят, если кабели более 100 метров длиной. Так что это для меня не очень критично.

NE5534A 65 центов, трафо 42 евро.
Или SSM2019 10 евро... SSM намного дешевле получается - в том её достоинство.
Ещё вариант - сэкономить на трансформаторе и взять неэкранированный, за 10 евро. Цена будет как с SSM. Только гум меньше.

Кстати: для SSM даются данные по зависимости шума от коэффициента усиления. Т.е. тут учитывается шум и каскадов кроме входного таким образом. А вот на NE5534 (да и на многие другие ОП) дают только приведённый ко входу шум без указания коэффициента усиления. У них что, кроме входного каскада ничего больше не шумит? 4,5 нановольта на корень из герца и при 40 дб усиления, и при единичном? Нет ли тут засады?

Пока тренируюсь с ДипТрасе, модели рисую. Модули эти китайские нарисовал... Начать хочу с блока питания.

[shura1959]

Как раз насчёт длинных линий не соглашусь: трансформатор тут лучше.

Я не про транс, а про разницу 5534 и инструментальный усил.

У них что, кроме входного каскада ничего больше не шумит? 4,5 нановольта на корень из герца и при 40 дб усиления, и при единичном? Нет ли тут засады?

Плюс к шуму ОУ будут шуметь ещё Rвых микрофона и Rвх схемы. Засады в ОУ нет, 4,5нВ приведённое ко входу так и останется.

---------- Сообщение добавлено 22.53 ---------- Предыдущее сообщение было 22.38 ----------

Вот, на мой взгляд, схема вполне приемлемого преампа http://peratron.narod.ru/muztec/MicPreAmp.htm

[Max01309]

Засады в ОУ нет, 4,5нВ приведённое ко входу так и останется.

Значит, при единичном усилении SSM2019 имеет 50 нановольт на корень частоты, а NE5534 4,5? С трансформатором 1:4 NE5534 будет при коэффициенте передачи всей цепи 4 шуметь с 1 нВ/корень из герца, а SSM2019 при том же коэффициенте передачи - 15 нВ/корень из герца? Как-то даже не верится... А может такое быть, что шум для NE5534 в документах указывается для случая усилителя грамзаписи, с довольно существенным усилением? Тогда на низком усилении микросхема будет шуметь в разы больше?

Плюс к шуму ОУ будут шуметь ещё Rвых микрофона и Rвх схемы.

100 ом выходного сопротивления микрофоны (или даже 50) - это понятно. Сам микрофон шумит всё равно сильнее, чем сопротивление. Пример: чувствительность микрофона -38 дБ, шум 16 дБ. Получаем -38 - (94-16) = -116 дБВ, или 1,6 мкВ (причём это А-взвешенный шум). Что соответствует при полосе 20 кГц 11,2 нВ на корень из герца.
Есть и другие микрофоны, чуть похуже и чуть получше, но порядок шума примерно такой. При усилении от 20 дБ и SSM2019 должна удовлетворить условию не делать микрофон хуже, чем он есть.

Тот усилитель: на входе стоят LM833 c 4,5 нВ/корень из герца. У двух ОУ будет таким образом 6,4 нВ/корень из герца? Вроде у SSM2019 данные выглядят получше? Думаю, тот усилитель мог бы работать лучше с трансформатором 1:3 - 1:5 на входе. Но тогда нет необходимости в инструментальном усилителе, достаточно просто малошумящего ОУ, той же LM833 в одиночку: трансформатор подавит синфазные помехи и так. Только зря питание расходуется - для батарейной схемы вопрос важный.

В остальном тот усилитель... От схемы мягкого клиппинга не вижу большого толку. А вот того, что мне кажется важным (фильтр на 80 Гц и пад на 10 дБ) там нет.

Кстати: смотрю в датенблат LM833. Схема измерения щума: там ОУ имеет усиление 35 дБ. Т.е. 4,5 нВ на корень из герца - это именно при таком усилении? при единичном усилении шум будет на порядок больше? Для NE5534 я в листке такого безобразия не нашёл, а вот на NE5533 (то же самое в другой упаковке) - при измерении шума ОУ имеет Кус 40 дБ! Т.е. при Кус 8 дБ (с учётом трансформатора 1:4 минимальный Кус в моём проекте) приведённый ко входу шум будет раз так в 3-5 выше? Просто изготовитель SSM2019 честнее?

Так что вопрос остаётся: что шумит меньше при равном коэффициенте передачи всего усилителя: SSM2019 без трансформатора или NE5534A с трансформатором 1:4?

P.S. А почему в этом "Ператроне" вместо 6,8 к стоят 5,1 к - резисторы в фантомном питании микрофона? Чем вызвано такое отступление от стандарта?

[Александр Котов]

Не вкурил, вы изобретаете лучший в мире микрофонный усилитель для худших микрофонов (электретных)? Задача не озвучена, вы путаете входные и выходные напряжения, зачем этот гимор? Какие трансформаторы, вы чо? Пульт проф. откройте, найдите там их.
Озвучьте полностью техзадание.

[Max01309]

Не вкурил, вы изобретаете лучший в мире микрофонный усилитель для худших микрофонов (электретных)?

Электретные микрофоны не всегда худшие. Например, Shure KSM 141 - они конечно не чета КМ184, но вполне приличные микрофоны.
Но вообще я пользуюсь конденсаторными. Вас смутило, что микрофоны могут работать от P12 или P24? Так для этого в микрофонах преобразователи напряжения для поляризации мембраны ставят. Кроме "Октавы" конечно - оттого она может работать только от P48 и имеет не слишком высокую чувствительность. Преобразователи ставят даже в микрофоны среднего класса. Rode NT5 например: мембрана получает свои 60 вольт и от P48, и от P24. Ну а Schoeps - тут вроде никто не может утверждать, что электрет? Однако работа от P12 обеспечивается.

Озвучьте полностью техзадание.

Вроде я это уже сделал? 10-канальный микрофонный предусилитель с питанием от батареи 12 вольт. Должен иметь параметры, не ухудшающие возможности нормальных конденсаторных микрофонов (чувствительность -32 - -40 dBV, шум -16 - -12 dB(A)). Усиление должно регулироваться ступенчато, лучше если по 2 канала синхронно.

Если бы такое можно было купить - я бы купил и не мучился. Но нету такого в продаже.

С пределами необходимого усиления мне самому до конца не ясно. Шкала регуляторов усиления на микшере очень приблизительна, а делать замеры сигнала на микрофоне во время концерта нет возможности. Но примерно получилось у меня так: на предпоследнем концерте главная пара была установлена с ~46 dB, поддержка хора с ~50 dB, оркестр ~26 dB, солисты ~40 dB. Правда стоит отметить: одинаковая на слух громкость в разных помещениях требует сушественно разного усиления. Как-то мне не хватило регулировки в 60 dB, хотя на слух громкость была как обычно. Но думаю, оптимальным будет усиление ступенями 20-26-32-38-44-50 dB. И на всякий случай пад -10 dB на входе.

Какие трансформаторы, вы чо? Пульт проф. откройте, найдите там их.

В нижнем и среднем ценовом сегменте обходятся без трансформаторов - тут Вы правы. Вопрос чисто финансовый, т.к. хороший экранированный трансформатор стоит 40-100 евро и выше. Если скажем у пульта 12-16 микрофонных входов? Остальное внутри тоже не бесплатно, да и производитель должен что-то заработать...

[shura1959]

Max01309, шумы в даташитах приведены ко входу, они не зависят от Ку.
Насколько мне известно, в приличных динамических микрофонах стоят трансы, поэтому в микроф. усил их можно не ставить.
Вот тоже несколько схем, в том числе и проф решения https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=21712

---------- Сообщение добавлено 14.41 ---------- Предыдущее сообщение было 14.28 ----------

Там же есть ссылки
Тhttp://www.ka-electronics.com/images...ings_index.htm
http://www.waltzingbear.com/Schematics/Schematics.html
http://www.one-electron.com/FC_ProAudio.html

[Max01309]

Max01309, шумы в даташитах приведены ко входу, они не зависят от Ку.

Посмотрите пожалуйста в данные на SSM2019. Там данные привязаны к коэффициенту усиления. Особенно важно отличие между высоким усилением и усилением в районе единицы. Связано это с шумом каскадов кроме входного. Невозможно ведь построить схему, где малошумящий входной каскад и совсем не шумящий выходной? Это и учитывается, когда указывают различный приведённый ко входу шум для различного коэффициента усиления. Для меня впрочем единичное усиление менее важно, т.к. планирую этот коэффициент минимум 10 (или в случае трансформатора 1:4 минимум 2,5). Но при 2,5 шум тоже будет в разы выше, чем при 100.

в приличных динамических микрофонах

Слова "приличный" и "динамический" друг с другом плохо сочетаются. Более-менее качественная запись требует конденсаторных микрофонов. Других у меня и нет. Так что на динамические микрофоны я схему не расчитываю.

В некоторых микрофонах стоят трансформаторы. Например в Beyerdynamic MC-910. Это даёт определённые достоинства, но и определённые недостатки. Достоинства, как я считаю, перевешивают. Но трансформатор в микрофоне не отменяет трансформатора во входном каскаде усилителя - это разные вещи, для разных целей. Выходной трансформатор микрофона оптимирует его нагрузочные характеристики для работы на кабель. Входной трансформатор симметрирует вход усилителя, оптимирует импеданс и подавляет (за счёт своих паразитных ёмкости и индуктивности) внеполосный сигнал.

За схемы спасибо - материал для мозга нужен...

Вообще цена трансформаторов кусается. С другой стороны, если я за пару микрофонов выкладывал от 300 до 1200 евро, глупо экономить так уж на предусилителе. (Я не сноб. Есть у меня и Китай. Например Behringer B5 или Superlux S502. Находятся задачи и для них. Китай сам по себе не так уж и плох, но имеет очень большой разброс по параметрам. Покупаем 10, отсылаем назад 7. Примерно так. А KM184 покупаем даже не согласованную пару - и она будет работать как стереопара. Такая толерантность изготовления.) Кабельное хозяйство тоже много денег требует: дешёвые кабеля ненадёжны.

Вход с трансформатором имеет одну особенность. Если по каким-то причинам одна из линий (+ или - ) дефектна (например скрипачка на высоких каблуках наступила каблуком на кабель. Реальная практика), сигнала не будет. При электронном симметрировании и полностью симметричном выходе микрофона (например у Октавы-012 и у KM83 выход псевдосимметричный, там обрыв "плюса" тоже прекратит сигнал) сигнал будет, хотя слабее и зашумлён. Это можно рассматривать и как достоинство, и как недостаток: с трансформатором дефект будет сразу же зафиксирован, безтрансформаторный вход позволит продолжить работу, хоть и с низким качеством.

[shura1959]

Ежели расуждать с точки зрения максимального качества, лучше преампы размещать рядом с миками, а по кабелю гнать уже пару Вольт. Но для натурных записей, наверно, такой вариант не очень удобен.
На мой взгляд, исходя из соотношения простота/качество, хороший вариант - трансы+опер типа 5534.
Кстати, какие собираетесь использовать переключатели? Из моей практики серебро, золото звучат не очень, "одесситы" утверждают, что звучат бронза+родий, бронза, латунь (по мере убывания "какчества" ).

[Александр Котов]

делать замеры сигнала на микрофоне во время концерта нет возможности

Берем 2 шт LM324 с потреблением 0,8 мА и от 2-х алкалиновых батареек АА работают год-другой. Только не берите подделки Duracell и Energiser, берите настоящий китай - "Космос".
Нормально пойдет, всё равно на концерте в европе все всегда бухие.

[dee-jan]

Если по питанию, я бы сделал так. DC-DC из +12В сделать -12В. И уже после ставить на +-12В стабилизаторы малошумящие TPS7A от TI, выставить сколько там надо напряжения. Для микрофонов аналогично, повышать ДС с запасом и стабилизировать. Правда 48В стабы надо поискать чего здесь есть тихого.

[Александр Котов]

Я бы точно избавился от трансформаторов (не по причине дороговизны), а их нелинейности. Балансный усилитель на AD797. Надо круче? По шумам, перегрузке, диагностике наступания каблуком скрипачки - пишите, нарисуем
Вы упустили важнейшую вещь в вашем изыскании - пассивные компоненты - резисторы и конденсаторы. А так же их номиналы. Я говорю о том, что если вы используете высокоомные резисторы в ООС, то шум повысится. Ну и конденсаторы, ессно, полипропилен Wima в цепях коррекции должны стоять хотя бы. Но это не предел.