Страница 1 из 11 123 ... Последняя
Показано с 1 по 20 из 217

Тема:

  1. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    577

    По умолчанию Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов соврем

    Обсуждается проблема повышения качества работы дешевых электретных микрофонов путем их схемотехнической доработки. Предлагается схема предусилителя с питанием от микрофонного входа современных гаджетов (эти входы оснащены встроенным низковольтным фантомным источником, обычно: 2.5В, 3кОм). Схема имеет стандартное двухпроводное подключение к микрофонному входу, использует самые доступные радиокомпоненты и обладает при этом достаточно высокими характеристиками по сравнению с популярными аналогами.
    Схема содержит только один относительно большой элемент – конденсатор емкостью 47…100 мкФ на напряжение от 3.3 В. При использовании smd-компонентов предусилитель можно уместить непосредственно в корпусе многих продаваемых дешевых моделей микрофонов.

    Создать эту тему меня подвиг интересный пост в блоге Николая Сухова на сайте IXBT.COM:
    http://www.ixbt.com/live/nikolay-suh...diofila_2.html
    Читать сам пост, комментарии к нему и смотреть видео для полного погружения в проблему - обязательно!!!! Необходимо также ознакомиться с материалом от user57 и hectorsky (оппоненты Николая Сухова) по ссылкам на их результаты:
    https://cloud.mail.ru/public/4jkV/uZVvUZzSE
    https://www.dropbox.com/sh/tqks8qt8s...in30y6Tza?dl=0
    Хоть я и не во всём согласен с Николаем Суховым, но благодарен ему за то, что фактически он единственный, кто подготовил самый подробный и эффектно изложенный материал по вопросу повышения качества звукозаписи при использовании дешевых электретных микрофонов.
    Я в свое время также успел столкнуться с этой проблемой и поэтому, понимая её актуальность, решил «замутить» аналогичную тему здесь, дав ей новое продолжение.

    Итак, есть актуальная проблема, состоящая в том, что звукозапись (или голосовая связь) с использованием внутренних микрофонов современных дешевых гаджетов, а также с применением внешних недорогих микрофонов, подключаемых к микрофонным входам значительного количества электронной техники (дальше по тексту я для простоты всё это буду называть гаджетами, заранее прошу прощения), очень часто оставляет желать лучшего. В первую очередь не устраивает малый уровень громкости даже при выведении всех регуляторов на максимум. В некоторых применениях ситуацию можно исправить последующим программным усилением (постобработкой записи), но в случае прямой голосовой связи (например, при интернет-общении) это затруднительно.
    Во-вторых, часто не устраивает малое достигаемое отношение сигнал/шум (С/Ш), иногда сопровождающееся заметными нелинейными искажениями, а это уже гораздо хуже, чем просто тихий звук. Конечно, надо разобраться, почему такое может иметь место, и насколько виноват в этом дешевый электретный капсюль.
    В качестве отправных точек возьмем данные из литературных источников, относящиеся к обозначенной проблеме.


    Для начала определим диапазон уровней громкости звуковых сигналов и уровней акустического фона, с которыми обычно приходится иметь дело при любительской звукозаписи в разнообразных условиях. Вот типичные данные, которые с некоторыми вариациями приводятся в интернет-источниках (http://edu.trudcontrol.ru/~3m/item/43u7haNo , http://www.acousticlab.ru/urovni_gro...ochnikov_shuma ):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	акустические у&#10.png 
Просмотров:	738 
Размер:	37,1 Кб 
ID:	299818 Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	шумы 1.png 
Просмотров:	464 
Размер:	7,8 Кб 
ID:	299819 Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	шумы 2.png 
Просмотров:	378 
Размер:	5,7 Кб 
ID:	299820 Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	шумы 3.png 
Просмотров:	456 
Размер:	2,0 Кб 
ID:	299821
    Из этих данных можно увидеть, что в подавляющем большинстве случаев любительская запись будет происходить при уровне акустического фона не менее 25…30 дБ SPL (Sound Pressure Level). Получается, что отношение С/Ш при записи сигнала обычной громкости в таких условиях, будет иметь весьма небольшое значение. Например, если источник создает звук в 50 дБ SPL, то рассчитывать на отношение С/Ш можно лишь в пределах 20….25 дБ. А для того, чтобы в вашей записи отношение С/Ш было на уровне 60 дБ нужно, чтобы записываемый «полезный» звук имел около 90 дБ SPL. И это связано НЕ с микрофоном, а определяется только акустическими условиями. От капсюля лишь требуется, чтобы его собственные шумы не сильно ухудшили это отношение. Думаю, именно поэтому подавляющее число дешевых электретных микрофонов, рассчитанных на любительскую запись и типичные условия применения, при различающихся прочих параметрах, имеют по паспортным данным эквивалентные собственные акустические шумы (EIN) на уровне <32….36 дБ SPL (S/N-ratio <58…62 dB), то есть, примерно равные типичному акустическому фону. Привожу характеристики дешевых электретных капсюлей одной из популярных фирм, выпускающей их широчайшую номенклатуру, в том числе, и полный аналог известного капсюля WM-61A:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	микрофоны JLI.png 
Просмотров:	644 
Размер:	73,5 Кб 
ID:	299822
    Что интересно, при таком собственном шуме микрофона, благодаря способности слуха к спектрально-временному анализу звуков, вы все равно сможете в какой-то степени разбирать даже структуру самого акустического фона (если это не белый шум), то есть различать звуки «под шумами» микрофона. В качестве подтверждения этому привожу данные о разборчивости речи в зависимости от соотношения с/ш (http://www.armstrong.ru/content2/com...iles/67442.pdf):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	разборчивость от с-ш.png 
Просмотров:	420 
Размер:	11,3 Кб 
ID:	299823
    Получается, что при соотношении С/Ш в 0 дБ можно даже еще понимать речь. Я это привожу для того, чтобы было понятно – в большинстве приложений отношение С/Ш больше 40 дБ – это уже достаточно. Пример: вы разговариваете с собеседником в обычном помещении, где типичный уровень фона – 30 дБ. Если собеседник находится на расстоянии в метре от вас, то его громкость будет на уровне 60 дБ. Отношение С/Ш будет всего 30 дБ. Отношение С/Ш в 60 дБ и более при записи с расстояния в метр – это уже требует студийной тишины звукозаписи и более дорогого микрофона.

    Можно ли серьезно снизить собственные эквивалентные акустические шумы дешевого электретного капсюля, не переделывая его внутренности и не добавляя механического оформления для достижения пространственной избирательности и акустического усиления? Думаю, что нет. То есть, наверное, можно подобрать оптимальный режим работы встроенного полевика выбором питающего напряжения и нагрузки, но считаю, что это позволит получить выигрыш в 1…2 дБ.

    Возможно, что на самом деле реальные шумы дешевых капсюлей могут оказаться существенно меньше указанных в паспорте (ведь в паспорте так и написано для S/N ratio: <, то есть, «менее»). Просто, указанные паспортные требования без труда могут быть выполнены даже не лучшими производителями, они легко проверяются без использования специальных заглушенных камер, и при этом они адекватны внешним акустическим помехам в большинстве условий применения. Поэтому я верю, что есть немалый шанс «нарваться» на удачную партию дешевых капсюлей с S/N ratio на 6…10 дБ лучше паспортных. Но это уже относится к удаче.

    Главный вывод, который я хотел донести вышеизложенным, это что исходное отношение С/Ш создаваемое микрофоном на своем выходе, не связано с предусилителем и не может быть им улучшено, поскольку это отношение большей частью формируется уже на затворе встроенного полевика, то есть, до ПУ. Тогда для чего же нужен предусилитель? Как и когда он может помочь?
    Его первая задача, как уже говорилось - это обеспечить уровень сигнала, достаточный для последующего комфортного прослушивания без необходимости «выкручивания» громкости на максимум.
    Вторая задача – это минимизировать ухудшение отношения С/Ш, пока сигнал от микрофона доходит до конечной точки (обычно АЦП). То есть, ПУ может помочь тем, у кого шумы получаются почему-то намного больше ожидаемых в соответствии с паспортными данными. Решению этого вопроса, данная тема и посвящается (конечно, одновременно решается и первая задача).
    Проблема ухудшения отношения С/Ш обычно возникает с дешевыми устройствами, когда микрофон имеет стандартное двухпроводное подключение к микрофонному входу (по большей части – даже неэкранированным кабелем) и одновременно по тому же проводу получает от него электрическое питание (так называемое фантомное питание).

    Предварительный ответ на вопрос, почему падает С/Ш, очевиден – с одной стороны, в канал прохождения сигнала проникают посторонние помехи, существенно превосходящие собственные шумы микрофона. С другой стороны, собственные шумы микрофонного входа гаджета также могут превосходить шумы с выхода микрофона. (Варианты, когда микрофон просто бракованный, или когда «слетели» драйвера на устройство оцифровки, не рассматриваются. Я о них упоминаю потому, что такое бывает, и это надо проверять.)

    Еще одной причиной возникновения дополнительных шумов и искажений может служить малый уровень полезного сигнала, настолько малый, что при его оцифровке электроникой гаджета, окажется задействовано малое количество разрядов. Это способно породить дополнительный более заметный специфический шум (и искажения). Для борьбы с этим видом шумов и искажений при оцифровке используются алгоритмы «дизеринга» (dithering) или «нойз шейпинга» (noise shaping). Их суть в том, что к сигналу добавляется шум (немного ухудшающий отношение с/ш), но делающий итоговый шум после оцифровки не коррелированным с сигналом, что важнее для восприятия. Роль этого шума в нашем случае можно считать минимальной по сравнению с другими, если будет задействовано 10 и более разрядов при оцифровке.

    Рассмотрим пути проникновения посторонних помех в канал прохождения сигнала от микрофона до входа АЦП гаджета и методы борьбы с ними на основе приведенного рисунка.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	схема проникновения помех.png 
Просмотров:	977 
Размер:	15,1 Кб 
ID:	299825
    Сначала оценим помеху на соединительный кабель (состоящий из общего и сигнального проводов). Помеха имеет преимущественно электрическую природу, её источник весьма высокоомный. Его можно рассматривать как генератор тока, величину которого можно оценить, вспомнив эксперимент, когда прикасаешься пинцетом к мегаомному входу осциллографа. Осциллограмма наведенного напряжения в некоторых помещениях иногда доходит до амплитуды в 20 В. Это значит, что наводимый ток может доходить до 20В/1Мом=20 мкА. Какое напряжение помех этот ток мог бы создать на незащищенном сигнальном проводе? Если Rвых достаточно велико (прямое подключение капсюля без ПУ), то почти весь наведенный ток пойдет в резистор Rs, и амплитуду наведенного помехового напряжения можно оценить сверху как 3кОм*20мкА=60 мВ. А сам сигнал для типового капсюля с чувствительностью 10 мВ/Па (-40 дБ) при громкости звука в 94 дБ (1 Па) будет составлять лишь 10 мВ с.к.з.. Явный перебор! К счастью, если гальванически не прикасаться к сигнальному проводу, то токовая наводка будет много меньше 20 мкА и распределится на оба провода (сигнальный и общий, за счет близкого их взаиморасположения). К тому же, многократно большую долю этого наведенного тока будет забирать на себя общий провод, поскольку он «сидит на земле», то есть, имеет гораздо меньшее сопротивление «на землю» (интересно, что у дешевых компьютерных микрофонов и гарнитур соединительные провода не только не экранированные, но даже не витая пара!). Тем не менее, ясно, что наводка на сигнальный провод является одной из самых опасных, поскольку она должна создавать напряжение помехи меньше собственных шумов капсюля (а они имеют величину не 10 мВ, а менее 5мкВ).
    Очевидно, что есть три пути борьбы с этой помехой. Первый – использование экранированного кабеля. Второй – использование предварительного усиления сигнала до подачи его в кабель (тогда относительный уровень наводки оказывается меньше в коэффициент усиления раз). И третий путь – это использование предусилителя с малым выходным сопротивлением Rвых, во много раз меньшим величины Rs. Тогда почти весь наведенный на сигнальный провод ток пойдет не в Rs, а в Rвых и создаст на нем многократно меньшее напряжение помехи.
    Теперь о токе, наведенном на общий провод. За счет наличия у последнего некоторого хоть и малого сопротивления Ro, на нем все-таки тоже возникает напряжение помехи. При этом наведенное на общем проводе напряжение помехи будет напрямую складываться с сигналом.
    Часто именно так возникают помехи, даже когда разные приборы передают сигналы между собой по экранированным проводам. Напряжения наводок на корпуса приборов вызывают протекание по соединяющим их экранам значительных помеховых токов и возникновение напряжения помех, Чтобы такого не происходило (наведенные токи не протекали по экранам сигнальных проводов), корпуса приборов гальванически соединяют между собой толстыми проводниками.

    Насколько опасна в нашем случае наводка на общий провод? Если используется неэкранированный кабель от дешевого китайского микрофона, то сопротивление его проводов составляет около 0.2 Ом/м. Таким образом, помеха, проникающая за счет наводки на общий провод длиной 1.5м, может быть оценена сверху величиной 20мкА*1.5м*0.2Ом/м=6мкВ. Это сравнимо с шумом микрофона. Конечно, это верхняя оценка. И, казалось бы, стоит поставить предусилитель с Ку от 10 и более, то данной помехой можно пренебречь, но… эта помеха – как правило, наводка с частотой сети и её гармоник. Даже будучи в 10 раз слабее по амплитуде, чем шум микрофона с относительно равномерным спектром, она будет хорошо видна при спектральных измерениях, да и слух её тоже почувствует. Так что для борьбы с ней также надо принимать меры. Две легкодоступных из них – это применение экранированного провода с малым погонным сопротивлением экрана и предварительное усиление сигнала, упомянутое выше. Их уже может оказаться достаточно. В тяжелых случаях придется отказываться от двухпроводной линии и использовать провод «две жилы в экране». При этом возможны два варианта его применения. Лучший из них – это использование дифференциальной линии связи. Он используется в высококачественной акустике, но требует дифференциального входа в гаджете, что в нашей задаче - уже перебор. Другой – это использование двух внутренних жил экранированной пары в качестве сигнального и общего проводов. А экран при этом должен соединяться с землей (и общим проводом) только с одного конца (в штекере), выполняя функцию одновременной защиты от наведения токов сразу и на общий провод, и на сигнальный (забирая весь наведенный ток на себя и замыкая на землю). Микрофон в этом случае желательно также обложить фольгой, соединенной только с экраном. Но, как сказал Миша из «Бриллиантовой руки», «…надеюсь, до этого не дойдет…».

    Теперь рассмотрим шумы и пульсации, проникающие в канал со стороны плохого фантомного источника питания. В некоторых случаях это самые серьезные помехи, особенно, когда выходное сопротивление микрофона очень высокое (стандартный капсюль без ПУ) – тогда эта помеха проникает в канал без ослабления. Очевидно, что бороться с ней можно двумя способами. Первый - использование ПУ с большим усилением, чтобы относительный уровень помехи стал меньше. Второй – это использование ПУ с малым выходным сопротивлением, намного меньшим, чем Rs. Тогда помеха из питания будет ослаблена в отношение Rвых/(Rвых+Rs)≈ Rвых/Rs раз (так называемое PSRR – Power Supply Ripple Rejection – ослабление проникновения пульсаций питания). Эти два способа хороши при совместном использовании. Если, например, перед подачей в кабель сигнал был усилен на 30 дБ, а благодаря малому выходному сопротивлению Rвых еще и удалось ослабить помехи на 30 дБ, то в итоге относительное влияние помехи из источника питания будет снижено на 60 дБ. Понятно, что такой же суммарный эффект происходит и в отношении рассмотренной выше наводки на сигнальный провод. Хочется верить, что если это будет достигнуто, можно будет не использовать экранированный кабель, а полностью сохранить «родной китайский» без перепайки штекера.

    Ну, и последний источник помех – это собственные, приведенные к микрофонному входу гааджета, шумы его внутренней схемы (входного усилителя+АЦП). Очевидно, что ослабить их влияние можно только предварительным усилением подаваемого на микрофонный вход сигнала, то есть, использованием ПУ. Здесь есть та же проблема, о которой говорилось выше. Если помеха не имеет выраженных спектральных компонент, то достаточно такого усиления, при котором усиленные шумы микрофона примерно в два…три раза превосходили бы собственные шумы микрофонного входа. А если в шумах микрофонного входа есть выраженные спектральные компоненты, то полностью перекрыть их шумами микрофона, возможно, и не удастся. Но тогда это уже трудноизлечимая болезнь гаджета.

    Итак, по отношению к главным источникам помех мы, кроме использования хорошего экранированного провода, имеем два важных схемотехнических метода борьбы с ними. Это предварительное усиление сигнала и использование предусилителя с малым выходным сопротивлением. Самый универсальный из них – это первый. Чем больше усиление Ку, тем меньше относительный вклад всех видов посторонних электрических помех. Тем больше уверенность, что в канал передачи не произойдет ухудшения отношения с/ш. Но до какой степени можно разгонять усиление? Да, при большом усилении Ку легче сохранить нижний (шумовой) порог диапазона громкости акустических сигналов микрофона. Но что произойдет с громкими звуками, особенно, когда напряжение питания предусилителя очень мало? Очевидно, что при неразумно большом Ку даже не очень громкие акустические сигналы приведут к искажениям выходного сигнала, в том числе, к его ограничению (клиппингу). Поэтому очень важно задействовать механизм снижения уровня проникающих помех с помощью снижения Rвых, поскольку это позволяет не завышать Ку.
    Получается, что для получения лучших результатов по ширине динамического диапазона, с одной стороны, надо определить минимальный допустимый Ку предусилителя, при котором еще не ухудшается нижний предел динамического диапазона из-за роста помех, а с другой - желательно добиться, чтобы ПУ был способен при малом напряжении фантомного питания выдавать максимально возможный неискаженный выходной сигнал. Тогда будет максимизирован верхний порог динамического диапазона.
    А если еще и выходное сопротивление предусилителя мало, то, возможно, удастся обойтись без дорогого экранированного кабеля штатным китайским даже без перепайки штекера. Для примера, телефонные линии имеют длину иногда больше километра, но при этом их проводка в домах делается даже не витой парой, а телефонной «лапшой», да и сопротивление источников сигналов в линию не так уж мало - 600 Ом. Так что надежда есть, и если такое получится, то это будет приятный бонус.

    Ну, теперь можно приступить к делу. Существует много хороших схем ПУ, решающих задачу улучшения качества записи с дешевого электретного микрофона. Но они, как правило, используют дополнительный собственный источник питания (внешний или встроенная батарейка) и выполнены в виде отдельного блока межу микрофоном и гаджетом с трехпроводным подсоединением микрофона. Здесь же ставится другая задача – сделать предусилитель, встраиваемый в микрофон так, чтобы последний по-прежнему присоединялся к микрофонному входу стандартным способом (штекером по двухпроводной линии) и питался от него. И чтобы он сохранял высокие характеристики при работе от низковольтного фантомного питания современных гаджетов… При этих требованиях круг уже известных схем, претендующих на решение поставленной задачи, сужается до трех…четырех базовых вариантов.
    Первый из них – это схема на одном транзисторе (http://radiokot.ru/circuit/audio/amplifier/40/), буквально заполнившая Интернет:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	однотранзистоный ПУ.png 
Просмотров:	846 
Размер:	3,6 Кб 
ID:	299826
    Есть её модификация, с добавлением третьего резистора, уменьшающего искажения ценой снижения усиления: https://www.youtube.com/watch?v=k-ZwB7xpKVk , https://www.youtube.com/watch?v=BLa6YhdoO2k
    Мне кажется, что здесь была применена оригинальная идея. Фактически, будучи простейшей схемой, она содержит эффектную отрицательную обратную связь (ООС).
    Данную схему можно было бы нарисовать в стандартном виде, где резистор ООС занимает свое «законное» положение. Но благодаря известному в теории цепей правилу эквивалентной замены схемы соединения резисторов «треугольником» на схему соединения «звездой» (при соответствующем пересчете номиналов),
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	треугольник-звезда.png 
Просмотров:	501 
Размер:	8,7 Кб 
ID:	299827
    мы получаем эквивалентную схему, где резистор обратной связи имеет другое, в некотором смысле, более удобное расположение. В этом втором варианте резистор Rоос имеет довольно малое сопротивление и не подключен ко входу, а фактически «сидит на земле»:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	однотранз схема+.png 
Просмотров:	602 
Размер:	8,6 Кб 
ID:	299828
    В той схеме, которую я собираюсь предложить, это также используется.

    Замечу, что однотранзисторная схема, несмотря на простоту, дает достаточно хорошие результаты при пятивольтовом фантомном питании. Но при снижении питания до 2.5 В схема резко ухудшает свои характеристики, что и будет видно в дальнейших сравнениях.


    Второй вариант низковольтного фантомного предусилителя – двухтранзисторный (авторство схемы я не смог установить):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	двухтранзисторная схема ПУ.PNG 
Просмотров:	727 
Размер:	15,9 Кб 
ID:	299829
    и его упрощенный вариант (http://radiokot.ru/circuit/audio/amplifier/40/):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	двухтранзисторный ПУ упрощенный.png 
Просмотров:	636 
Размер:	5,1 Кб 
ID:	299830
    Этот вариант схемы известен давно, но менее популярен в Интернете, чем однотранзисторный. Он также хорошо работает только при пятивольтовом фантомном питании. Вот его-то успешно доработал Сухов, предложив заменить выходной кремниевый транзистор на германиевый. Это позволило снизить напряжение фантомного питания (рисунок взят из поста Сухова):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	схема Сухова SiGeSRPP.png 
Просмотров:	820 
Размер:	6,9 Кб 
ID:	299831
    После публикации Сухова по предложенному варианту ПУ, в спор с ним вступили некто user57 и hectorsky, которые резонно заявили, что использование старого германиевого транзистора в наше время является анахронизмом, и предложили доработку двухтранзисторной схемы, с большим количеством деталей, которая не использует германиевый транзистор, но имеет (по расчетам авторов) сравнимые характеристики со схемой Сухова:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	схема SiSi.png 
Просмотров:	905 
Размер:	4,5 Кб 
ID:	299832
    Я не стал проверять данный вариант, поскольку он по параметрам, приведенным самими авторами, не лучше схемы Сухова, и, главное, потому, что уже родилась новая схема (и её вариации) с существенно превосходящими параметрами при низковольтном питании.

    Об этой новой схеме пойдет речь ниже.

    Анализ предыдущих схем показал, что при столь малых напряжениях питания не удастся получить заметного улучшения параметров (по искажениям, выходному сопротивлению, максимальному выходному сигналу) без использования отрицательной обратной связи (ООС), как это давно применяется в УНЧ. Стало также ясно, что в двухкаскадном варианте схемы не удастся получить запас по усилению, который с помощью ООС можно было бы трансформировать в малые искажения и малое выходное сопротивление (возможно, это не удалось только мне).
    А вот трехкаскадная схема уже обладает более чем достаточным усилением и удобно охватывается разными вариантами ООС. Увы, заводить в трехкаскадный усилитель отрицательную обратную связь рискованно – уже могут выполниться амплитудно-фазовые условия возбуждения, и схема будет неустойчивой в работе. Облегчает ситуацию то обстоятельство, что нам надо получить приличное усиление (20дБ и больше), а в этом случае уже можно попытаться сохранить устойчивость определенными схемотехническими приемами.
    Вначале были рассмотрены две базовые архитектуры трехкаскадных усилителей с ООС, превращающей обычный усилитель в трансимпедансный:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	базовая схема с ООС nnn.png 
Просмотров:	649 
Размер:	3,9 Кб 
ID:	299833 Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	базовая схема с ООС npn.png 
Просмотров:	658 
Размер:	4,1 Кб 
ID:	299834
    Первый вариант хорош тем, что использует транзисторы одной проводимости, и напряжения на коллекторах первых двух из них равны напряжениям база-эмиттер, то есть, транзисторы работают в оптимальном, далеком от насыщения режиме. Во втором варианте напряжения коллектор–эмиттер двух первых транзисторов составляют менее 200 мВ. Этого уже мало, но их коллекторные токи также малы, поэтому это ещё не режим насыщения (режим насыщения для таких токов, наверное, наступает при Uкэ порядка 50…100 мВ, но, увы, при таких напряжениях Uкэ, у транзисторов падает β). Тем не менее, симулирование их работы не вызвало проблем ни в Микрокапе 11, ни в Мультисиме 14 (но все-таки крайне желательна реальная проверка).
    Это только базовые схемы, они не обладают достаточной устойчивостью при подключении емкостной нагрузки на выход или вход (возникают значительные всплески на АЧХ, говорящие о возможном приближении к генерации). А ведь работать придется на длинный кабель с погонной емкостью иногда более 200 пФ/м. На выходе электретного капсюля также иногда бывает напаян конденсатор для шунтирования его выхода по высокой частоте (борьба с влиянием радиопомех).
    Словом, для обеспечения устойчивой работы при широкой возможной вариации подключаемых нагрузок, схемы требуют «доводки». Вот тут оказалось, что второй вариант может быть легче модифицирован (опять же, возможно, я просто не додумался). Для наглядного описания этапов, которые я прошел от базовой схемы до финального очень стабильного варианта со специально заваленной сверху АЧХ (при большом усилении желательно обрезать частоты, на которых нет полезного сигнала, а шумы есть), привожу этот процесс в виде комикса:

    Последний раз редактировалось semimat; 28.08.2017 в 04:15.

  2. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    577

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	эволюция схемы.png 
Просмотров:	441 
Размер:	19,6 Кб 
ID:	299835
    Вот так выглядит схема ПУ уже с конкретными номиналами деталей (совместно с эквивалентом капсюля и микрофонным входом) в симуляторе Микрокап 11. Назвал я её «2xОС ПУ» поскольку этот ПУ содержит аж две настраиваемые ОС (R2 и R4):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	2xОС ПУ semimat.png 
Просмотров:	570 
Размер:	5,0 Кб 
ID:	299836
    Следует отметить, что в схеме нет межкаскадных разделительных конденсаторов, а значит, её режимы по постоянке зависят от тока стока полевого транзистора (тока капсюля). От них, в свою очередь, зависит величина максимального достижимого неискаженного выходного сигнала. Поэтому для получения наилучших характеристик следует настраивать схему под конкретный ток используемого капсюля с помощью выбора резистора R1. Замечу, что чем меньше ток капсюля, тем большей неискаженной амплитуды выходного напряжения можно добиться подгонкой R1. Это из-за того, что при меньшем токе капсюля, больше тока может «достаться» выходному транзистору Q3 предусилителя, а значит, его сигнальная модуляция может происходить в более широких пределах.

    Для определения величины оптимального сопротивления R1 в зависимости от тока капсюля Iк (подчеркну, что этот ток надо измерять при напряжении на капсюле всего в 0.5 В) можно воспользоваться эмпирической формулой, полученной на основе анализа результатов симуляционной оптимизации R1 в программе Мультисим 14 при различных заданных тока капсюля:
    R1330/Iк – 0.6, где Iк- ток капсюля в мкА, а результат для R1 получается в кОм.
    (Пример: ток капсюля 185 мкА. Оптимальная нагрузка R1≈330/185 – 0.6≈1.2 кОм. Округлять лучше в большую сторону.)
    Формула эмпирическая, получена в симулировании при конкретных прочих схемных параметрах! При изменении номиналов деталей, напряжения фантомного питания, да и просто в живом макетировании, она может не сработать. Поэтому подгонять желательно реально «по месту».

    Если вам повезло, и у вашего капсюля ток полевика при 0.5 В равен, к примеру, 70 мкА, то оптимальным будет резистор R1=4.1 кОм. При этом симуляция показывает, что неискаженная амплитуда выходного сигнала (менее 1% КНИ) будет составлять более 0.5 В. К тому же, как правило, чем меньше ток полевика – тем меньше его крутизна и усиление. Поэтому настройка ПУ подбором (увеличением) резистора R1 при использовании капсюлей с малыми токами также благотворно влияет на сохранение общего усиления схемы.
    Если же ваш капсюль имеет ток более 200 мкА, то схема начинает терять высокую эффективность, поскольку на выходной транзистор остается меньше тока. Надеюсь, это будет редко: я среди имевшихся в распоряжении дешевых компьютерных микрофонов, не встретил ни одного, у которого при таком напряжении на капсюле, ток был больше 150 мкА.
    Чтобы провести сравнение предлагаемой схемы с «конкурентами» в равных условиях, был позаимствован файл моделей для симулятора Микрокап 11, ранее подготовленный и использованный Николаем Суховым (спасибо ему!). В него была просто дорисована предлагаемая схема (2xОС ПУ). Поскольку у Сухова был использована модель полевика 2SK3372 с током стока 186 мкА, то в схеме было выбрано значение R1, равное 1.3 кОм. Это значение больше оптимального (1.2 кОм), но при нем получается равный со схемой Сухова коэффициент усиления, а результаты сравнения зависимости искажений от выходного уровня сигнала, приведенные ниже, все равно остаются убедительными.
    Итак, вот схемы, по которым проводилось сравнение:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Схемы для сравн&#1.png 
Просмотров:	361 
Размер:	23,3 Кб 
ID:	299837
    Файл для самостоятельного повторения симулирования в Микрокапе 11 (я пользовался версией «Micro-Cap 11.0.1.9, 32 bit):3_electret_preamps + 2xОСПУ.zip

    Так выглядят в симулировании АЧХ для трех рассмотренных выше вариантов предусилителей, а также стандартного включения капсюля без ПУ:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	сравнение АЧХ.png 
Просмотров:	405 
Размер:	13,7 Кб 
ID:	299839
    На следующем рисунке показаны зависимости КНИ (%) от амплитуды выходного сигнала для тех же схем. Я решил не делать по оси х логарифмическую шкалу, как было на графиках у Сухова, полагая, что в линейной шкале они более показательны:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	THD vs Uout.png 
Просмотров:	412 
Размер:	20,7 Кб 
ID:	299840
    Видно, что предлагаемая схема дает неплохие искажения (менее 1%) вплоть до наступления жесткого ограничения выходного сигнала (клиппинга).
    Подчеркну, что для достижения таких результатов надо подбирать R1 соответственно току капсюля. Если бы капсюль имел меньший ток (не 186, а 70 мкА), то максимальная амплитуда неискаженного сигнала могла бы быть еще почти в два раза больше.

    Теперь сравним динамические диапазоны для этих вариантов подключения капсюля. Будем считать, что верхняя граница динамического диапазона схемы определяется уровнем её входного сигнала, при котором искажения выходного сигнала составляют 1% (типичный критерий для электретных микрофонов). Иногда используют критерии 3% и 10% искажений. Есть данные научных исследований, согласно которым нормальный слух способен обнаружить искажения, когда вторая гармоника составляет более 3%, или третья гармоника превышает 0.5%. Я выбираю однопроцентный критерий, поскольку это выгоднее для моего ПУ - у него, согласно приведенным графикам искажений, после достижения клиппинга начинается их резкий рост при незначительном дальнейшем увеличении входного сигнала.
    Имеем согласно графикам искажений:
    1. Для включения капсюля без ПУ 1% искажений достигается при выходном сигнале - 120 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 1.9, получаем максимальный входной сигнал 120мВ/1.9≈63.2мВ амплитудных или 44.7мВ скз (среднеквадратичное значение) гармонического сигнала.
    2. Для однотранзисторной схемы 1% искажений достигается при выходном сигнале - 10 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 11.4, получаем максимальный входной сигнал 10мВ/11.4≈0.88мВ амплитудных, или 0.62мВ скз.
    3. Для двухтранзисторной схемы Сухова 1% искажений достигается при выходном сигнале - 25 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 28.3, получаем максимальный входной сигнал 25мВ/28.3≈0.88мВ амплитудных или 0.62мВ скз
    4. Для 2хОС ПУ 1% искажений достигается при выходном сигнале (амплитуда) - 250 мВ амплитудных. Учитывая, что Ку этого варианта составляет 28.3, получаем максимальный входной сигнал 250мВ/28.3≈8.8мВ амплитудных или 6.2мВ скз.
    Будем также считать, что во всех случаях дополнительные помехи, кроме собственных шумов капсюля, отсутствуют. То есть, пока считаем, что нижняя граница динамического диапазона у всех схем одинакова и определяется собственными входными шумами капсюля. Оценим их для конкретного капсюля WM-61A, паспортные данные которого: чувствительность при стандартном включении без ПУ -34дБ (это 20 мВ/Па), эквивалентный акустический шум – 94-62=32 дБ (это 0.0008Па скз). Таким образом, приведенные входные электрические шумы капсюля (считаем, что его Ку=1.9) составляют 0.0008Па*20мВ/Па/1.9≈8.4мкВ скз.
    В результате получаем:
    Динамический диапазон капсюля без ПУ: 20 log(44.7мВ /8.4мкВ) ≈75 дБ,
    Динамический диапазон однотранзисторного ПУ: 20 log(0.62мВ /8.4мкВ) ≈37 дБ,
    Динамический диапазон двухтранзисторного ПУ Сухова: 20 log(0.62мВ /8.4мкВ) ≈37 дБ,
    Динамический диапазон 2хОС ПУ: 20 log(6.2мВ /8.4мкВ) ≈57 дБ,

    Полученные результаты кажутся абсурдными – капсюль без ПУ оставляет далеко позади все схемы ПУ! Как это объяснить, и почему же при таком малом динамическом диапазоне предусилители в реальности явно улучшают звучание.

    Ну, во-первых, я взял очень жесткие требования на допустимые искажения. На самом деле можно было бы взять и 3% (это добавляет 10 дБ к динамическому диапазону при линейной зависимости КНИ от амплитуды). Более того, опыты показывают, что средний слух не замечает даже жесткий клиппинг сигнала, если он длится менее 10 мс. Также снижается чувствительность к искажениям и при повышении громкости звука (уже начиная с 60 дБ SPL), поскольку в самом слуховом аппарате возникают гармоники из-за его собственной нелинейности. Таким образом, если нелинейность растет плавно, без образования высоких гармоник (доминирует только вторая), то на максимальных громкостях можно считать допустимыми искажения до 10 % (это типичная граница, используемая при оценке динамического диапазона МЭМС-микрофонов).
    Во-вторых, и это неизбежно – если усиливаешь сигнал, то позаботься, чтобы он «пролез» сквозь выходной каскад. А для этого нужно повышать напряжение его питания, и тем больше, чем больше сделано усиление. Вот тут-то и возникают реальные проблемы с низковольтным фантомным питанием. Оно сильно ограничивает возможность увеличения Ку, соответственно уменьшая динамический диапазон сверху. Если бы питание ПУ было 6В и более, да еще не фантомное, то можно было бы полностью сохранить исходный динамический диапазон капсюля, имея при этом Ку предусилителя 30 дБ.
    Те, кто ознакомился с постом Сухова по ссылке в начале темы, резонно зададут вопрос: как же в его измерениях получилось отношение С/Ш аж в 62 дБ вместо рассчитанных мной 37 дБ. Где потеряны 25 дБ? Всё кроется в методике измерений границ динамического диапазона. Что касается определения минимального значения SPL в произведенной тестовой записи сигнала, то программа Adobe Audition ищет на заданном пользователем интервале времени участок длительностью 50 мс (по умолчанию), где SPL минимален. Это позволяет программе даже поймать момент, когда внешние шумы, не обладающие постоянством, могут кратковременно опуститься ниже собственных шумов капсюля. То есть, с оценкой нижней границы всё нормально. А вот верхнюю границу Сухов определял, хлопая в ладоши. При этом на аудиозаписи видно полнейшее ограничение сигнала. Соответственно, Adobe Audition находит этот участок и приходит к выводу, что максимальное значение SPL сигнала оказывается даже больше SPL синуса, который можно вписать в разрядность оцифровки. То есть, для определения верхней границы динамического диапазона используется не гармонический сигнал, при котором искажения достигают 1%, а раз в 20 больший по SPL. Вот и получаются те самые 62 дБ.
    Ну, а почему же тогда при тех же измерениях (с теми же хлопками) для капсюля без ПУ или для однотранзисторного ПУ (с недостаточно большим Ку) получаются плохие результаты?
    Ответ состоит в том, что при малом Ку существенно повышается нижняя граница динамического диапазона за счет всех описанных выше путей проникновения различных помех в канал передачи сигнала. А именно она определяет качество работы микрофона при невысоких уровнях громкости полезного сигнала. Нам не сильно важно, что микрофон может без перегрузки воспроизвести вой пролетающего истребителя, нам надо хорошо слышать негромкие звуки. Поэтому так важно сохранить исходную нижнюю границу динамического диапазона, усилив сигнал и «подняв» его над внешними помехами пусть даже ценой снижения верхней границы из-за роста искажений, связанного с низковольтным питанием.

    Теперь возвращаемся к главному предмету.

    Предложенная схема 2xОС ПУ оказалась очень практичной в плане введения подстройки усиления с помощью регулировки глубины первой ООС, поскольку требуемый переменный резистор R2+, являющийся как бы продолжением резистора R2, - низкоомный (150 Ом), и при этом два его вывода (в том числе, подвижный контакт) посажены на землю. Все это в совокупности обеспечивает хорошую защищенность от наводок при прикосновении.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	2xОС ПУ semimat с рег.png 
Просмотров:	448 
Размер:	5,5 Кб 
ID:	299841
    Если бы была оставлена типовая структура первой ООС (без замены «треугольника на звезду»), как на втором исследованном варианте данной схемы (они по параметрам практически идентичны), то регулирующий резистор R2 был бы «подвешен» относительно земли и одним концом подключен к самой чувствительной точке схемы - входу:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	2xОС ПУ v2 semimat.png 
Просмотров:	414 
Размер:	5,3 Кб 
ID:	299842
    Если нет необходимости в подстройке усиления (что обычно так и есть), то можно выбрать и этот второй вариант - вдруг окажется, что для него получится более «красивая» топология платы. Он имеет примерно на 20% меньшее Rвых, но чуть больше подвержен влиянию подключения на выход или вход больших емкостей (речь идет о значениях до 10000пФ). Мне более симпатичен первый вариант, он получился очень стабильным, и для него можно сделать компактную одностороннюю печатную плату под навесные элементы. Результаты его исследования на значения Rвых, PSRR и устойчивость к подключению емкостных нагрузок по выходу и входу будут представлены ниже.

    Исследование перечисленных свойств усилителя проводилось в Мультисиме 14 (в нем это показалось мне проще).
    Исходная схема для симулирования, содержащая дополнительно емкость на входе Cf (подавление ВЧ) и емкость на выходе Ccab (емкость соединительного кабеля) выглядит так:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Измерение АЧХ.png 
Просмотров:	420 
Размер:	11,2 Кб 
ID:	299843
    Изначально Cf была выбрана равной 100 пФ (максимальное типовое значение из тех, которые я видел в даташитах электретных капсюлей), а Ccab - 300 пФ (это соответствует длине кабеля 1,5…3м в зависимости от его погонной емкости).
    Вот так выглядят АЧХ при максимальном и минимальном коэффициентах усиления:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	АЧХ при Ku=30дБ.png 
Просмотров:	347 
Размер:	6,8 Кб 
ID:	299844 Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	АЧХ при Ku=20дБ.png 
Просмотров:	312 
Размер:	6,8 Кб 
ID:	299845
    А вот так выглядят те же АЧХ при увеличении Cf до 1000 пФ, а Ccab до 10000 пФ (соответствует длине кабеля 50….100м):
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	АЧХ при Ku=30дБ и мак&#1.png 
Просмотров:	306 
Размер:	6,7 Кб 
ID:	299846 Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	АЧХ при Ku=20дБ и мак&#1.png 
Просмотров:	340 
Размер:	6,7 Кб 
ID:	299847
    При вариации величин этих емкостей в пределах обозначенных значений никаких неожиданностей не выявлено.
    Естественно, из-за того, что токопотребление ПУ очень мало, то работа на емкостную нагрузку приводит к снижению максимального выходного напряжения с ростом частоты сигнала (это свойство не только данного усилителя).
    Например, при достаточно малой емкости нагрузки и токе капсюля 185 мкА, максимальная амплитуда выходного сигнала на всех звуковых частотах составляет, как показало симулирование, примерно 250 мВ.
    Если Ccab=10000 пФ (50-ти…100-метровый кабель), то на частоте 15 кГц максимальная амплитуда уменьшается до примерно 70…100 мВ (в зависимости от Ку), на 10 кГц – 100…200 мВ, на 5 кГц – 200 мВ.
    Если же не замахиваться на 50-ти метровый соединительный кабель, а ограничиться его длиной в 10…15 м (что соответствует Ccab - 3000 пФ), то максимальная амплитуда выходного напряжения на частое 5 кГц составит 220…240 мВ, на частоте 10 кГц – 180..200 мВ, на частоте 15 кГц – 130…180 мВ.

    Возможность использования соединительного кабеля большой длины расширяет сферу использования данного ПУ.

    Исследование зависимости подавления помех, проникающих по питанию, от частоты сигнала помехи, проводилось с помощью добавления к напряжению питания фантомного источника (Vs) некоторого гармонического сигнала фиксированной амплитуды и меняющейся частоты в соответствии с приведенной схемой:
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Измерение PSRR и Rвы&#10.png 
Просмотров:	475 
Размер:	11,4 Кб 
ID:	299848
    В результате были получены АЧХ проникновения сигнала помехи на вход звуковой карты для максимального и минимального коэффициентов усиления. Значения ординат этих АЧХ соответствуют ослаблению помехи в дБ на разных частотах (это фактически частотная зависимость PSRR, если под PSRR понимать выраженное в дБ отношение амплитуды сигнала, прошедшего на вход звуковой карты, к амплитуде исходного сигнала, добавляемого к напряжению источника питания Vs). Ниже приведены результаты:
    PSRR при Ку=30 дБ: Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	PSRR при Ku=30дБ.png 
Просмотров:	312 
Размер:	6,4 Кб 
ID:	299849 , PSRR при Ку=20 дБ: Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	PSRR при Ku=20дБ.png 
Просмотров:	258 
Размер:	6,3 Кб 
ID:	299850
    Видно, что при Ку=30 дБ почти во всем звуковом диапазоне проникновение помехи (PSRR) составляет -32 дБ, а при Ку=20 дБ – -38 дБ
    Из величины проникновения помехи легко получить величину Rвых (и её зависимость от частоты) по формуле: Rвых=Rs/(Косл-1), где Косл – коэффициент ослабления помехи, проникающей через питание, выраженный в разах.
    Используя данное выражение, а также связь между Косл в разах и уровнем проникновения помехи (PSRR): Косл=10**(-PSRR/20), получаем, что при максимальном усилении ПУ (30 дБ) выходное сопротивление составляет менее 80 Ом почти во всем звуковом диапазоне. А при усилении ПУ, равном 20 дБ, выходное сопротивление составляет менее 40 Ом.
    Для сравнения:
    - выходное сопротивление капсюля при стандартном подключении определяется сопротивлением стока встроенного полевика – величиной сильно варьирующейся, но, как правило, не опускающейся менее 2000 Ом,
    - выходное сопротивление схемы Сухова, указанное автором, составляет 600…1000 Ом,
    - выходное сопротивление описанного выше однотранзисторного варианта ПУ составляет 1000 Ом.

  3. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    577

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Результаты анализа рассмотренных схем, полученные в предположении использования капсюля WM-61A и для типовых моделей других компонентов, сведены в сравнительную таблицу:

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	сравнительная &#10.png 
Просмотров:	423 
Размер:	9,5 Кб 
ID:	299852
    Конечно, при изменении (уточнении) исходных данных, результаты получатся другими, но принципиальных изменений произойти, думаю, не может.

    Теперь заключительные комментарии к схеме и её настройке.
    1. Схема оптимизирована под фантомное питание 2.5 В с сопротивлением 3 кОм. Если её подключить к фантомному питанию 5 В с сопротивлением 2 кОм, можно было бы ожидать, что она сумеет выдать большее выходное напряжение. Это не совсем так. При Ку=30 дБ, действительно схема даст больший выходной сигнал, а при Ку=20 дБ, наоборот, произойдет незначительное уменьшение максимального выходного напряжения. Чтобы этого не произошло можно немного увеличить величину R1 (это увеличит напряжения Uкэ транзисторов Q1 и Q2, уводя их от риска приближения к насыщению при больших сигналах). Тогда мы чуть отойдем от оптимума для Vs=2.5 В, зато существенно улучшим работу схемы при Vs=5 В – она оправдает наши ожидания и даст существенно увеличенный максимальный выходной сигнал.
    2. Я специально взял транзисторы, которые использовали предшественники. Но это обычные транзисторы общего применения. Если вдруг будут проблемы с шумами (будет использован капсюль с очень маленькой чувствительностью), то рекомендую использовать более малошумящий транзистор Q1. Транзисторы Q1 и Q2 работают с очень малыми токами, оптимизированными для работы с источником сопротивлением 10 кОм. То есть, этот режим не оптимален по шумам в случае, если R1 будет 1…5 кОм. Но собственный выходной шум типового капсюля (если только это не капсюль с очень малой чувствительностью) будет все равно существенно больше шумов ПУ, поэтому неоптимальность не должна привести к ухудшению С/Ш.
    3. Если не предполагается работать с проводами длиной 50 м, то можно уменьшить или вообще не ставить корректирующий конденсатор C2, тогда даже улучшается PSRR на высоких частотах. Я его номинал поставил с большим запасом для обеспечения устойчивости при неразумо больших емкостных нагрузках и оставил бы для него место на плате, поскольку он создает степень свободы для настройки устойчивости, особенно при работе на малых Ку, когда создается больший риск её потери.
    4. Если есть желание еще сильнее завалить АЧХ сверху – увеличите C3.

    Несмотря на полученное в симулировании преимущество предлагаемого ПУ, на деле оно может и не оказаться заметным. Во-первых, потому, что основное его достоинство – большая защищенность от внешних помех – может и не проявиться в обычных условиях, когда помехи невелики. Во-вторых, его преимущество по искажениям видно на графиках, но насколько это важно в реальности? Если учесть, что на самом деле допустимые на слух искажения могут доходить в отдельные моменты времени до 10%, и даже вообще допустим кратковременный клиппинг, то преимущество предлагаемой схемы в значительной степени исчезает. Вот поэтому я очень заинтересован, чтобы кто-нибудь проверил всё предложенное на практике и поделился результатами. Сам я доберусь до реальной пайки и проверки нескоро. Но чтобы не затягивать время, решил донести всё это до участников в непроверенном виде, сразу с «кончика пера».

    Также, придумывая разные варианты ПУ, я понял, что одному человеку не под силу происследовать все возможные схемы. Я надеюсь, что кого-то данная тема увлечет, и он усовершенствует предложенную схему или придумает что-то ещё более интересное.
    В частности, очень перспективным может оказаться использование МЭМС-микрофонов вместо электретных. В настоящее время цены на них опустились почти до уровня электретников, а характеристики порой даже лучше. То есть, пришло время, чтобы они «пошли в народ». Есть дешевые модели с частоткой до 20 кГц и S/N ratio 65 дБ и даже более. Напряжение питания у них от 1.5 В до 3,7 В при токе потребления иногда менее 200 мкА. О габаритах вообще не говорю – я уже их просто не смогу припаять. Они, правда, имеют трехпроводное подключение. Вот поэтому мне хотелось бы, чтобы кто-нибудь придумал грамотную схему их подключения к низковольтному фантомному питанию.
    Удачи Вам!

  4. Новичок Аватар для pips
    Регистрация
    20.08.2017
    Сообщений
    27

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Интересная статья.
    Вот правда бы все это в реалии а не на симуляторе )))
    Последний раз редактировалось pips; 28.08.2017 в 15:10.

  5. Новичок Аватар для real64
    Регистрация
    03.12.2009
    Сообщений
    48

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Когда-то и я собирал что-то похожее. До сих пор валяется микрофон в котором установлен капсуль МК-3 с подобной двух транзисторной схемой. Но сейчас помоему проще и качественнее использовать микросхемы типа MAX9812 https://datasheets.maximintegrated.c...2-MAX9813L.pdf. Причём почти задаром можно у китайцев купить готовый модуль
    https://ru.aliexpress.com/item/MAX98...311.0.0.KQ2SKf
    По звуку, искажениям, шуму ни один из одно-двухтранзисторных и рядом не стоял.

  6. Новичок Аватар для pips
    Регистрация
    20.08.2017
    Сообщений
    27

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Цитата Сообщение от real64 Посмотреть сообщение
    Когда-то и я собирал что-то похожее. До сих пор валяется микрофон в котором установлен капсуль МК-3 с подобной двух транзисторной схемой. Но сейчас помоему проще и качественнее использовать микросхемы типа MAX9812 https://datasheets.maximintegrated.c...2-MAX9813L.pdf. Причём почти задаром можно у китайцев купить готовый модуль
    https://ru.aliexpress.com/item/MAX98...311.0.0.KQ2SKf
    По звуку, искажениям, шуму ни один из одно-двухтранзисторных и рядом не стоял.
    TL071 про эту что скажите?

    http://pdf1.alldatasheet.com/datashe...OLA/TL071.html

  7. Новичок Аватар для real64
    Регистрация
    03.12.2009
    Сообщений
    48

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    В данной теме не прокатывает по напряжению питания.

  8. Начинающий Аватар для Alex
    Регистрация
    20.03.2003
    Адрес
    Worldwide
    Возраст
    57
    Сообщений
    27.337

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Цитата Сообщение от pips Посмотреть сообщение
    TL071 про эту что скажите?
    Очень устаревший одиночный операционник 70-х годов прошлого столетия, тогда он даже называелся "малошумящим".
    Смысла в применении, в настоящее время не имеет никакого. Если уж ставить то OPA140, OPA320, TLV2252, ADA4621, LT1677, MCP6401, и еще миллион других.
    "Да мне-то то, меняйтесь!"(с)анек.
    <>
    <-- http://altor1.narod.ru --> Вопросы - в личку, е-мейл, скайп.

  9. Завсегдатай Аватар для Гоша
    Регистрация
    21.01.2004
    Адрес
    Москва
    Возраст
    61
    Сообщений
    2.436

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Тут ОУ не пркатывают в силу специфики "фантомного" питания от входа ЗК.
    По сути необходим преобразователь напряжения с выхода микрофона в ток в цепи входа ЗК.
    Можно, конечно, исхитриться и сделать это на каком-то микромощном низковольтном ОУ, но будет ли игра стоить свеч?

  10. Новичок Аватар для real64
    Регистрация
    03.12.2009
    Сообщений
    48

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Не надо исхитрятся. Уже всё есть.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Микрофон.jpg 
Просмотров:	912 
Размер:	37,5 Кб 
ID:	299939

  11. Новичок Аватар для pips
    Регистрация
    20.08.2017
    Сообщений
    27

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Можно глупый вопрос, если на микрофон подается фантомное питание 2,2 вольта, как оно через такую цепочку резисторов (сопротивление) попадает туда если с самой ЗК выходит 2,2 вольта?

  12. Завсегдатай Аватар для Гоша
    Регистрация
    21.01.2004
    Адрес
    Москва
    Возраст
    61
    Сообщений
    2.436

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    real64,
    При трехпроводной линии да, так можно.
    Но у ТС во всех схемах двухпроводная.

    ---------- Сообщение добавлено 15:51 ---------- Предыдущее сообщение было 15:45 ----------

    pips,
    дык через эти резисторы и попадает.

    ---------- Сообщение добавлено 15:56 ---------- Предыдущее сообщение было 15:51 ----------

    Цитата Сообщение от pips Посмотреть сообщение
    Интересная статья.
    Вот правда бы все это в реалии а не на симуляторе )))
    Ну так кто мешает?
    Деталей на три копейки, работы на 15 минут с перекуром.
    Для таких простых схем совпадение симуляции и реальной схемы - 99,9%.

  13. Новичок Аватар для real64
    Регистрация
    03.12.2009
    Сообщений
    48

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    В ЗК она как раз трёхпроводная. В видеокамере, по крайней мере в моей, тоже. Там где питания нет или в случае двухпроводного подключения, я бы в угоду качеству не поскупился бы поставить пару батареек ААА или одну литиевую (собственно так я и сделал) .

  14. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    577

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Цитата Сообщение от pips Посмотреть сообщение
    Можно глупый вопрос, если на микрофон подается фантомное питание 2,2 вольта, как оно через такую цепочку резисторов (сопротивление) попадает туда если с самой ЗК выходит 2,2 вольта?
    У меня в схеме, впрочем, как и в однотранзисторной, и в схеме Сухова напряжение на капсюле равно всего 0.5...0.6 В. Остальное падает на сопротивлении фантомного питания Rs и на резисторах ПУ. Но и при таком напряжении капсюль работает вполне прилично. У меня даже есть подозрение, что его шумы при этом становятся меньше, несмотря на то, что усиление полевика при этом меньше. Вопрос о шумах электретного капсюля меня мучает до сих пор. Вот посмотри: real64 утверждает, что микросхема MAX9812 оставляет позади все транзисторные схемы. А ведь по даташиту у неё спектральная плотность шумов (только лишь напряжения, без токовых) - 40 нВ/Гц0.5. По современным меркам это безумные шумы (у современных усилителей они могут быть менее 1нВ/Гц0.5). Отсюда я делаю вывод: раз такой шумящий ОУ вполне устраивает по шумам, значит выходные шумы капсюля существенно превосходят 40 нВ/Гц0.5 (только тогда шумы ОУ не повлияют на общий шум) . Но отсюда следует вывод: сделать транзисторную схему с такими шумами не представляет труда. Даже не надо искать особо малошумящие транзисторы. Я, кстати, в посте сделал оценочный расчет шумов капсюля WM-61A исходя из его чувствительности 20 мВ/Па и пороговых акустических шумов - 32 дБ. Поучилось, что шумы капсюля составляют 2*10-5Па*10**(32/20)*20мв/Па=16мкВ. Теперь, если поделить эти шумы на корень из звуковой полосы, то получим среднюю спектральную плотность выходных шумов капсюля: 16мкВ/200000.5 =113 нВ/Гц0.5. Вот поэтому даже MAX9812 с его 40 нВ/Гц0.5 устраивает. Но вот тут, как раз и все мои сомнения. Я просто не верю, что у капсюля такие большие шумы, поэтому и высказал мысль, что на самом деле шумы могут быть и меньше раза в два..три, если повезет с экземпляром капсюля.

  15. Новичок Аватар для real64
    Регистрация
    03.12.2009
    Сообщений
    48

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    semimat, а можно попросить мультисимовский ms14 файлик со схемой, что бы мы рассматривали её в одинаковых условиях.

  16. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    577

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Цитата Сообщение от real64 Посмотреть сообщение
    semimat, а можно попросить мультисимовский ms14 файлик со схемой, что бы мы рассматривали её в одинаковых условиях.
    Вот файл для Мультисима: 2хОС ПУ АЧХ.zip .
    Я его не выложил сразу, поскольку он по объему великоват даже в архиве (я стараюсь не загружать форум данными больших объемов и ужимаю по максимуму все рисунки). В Мультисиме у меня немного другая модель для SK3372, я её создал давно при работе над предусилителем с расширенным динамическим диапазоном. А в Микрокапе я воспользовался файлом Сухова с его моделью для SK3372. Оказалось, что результаты хорошо совпали (в Мультисиме получилось чуть большее усиление).

  17. Новичок Аватар для pips
    Регистрация
    20.08.2017
    Сообщений
    27

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Коль тут пару слов обмолвились про ОУ, интересно а если взять ОУ, то какой есть на рынке с самым низким S/N? Куда смотреть в какую сторону.
    То есть такой ОУ, что-бы и найти (купить) легко было (не раритет который черт знаешь где заказать) и характеристики хорошие.

  18. Старый знакомый
    Автор темы
    Аватар для semimat
    Регистрация
    06.03.2014
    Адрес
    Москва
    Сообщений
    577

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    pips, операционников с малыми шумами сейчас много. Их выбор в данном конкретном случае будет определяться не шумами (поскольку для работы с электретниками типа WM-61А не требуется сверхмалых шумов), а другими требованиями, главным образом, минимальным рабочим напряжением, потребляемым током, допустимым сопротивлением нагрузки и допустимыми искажениями. Если ты остаешься при прежнем желании запитать ПУ от микрофонного входа, то это одно, и для этих целей годится, я думаю, немного операционников. А если решил, что все-таки будешь использовать дополнительное питание от батарейки, то выбор будет гораздо шире. Я сейчас не могу предложить варианты - это надо время для поиска. Но ты определись поточнее, что же ты все-таки хочешь. Вообще, мое мнение, что если допустимы искажения 1...2%, то ПУ на дискретных элементах - это хорошее и доступное решение, особенно, если есть проблемы с приобретением современных импортных радиокомпонентов.

  19. Новичок Аватар для pips
    Регистрация
    20.08.2017
    Сообщений
    27

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Вообще интересует, дабы все это дело запитывалось от питающего напряжения которое выходит со звуковой карты (микрофонный вход), сами понимаете без доп. питания, разного рода батареек которые имеют свойства разряжаться. Конечно можно если уж и питать то как вариант, от usb разъема +5в, но как я чувствую, там с тех +5в будут помехи жуткие.
    Хотя я вот смотрю микрофонный вход звуковой, сам по себе шумный сильно и это мне не нравится очень. Сейчас смотрю а не подключить всё это дело в линейный вход, там хоть шумов нет никаких. И может его собрать с питанием от usb +5в да в линейный вход.

    То есть задача такова, получить звук с капсуля микрофонного при максимально возможном соотношении сигнал/шум (пример: что-бы сам усилительный тракт был порядка -90db а то и лучше, может я сильно загнул палку конечно, но..., что-бы усилитель был как можно без шумным, куда лучше чем сам капсуль и не привносил в сигнал шумов).

  20. Новичок Аватар для real64
    Регистрация
    03.12.2009
    Сообщений
    48

    По умолчанию Re: Предусилители электретных микрофонов c низковольтным фантомным питанием от микрофонных входов со

    Сегодня обмерял с поданными на вход 19 и 1.8 мВ
    Цитата Сообщение от real64 Посмотреть сообщение
    готовый модуль
    https://ru.aliexpress.com/item/MAX98...311.0.0.KQ2SKf
    По звуку, искажениям, шуму ни один из одно-двухтранзисторных и рядом не стоял.
    На выходе соответственно 190 и 18 мВ. Питание 2,5 В(2 батарейки ААА)
    Результаты на приведённом рисунке.
    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	1111.jpg 
Просмотров:	652 
Размер:	384,4 Кб 
ID:	300324
    Последний раз редактировалось real64; 03.09.2017 в 15:13.

Страница 1 из 11 123 ... Последняя

Социальные закладки

Социальные закладки

Ваши права

  • Вы не можете создавать новые темы
  • Вы не можете отвечать в темах
  • Вы не можете прикреплять вложения
  • Вы не можете редактировать свои сообщения
  •