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

[Павлунчик]

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

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



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

Тест в эмуляторе -


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

Тест - коэффициент передачи -



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



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

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



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

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



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



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

[Igor EV]

Навскидку... если вариации R3 не дадут изменений, можно попробовать в разрыв истока полевика включить резистор 10...50кОм (подстроечный), стабилизация, правда, будет похуже,

Нет, дело не в каскаде с полевым транзистором. Я его вообще исключил и заменил постоянным резистором. Изменяя этот резистор от 300 до 500 кОм я не вижу никаких изменений в форме сигнала - положительная полуволна как ограничивалась, так и ограничивается.
Только что проверил: изменение сопротивления резистора, включенного вместо полевого транзистора, в пределах 100-750кОм не меняет форму сигнала.

[Павлунчик]

Нашел один момент, который я не могу объяснить. У схемы #1020 у меня стабильно получается обрезанная верхушка синуса.

Трансформаторная схема - общий эмиттер, "линейное" усиление (ограничение вероятно по питанию) "Дроссельная" - ОБЩАЯ БАЗА.
Посмотрите на форму сигнала, на входе (эмиттере) генераторного транзистора в "базовой" схеме.
Измерьте напряжение на переходе ЭК Q2 (мультиметром) - там в реальности не более 0.4V-0.6V. Режим близкий к ключевому.
На вход (эмиттер) Q1 поступает сигнал "полуволна". И на дросселе его прекрасно видно.
"Сглаживать" бессмысленно - это специфика работы схемы. Именно эти "обратные" импульсы на переходе ЭБ генераторного транзистора смутили на первых порах semimat. Он же не подозревал, что в реальной схеме эти импульсы никогда не достигнут паспортного лимита (даже минимального). Нет, можно постараться и вогнать схему в режим "пробоя перехода" (мечта semimat) но так же можно превысить лимит питания любого транзистора и он может выйти из строя - а здесь лишь повысится и без того ничтожный ток потребления без всяких неприятных последствий для транзистора. Значительное увеличение тока потребления в этом случае - легко регистрируется мультиметром.

[Igor EV]

Павлунчик, ага, понятно. Это значит фича. Спасибо.

Измерил напряжение на ЭК Q2 (полевой транзистор заменил резистором):
R=100К Uэк=0.88В
R=470К Uэк=0.95В

Остается понять, почему у real64 тоже получилось ограничение, но в трансформаторной схеме.
Возможно как-то влияет кол-во витков вторичной обмотки...

[shura1959]

Нет, дело не в каскаде с полевым транзистором.

Хорошо, "навскидку" - не получилось.

Посмотрите на форму сигнала, на входе (эмиттере) генераторного транзистора в "базовой" схеме.
Измерьте напряжение на переходе ЭК Q2 (мультиметром) - там в реальности не более 0.4V-0.6V. Режим близкий к ключевому.

Да, при таких токах потребления, думаю, непросто обеспечить линейность схемы; но если по звуку всё устраивает, может и не стоит "ловить блох".

[Igor EV]

Да, при таких токах потребления, думаю, непросто обеспечить линейность схемы; но если по звуку всё устраивает, может и не стоит "ловить блох".

Конечно не стоит. Просто я удивился, что у real64 ограничение наблюдалось в трансформаторной схеме, а у меня в дроссельной. И что изменение базовых резисторов в очень широких пределах не влияет ни на что, впрочем как и изменение емкостей конденсаторов. Схема получилась самонастраивающаяся

[Павлунчик]

R=100К Uэк=0.88В
R=470К Uэк=0.95В

У меня в полной схеме около 0.5V.

---------- Сообщение добавлено 19:18 ---------- Предыдущее сообщение было 19:13 ----------

Это значит фича

Она самая.
Вики -
Преимущества и недостатки усилителя с общей базой

Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы (коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) незначительно изменяются при изменении температуры окружающей среды, высокое выходное дифференциальное сопротивление.
Полезным свойством схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей паразитная отрицательная обратная связь с коллектора на базу, обусловленная эффектом Миллера, снижающая коэффициент усиления на высоких частотах, так как база транзистора по переменному току «закорочена» на «землю». Поэтому схема с общей базой наиболее высокочастотная среди двух других и часто используется для построения высокочастотных усилителей и генераторов, в том числе в диапазоне СВЧ.

Недостатками схемы являются малое входное дифференциальное сопротивление (недостаток устранён повторителем) и отсутствие усиления по току (оно нам и не надо). И трансы мотать не надо.
Как видите - одни преимущества

---------- Сообщение добавлено 19:46 ---------- Предыдущее сообщение было 19:18 ----------

Да, при таких токах потребления, думаю, непросто обеспечить линейность схемы; но если по звуку всё устраивает, может и не стоит "ловить блох".

Линейность в работе генератора здесь не обязательна, малошумящие микрофоны с преобразователями поляризации на логике яркое тому подтверждение.
Прямоугольный сигнал, "чистый синус", "урезанный сверху" синус, "трапеция" и т.п. здесь не повлияют на результат от слова совсем.
Трансформаторное решение конечно "чище" но опять же - мотать... не получив взамен решительно ничего.

---------- Сообщение добавлено 01.10.2021 в 00:10 ---------- Предыдущее сообщение было 30.09.2021 в 19:46 ----------

из #955 интересный нюанс - база верхнего транзистора (npn) практически "висит в воздухе" в широком диапазоне частот, поскольку к ней подходит лишь резистор в несколько МОм и конденсатор в 1 пФ. Но, опять же, в экранированном корпусе это не имеет какого либо значения.

Заменил нижний 4.7МОм (R1) на 10МОм, а верхний 4.7МОм (R2) на 820кОм.
Ток потребления не изменился (20мкА), стабильность не пострадала, вообще никаких изменений в работе.
Так получше будет с погодой на базе Q2?
Кстати - "обратка" ЭБ генераторного транзистора несколько уменьшилась, стала около 1V ампл. (при мин. запасе 5V) при выходном напряжении -50V.

[real64]

Остается понять, почему у real64 тоже получилось ограничение, но в трансформаторной схеме.
Возможно как-то влияет кол-во витков вторичной обмотки...

Ни фига количество витков не влияет на ограничение. Немного меняется амплитуда. Пробовал ставить разные индуктивности - как по номиналу, так и по конструктиву. Ограничение есть всегда. Наилучший и самый ленивый в плане намотки трансформаторного варианта результат получается с дросселем из маломощной энергосберегайки, вернее из двух. Паяльником секунд 30 прогревается сердечник. После чего его можно разобрать. Выбираются две половинки так, чтобы соединялись без зазора. Впрочем можно использовать как есть. Не на много хуже. Поверх обмотки для трансформаторного варианта наматывается 10-15 витков, в дроссельном собирается как есть. В таком варианте у меня получилось 60 В на 10 МОм нагрузки при токе около 20 мкА. Частота примерно 130 кГц.

[Igor EV]

Ни фига количество витков не влияет на ограничение. Немного меняется амплитуда. Пробовал ставить разные индуктивности - как по номиналу, так и по конструктиву. Ограничение есть всегда.

Я сегодня потестировал еще - в трансформаторной схеме форма сигнала зависит от того, куда ткнуть осциллограф. Наилучшая картинка у меня получается, когда я кладу щуп осциллографа рядом со схемой и смотрю на пределе 20мВ/дел. Любое электрическое подключение дает худшую картинку (и ограничение).
Еще появилась мысль: в трансформаторной схеме коллектор нагружен на катушку индуктивности, которая по постоянному току имеет практически нулевое сопротивление. Возможно из-за этого возникает ограничение.

Наилучший и самый ленивый в плане намотки трансформаторного варианта результат получается с дросселем из маломощной энергосберегайки, вернее из двух.

Так это ж гигантские размеры! Я вот добиваюсь, чтоб плата по высоте была не больше 6мм. Для этого под гантельку собираюсь сделать вырез, чтоб утопить ее на толщину стеклотекстолита.
И у меня наилучшие результаты получаются на гантельках. Пробовал гантельки диаметром 6 и 8 мм. Это касается обеих схем. Для трансформаторной схемы вторичную обмотку я мотаю прямо поверх первичной (а не так, как по канонам). Это дает возможность изменять кол-во витков. На кольцах у меня категорически не получается! Перепробовал несколько дросселей - результаты плохие (это касается обеих схем).

Да, и вот еще что: если нет 100МОм резистора, то базу транзистора в трансформаторной схеме таки лучше подключить через делитель - это позволяет выбрать режим и добиться максимального выходного напряжения при минимальном токе.

А вот в дроссельной схеме похоже вообще ничего не регулируется - полный автомат Единственное, что можно делать - изменять напряжение питания и выбирать дроссели. Но это и хорошо - спаял и работает.

[real64]

Так это ж гигантские размеры!

Ну да есть немного: 12х12х10 - но даже с такими размерами легко помещается в ручку микрофона диаметром 26 мм.

Для трансформаторной схемы вторичную обмотку я мотаю прямо поверх первичной

я тоже

базу транзистора в трансформаторной схеме таки лучше подключить через делитель - это позволяет выбрать режим и добиться максимального выходного напряжения при минимальном токе.

какие то цифры сравнения есть?

[Igor EV]

какие то цифры сравнения есть?

Пока нет, но если надо, могу попробовать сделать. Я думаю, что резистор на 100М - как раз то, что нужно. С меньшим резистором транзистор сильно открывается, и выходное напряжение получается меньше. И ограничение сверху становится более явным. Во всяком случае мне так показалось. Много времени для тестирования у меня не было. Завтра надеюсь потестить еще.

---------- Сообщение добавлено 18:58 ---------- Предыдущее сообщение было 18:56 ----------

но даже с такими размерами легко помещается в ручку микрофона диаметром 26 мм

Я делаю две платы, которые становятся одна над другой. На первой плате схема FIN, а на второй - преобразователь. Под вторую плату места не сильно много, т.к. на первой плате стоят высокие конденсаторы - 2 шт 330мкф x 63В.

[real64]

Пока нет, но если надо, могу попробовать сделать.

Специально не стоит утруждаться.

Под вторую плату места не сильно много, т.к. на первой плате стоят высокие конденсаторы - 2 шт 330мкф x 63В.

А что это за корпус, где так мало места?

[Igor EV]

А что это за корпус, где так мало места?

Да места много. Корпус из китайского BM-800. Он довольно большой.
Дело в другом. Я специально делаю две платы, чтоб если вдруг захочется, можно было что-то менять. Когда всё на одной плате - оно конечно компактно, но при переделке нужно менять всю плату.
Первая плата (с FIN) у меня имеет высоту 23мм (из-за высоких конденсаторов, которые я не захотел ставить горизонтально), а под вторую есть место - 13мм по центру. Т.е. я могу конечно поставить довольно большой Ш-образный дроссель, но не буду, т.к. планирую еще что-нибудь звукопоглощающее вставить, чтоб корпус не звенел.
Кстати, про звукопоглотитель - имеет ли это смысл?

[real64]

По корпусу понял. У меня подобный тоже есть. Из моих - это самый большой. По звукопоглотителю в корпус не заморачивался.

[Igor EV]

Я оказался неправ насчет делителя (в трансформаторной схеме). Сделал еще несколько экспериментов. Чем выше сопротивление базового резистора, тем меньше ограничение синусоиды сверху. Причем с помощью делителя таких результатов достичь не удается. Я не помню, что я делал раньше, что у меня не было ограничения - я не могу повторить результат. Сейчас я добился того, что ограничения почти нет при базовом резисторе 32МОм. Еще больше увеличивать этот резистор не стал - и так хорошо. Кстати, на Али есть резисторы 1206 22М, 33М, 50М, 100М. Кому надо - ищите поиском "резистор 1206 22М". Цена приемлемая.
Еще, чем больше сопротивление базового резистора, тем меньше потребляемый ток и выше выходное напряжение. Но это работает до какого-то предела - если сопротивление выше 20МОм, то разницы уже почти нет.
Короче, окончательные мои результаты такие:
сопротивление резистора, включенного вместо полевого транзистора - 630КОм (специально убрал полевой транзистор для наглядности в тестах)
индуктивность - 3.5mH, гантелька диаметром 6мм (лучший вариант из всех, которые я пробовал)
частота 860кГц
базовый резистор - 32МОм
базовый конденсатор - 1n (пробовал менять - 1n - оптимально)
конденсаторы выпрямителя - 47n
выходное напряжение - 44.5В
потребляемый ток - 34мкА
Всё, думаю больше трансформаторную схему тестировать не буду.

[Павлунчик]

выходное напряжение - 44.5В

Так сколько шло на схему? Вольт?
21.4?
Подайте питание напрямую без 630 кОм. 22V (плавно) . Какое напряжение на выходе получается?

---------- Сообщение добавлено 13:24 ---------- Предыдущее сообщение было 00:10 ----------

в дроссельной схеме похоже вообще ничего не регулируется - полный автомат

Да - повторяемость хорошая, мороки минимум. Дроссель 4700-10000 мкГн можно купить самый дешёвый китайский (размеры дросселя 4700мкГн всего 7x4мм "а-ля МЛТ резистор", потребление может увеличится (а может нет, если дроссель не "китайский") с 20-22 мкА до 32-38мкА, вых. напр. 50-55V). Конденсатор "1пФ" тоже не вопрос - пара диодов в одном "SMD" корпусе BAV170 (+ паразитная ёмкость монтажа) включенных вместо "1пФ" выводами "A1"-"A2" - прекрасно его заменяют. Такие же диоды я применил в выпрямителе (использовав по одному диоду из каждого корпуса), на шуме микрофона сие никак не отражается.



Или можно откусить кусачками кусочек китайской стеклотекстолитовой монтажной панельки с двумя отверстиями со сквозной металлизацией, впаять в них два тонких лужёных медных проводка в качестве отводов импровизированного конденсатора, да и без отводов можно припаять эту халабуду прямо на плату, там и 0.2-0.3пФ "за глаза" даже с применением копеечного китайского дросселя.

Регулирующий элемент (полевик) шумит, как чёрт - настоящий шумовой амплитудный модулятор, надо учесть. Применив дополнительный RC фильтр на выходе 4.7МОм/0.1мкФ мы обеспечили микрофону "бесшумную жизнь" лишь в рабочем диапазоне частот. Ниже по частоте дела на 3-6 дБ хуже. Инфранизкочастотный шум от полевика таки заметен. Моя отлаженная схема FIN несколько "рекордсмен" по шумам и я могу наблюдать, что творится "за горизонтом". Не так уж легко добиться столь низкого шума в других копиях иных схем, в большинстве любительских поделок этот вопрос не актуален. Но не для меня.
Вот такие шаги пришлось сделать для обеспечения малошумящей работы регулирующего элемента (полевик j112, отсечка 2.9V, диоды BAV170, R3 4.7МОм, выходное напряжение 55V)
(Позже оказалось, что диоды 1N4148 прекрасно справляются с задачей, с существенно меньшими потерями + с бОльшим запасом по напряжению).
Заряд выходных конденсаторов теперь не "взрывоподобный", а плавный. Ток в начале заряда не максимальный, а минимальный.
Q1 и Q2 желательно заменить на 2N5401 и 2N5551, а С1 увеличить до 0.1мкФ.



Предыдущий вариант -

https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2955632

[Igor EV]

Подайте питание напрямую без 630 кОм. 22V (плавно) . Какое напряжение на выходе получается?

Вот табличка:

Uпит, В	Uвых, В
16	32.63
18	36.75
20	40.9
22	45.1

Т.е. получается напряжение на выходе больше питающего в 2.04-2.05 раза.
На всякий случай: это для трансформаторной схемы.

Конденсатор "1пФ" тоже не вопрос - пара диодов в одном "SMD" корпусе...

Да это вообще не проблема. Есть в продаже SMD-конденсаторы. А у многих в старых запасах есть еще советские.

Offтопик:
Лично для меня проблема - хорошие пленочные малогабаритные конденсаторы емкостью до 1000пФ. Не понимаю, какая сложность их сделать. В продаже есть емкостью только от 1000пФ, а также высоковольтные.

[Гоша]

Регулирующий элемент (полевик) шумит, как чёрт

Это неправда.
Вклад ПТ в шум минимален, он хорошо отфильтрован.
Основной вклад в шумы вносит R6 (ожидаемо), и - опаньки - диоды выпрямителя-умножителя.
Вот практически полная раскладка по шумам в схеме из #1115.
Общий шум на самом выходе, после фильтра 87 нВ.
Шум R6 84,9 нВ.
Шум D1 12,6 нВ, D2 13,7 нВ.
Биполярные транзисторы шумят на 2 порядка меньше, полевой - на 4 порядка.
Особенно хорошо виден шум диодов, если R6 установить нешумящий - есть в LTSpice такой финт.
Иллюстрация:

[Павлунчик]

Это неправда.
Вклад ПТ в шум минимален, он хорошо отфильтрован.

Ну модулирует шумом питание генератора.
Шунтирование затвора значительно снизило модуляцию сигнала шумом.
Что затвор-исток шунтировать, что затвор-масса.
Если шунтировать затвор-исток - напряжение на выходе не успевает "регулироваться" после подачи питания и улетает кратковременно к 70V.

---------- Сообщение добавлено 18:22 ---------- Предыдущее сообщение было 17:53 ----------

Да это вообще не проблема. Есть в продаже SMD-конденсаторы. А у многих в старых запасах есть еще советские.

У меня без конденсатора..., просто "заветные точки" расположены рядом на платке, правда монтажная панель со сквозной металлизацией и проще получить достаточную паразитную ёмкость. Здесь ориентироваться можно по напряжению питания. Генератор заводится с паразитной ёмкостью 0.2пФ - с 3/3.5V. Если генератор заводится с 1.1V - ёмкость обратной связи излишняя. Сейчас проверил с хорошим дросселем - заводится и с 1.3V - так что паразитная ёмкость рулит
Если применять генератор только со схемой FIN то можно упростить решение -

Ток потребления 25 мкА, его можно уменьшить на 2.2мкА увеличив R1 до 20МОм, напряжение питания генератора тут в два раза выше. Дроссель тот же из видеомагнитофона ВМ-12), питание FINовское 44-46V. При питании 44V на выходе (нагрузка 10МОм, мультиметр) - 51.6V. В этой схеме у меня применена, в качестве конденсатора обратной связи - паразитная ёмкость монтажа. Поближе расположил "заветные точки" да и всё. 2N5401 со статическим 130 (вполне хватило), низковольтный транзистор тут применять ни-ни, пробой сходу (хотя из строя не выйдет), диод тоже брать с запасом... . "Обратных" импульсов на переходе "ЭБ" генераторного транзистора тут совсем "кот наплакал", десятые доли вольта.Термостабильность просто отличная.

FINПП -



-------------------------------------

При увеличении ёмкости в обратной связи (0.2пФ) в ПЯТЬ раз - ток потребления увеличивается с 25мкА до 26мкА, а выходное напряжение изменяется на 0.06 Вольта. 0.06V.
На выходе обязательный дополнительный RC фильтр 4.7МОм/0.1мкФ.

[Гоша]

Шунтирование затвора значительно снизило модуляцию сигнала шумом.
Что затвор-исток шунтировать, что затвор-масса.

Только не шумом, а недофильтрованной частотой генератора. Да и фиг бы с ней.
Вообще-то так не делают.
Нельзя вносить коррекцию на замедление в цепь ООС. Это в лучшем случае приведет к перерегулированию, что мы и наблюдаем в виде выброса выходного напряжения.
В худшем - система потеряет устойчивость.
Изменение емкости С4 с 1 пФ до 0,1 мкФ приводит к уменьшению шума на выходе фильтра аж на 0,06 нВ.
То же самое происходит, если заменить полевик просто перемычкой.
Единственный способ существенно изменить уровень выходного шума - уменьшать значение R6 при одновременном увеличении С8.
При R6C8 5 МОм 0,1 мкФ выходной шум 87 нВ.
При R6C8 500 кОм 1 мкФ шум 22 нВ.

[Павлунчик]

Вообще-то так не делают.
Нельзя вносить коррекцию на замедление в цепь ООС. Это в лучшем случае приведет к перерегулированию, что мы и наблюдаем в виде выброса выходного напряжения.
В худшем - система потеряет устойчивость.

Не потеряла устойчивость. Напротив - на резкие броски по питанию система отзывается очень плавной автоматической подстройкой выходного напряжения. Вы же видите - затвор "ЗАЗЕМЛЁН" через достаточно большую ёмкость. На истоке, по переменке, фактически повторяется "спокойствие земли"

---------- Сообщение добавлено 10:38 ---------- Предыдущее сообщение было 10:27 ----------

Единственный способ существенно изменить уровень выходного шума - уменьшать значение R6 при одновременном увеличении С8.

Увеличив C8 в три раза - я наблюдал уменьшение шума на инфранизких частотах но он всё же не "сравнялся" с уровнем шума "микрофона". А здесь увидел разительный эффект без увеличения ёмкости С8.