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.

[Павлунчик]

то всё равно, искажения надо сравнивать при входном 1В rms.

Динамические микрофоны имеют чувствительность (в среднем) в 10 раз меньше, чем конденсаторные.
Ленточные - до 20 раз меньше.
Бустеры для динамических микрофонов в основном нужны простым обывателям почитать реп, записать аудиокнигу и т.п. Для студии, где пишутся мощные голоса - это совершенно не надо.
Даже такой тестовый уровень - и то много

---------- Сообщение добавлено 01:38 ---------- Предыдущее сообщение было 01:27 ----------

Мне только кажется что это не совсем дифференциальный бустер, поскольку у него усиление по синфазному сигналу и по дифференциальному различаются не так сильно, как это бывает у дифференциальных входов (у них подавление может составлять 60...80 дБ). То есть, эта твоя схема, так сказать, "делегирует" реальное подавление синфазной помехи следующему устройству. Она больше похожа на два раздельных усилителя, имеющих для целей экономии несколько общих деталей. По шумам она будет, как я думаю, нормальной, поскольку такое построение усилителя (как отдельного плеча) уже применялось, только ты усилил его заменой одного транзистора на дарлингтон-пару.

Да, это понятно. Я и назвал "симметричный". Подавление синфазки тут конечно будет зависеть от последующего дифференциального усилителя.
А комбинашка "Шиклай-Дарлингтон" действительно не привносит доп. шум относительно голого Шиклая но тут усиление в десятки раз. Надо будет испытать...

---------- Сообщение добавлено 02:09 ---------- Предыдущее сообщение было 01:38 ----------

искажения надо сравнивать при входном 1В rms.

Рассмотрим жуткий оглушающий крик обывателя перед ленточным микрофоном. Не реальная ситуация -


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

Большое усиление (50-100 раз) безукоризненно реализуется, при выходной амплитуде, в среднем, не более 1500 мВ.
Усиление 70 раз -



R10 я чуть увеличил чтобы постоянное напряжение на выходе не опускалось ниже 21 В (ранее обсуждали почему это необходимо делать).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Усиление 120 раз -



---------------------------
И, да - смещение на входах можно реализовывать по разному.
---------------------------

Не отходя от кассы - обычный Шиклай -



Кому-то и этого будет вполне достаточно.
----------------------------

Самый популярный в мире бустер -

[Гоша]

Что касается шумовых свойств бустера из поста #799.
Для начала надо определить, что имеется существенная разница в работе схемы при дифференциальном и недифференциальном источнике сигнала.
Коэффициенты усиления будут различаться ровно в 2 раза.
Поэтому будем считать условием равнозначности измерений получение напряжения, равного Uвх*Кус = 1В между выходами COLD и HOT.
Кус соответственно 50 и 100.
Шум буду указывать приведенным ко входу.
Для начала для дифференциального источника сигнала, безотносительно каким образом он получен в динамическом микрофоне.
Кус=50.
Симуляция дает результат 0,24 мкВ RMS в диапазоне 20-20К.
Для динамического микрофона чувствительностью -60 дБ (1 мВ/Па) невзвешенное соотношение с/ш при этом составляет 72 дБ.
Весьма неплохо.
Но для ленточного микрофона с чувствительностью 0.05 мв/Па это чересчур, отношение с/ш составит чуть больше 46 дБ.
Правда, я не встречал ленточных микрофонов с такой низкой чувствительностью, обычно ее приводят хотя-бы к 1 мВ/Па внутренним трансформатором.
Для недифференциального включения все ожидаемо хуже.
Кус=100.
Приведенный ко входу невзвешенный RMS шума составляет 0.44 мкВ.
С/Ш для динамического микрофона составит 67 дБ - неплохо.
А для ленточного 40 дБ - не годится.
Основными источниками шума являются транзисторы Q2 и Q5 (больше половины суммарного шума) и R3 и R13 (20% общего шума).
Высокое входное сопротивление, обусловленное резисторами R17, R18 1 МОм имеет оборотную сторону.
При увеличении выходного сопротивления источника сигнала начинает расти вклад шумов этих резисторов в общий шум.
Например, при увеличении Rвых источника сигнала от 0 до 10 кОм вклад шума этих резисторов возрастает в 85 раз и превышает вклад в шум резисторов R3 и R13.
В целом схема имеет высокую линейность (что не удивительно), неплохую термостабильность (что неплохо).
Из недостатков надо отметить малый ток коллектора Q2, Q5 (~60 мкА), что накладывает определенные ограничения на выбор типа этих транзисторов.
Уменьшением номиналов резисторов R3, R13 до 5 кОм, резисторов R1, R14 до 1к5 при соответствующей корректировке режимов по постоянному току резистором R10 позволит увеличить ток коллектора Q2 Q5 до 120 мкА, что упростит выбор типа этих транзисторов и уменьшит общий шум в 1,4 раза.

[Павлунчик]

Но для ленточного микрофона с чувствительностью 0.05 мв/Па это чересчур, отношение с/ш составит чуть больше 46 дБ.

"Среднемировая" чувствительность обычных популярных динамических микрофонов - 2.8-3мВ RMS /Па.
Ленточных 1.6 мВ RMS/Па.

[Гоша]

Ленточные - до 20 раз меньше.

Видимо, я что-то не так понял.
"Мои" теоретические микрофоны чуть не дотягивают до "среднемировых".
Значит, "среднемировые" микрофоны будут обеспечивать лучшее соотношение С/Ш чем "мои".
На свойства усилителя это не влияет.
Если, конечно, ленточный микрофон не содержит активной схемы, питающейся от фантома. Тогда бустер в таком виде неприменим и не нужен.
Кстати, в бустере с простым Шиклаи тоже неплохо уменьшить номиналы эмиттерных резисторов R1 и R14.

[Павлунчик]

Уменьшением номиналов резисторов R3, R13 до 5 кОм, резисторов R1, R14 до 1к5 при соответствующей корректировке режимов по постоянному току резистором R10 позволит увеличить ток коллектора Q2 Q5 до 120 мкА, что упростит выбор типа этих транзисторов и уменьшит общий шум в 1,4 раза.

Отлично.
0 дБ на выходе, при любых требуемых усилениях в известных рамках. Меньше выходная амплитуда - быстрее работает схема.
Остальное незначительное усиление уже от карты.

[Гоша]

В общем то практически то-же самое реализуется в "обычном" Шиклаи из #801, если уменьшить R1 R14 до 2к2, R17, R18 до 100к, R10 до 470к.
Шум уменьшается в 1,6 раза, при несколько большем КНИ (0.002%).

[Павлунчик]

Кстати, в бустере с простым Шиклаи тоже неплохо уменьшить номиналы эмиттерных резисторов R1 и R14.

Да но "комбинашка" пока выглядит лучше.





---------- Сообщение добавлено 18:47 ---------- Предыдущее сообщение было 18:32 ----------

Шум уменьшается в 1,6 раза, при несколько большем КНИ (0.002%).

Что Вы, тут относительная катастрофа (и на 100кГц 0.135% против 0.005%) -

[Гоша]

LTSpice никакой катастрофы не кажет.
Ни на 1к, ни на 20к ни на 100к.
Максимальный шаг интегрирования нужно выбирать правильно.

[Павлунчик]

LTSpice никакой катастрофы не кажет.
Ни на 1к, ни на 20к ни на 100к.
Максимальный шаг интегрирования нужно выбирать правильно.

Ну "конечно"!, при всех прочих равных разница налицо, а у нас "выбор интегрирования".

[Гоша]

а у нас "выбор интегрирования".

Естественно
И не выбор интегрирования - везде интегрирование модифицированной трапецией.
А выбор максимального шага интегрирования.
Я могу рассказать, что и почему, но это будет злостный оффтоп.
Измерять тонкую вещь, такую как КНИ, при частотах, различающихся на 2 порядка, с шагом интегрирования, выбранным симулятором автоматически по времени симуляции, нельзя.
Симулятор - всего лишь инструмент. Его нужно правильно использовать.
Никому ведь в голову не придет закручивать винты со шлицем PH3 отверткой PH1.

[Павлунчик]

Естественно
И не выбор интегрирования - везде интегрирование модифицированной трапецией.
А выбор максимального шага интегрирования.
Я могу рассказать, что и почему, но это будет злостный оффтоп.
Измерять тонкую вещь, такую как КНИ, при частотах, различающихся на 2 порядка, с шагом интегрирования, выбранным симулятором автоматически по времени симуляции, нельзя.
Симулятор - всего лишь инструмент. Его нужно правильно использовать.
Никому ведь в голову не придет закручивать винты со шлицем PH3 отверткой PH1.

"А белое - это чёрное".
Я Вас понял.

[Гоша]

Я Вас понял.

Ничего Вы не поняли.
Вернее, не хотите понимать.
Вот от такого непонимания и рождаются нездоровые сенсации о том, что симуляторы всё врут.
А на самом деле врут те, которые не умеют ими пользоваться.
Ну или заблуждаются.
Пример промаха в вычислении КНИ на картинке.
Это просто источник синусоидального напряжения 100 кГц. Никаких иных элементов схема не содержит.
Фрагмент осциллограммы.
Симуляция проведена два раза.
Первый раз с шагом, выбранным симулятором автоматически.
Второй раз с ограничением максимального шага интегрирования 0.1 мкс.
Результат очевиден.
Погрешность квантования называется.

[real64]

Я делал вот так.

[Павлунчик]

Я делал вот так.

Замечательно.
Попросите нашего лучшего специалиста по шумам и искажениям прокомментировать содеянное.
Может Вас он пощадит.

[real64]

Не меня, схему . Лично на себя ничего брать не надо - никакого здоровья не хватит.
За объективную, и тем более аргументируемую оценку, какой бы она не была, (а если еще и с разбором полетов ), я буду только благодарен. На то он и форум, чтобы разбираться совместно.

[Гоша]

По шуму схема #815 (Шиклаи с источником тока) хуже, чем обычный Шиклаи #801 с номиналами резисторов из #807.
0,35 мкВ против 0,27 мкВ RMS приведенного ко входу шума.
Усиление устанавливал одинаковое и там и там - 100.

[Павлунчик]

Не меня, схему . Лично на себя ничего брать не надо - никакого здоровья не хватит.
За объективную, и тем более аргументируемую оценку, какой бы она не была, (а если еще и с разбором полетов ), я буду только благодарен. На то он и форум, чтобы разбираться совместно.

Ваша -


Моя -


Обе схемы на одинаковом усилении (более 100), обе схемы с нагрузкой 5.6 кОм. Входные конденсаторы везде заменены на 1 мкФ, а резисторы смещения у себя заменил на 100 кОм.

Как же Мы с Вами будем совместно разбираться, если Вы не знаете, как расценивает музыкальный слух -37 градусов на ВЧ относительно 0, -1?
Для Вас это просто ничего не значащий факт.
Усиление довольно ощутимо изменяется, при изменении нагрузки (Вы ответите "можно всегда подкрутить").
Ну завальчик на 20 кГц, при сигнале 7/750 мВ RMS - аж 2.5 дБ. В моём варианте до 100 кГц и выше - горизонт.
Вы делаете исходя из своих соображений - я делаю исходя из соображений творческой музыкальной братии.
Отлично у Вас получилось. Не имею возражений. По шуму надо уточнять практически. Это непросто.
-------------
У моего варианта минимальное усиление --1--.
У Вашего от 2 до 6! В зависимости от нагрузки.

[real64]

К этому приводит повышенное выходное сопротивление схемы с общим эмиттером. Схему в топку.
А у Вас получилось здорово . В железе так же?

[Tuvalu]

При увеличении выходного сопротивления источника сигнала начинает расти вклад шумов этих резисторов в общий шум.
Например, при увеличении Rвых источника сигнала от 0 до 10 кОм вклад шума этих резисторов возрастает в 85 раз и превышает вклад в шум резисторов R3 и R13.

Ошибочный вывод. То, что вы описали - это проявление токового шума вх. транзисторов. Протекая через Rисточника, он создаёт на нём (дополнительное) шумовое напряжение. При чём здесь 1 МОм, они же на порядки больше, чем Rисточника (которое "от 0 до 10 кОм") и шунтируются им.
Это последовательные с источником резисторы с увеличением их сопротвления ухудшают С/Ш. Но в том случае, если R становится соизмеримым или больше, чем Rист.
С параллельными R (как в данном случае) ситуация обратна - чем они меньше, тем больше шум. Но тоже при сравнимых с Rист или меньших сопротивлениях. Вспомните капсюль конденсаторного мика, где растёт шум? Правильно, там где этот (параллельный) R становится соизмеримым или меньше, чем импеданс капсюля - на НЧ, то есть.

Зная это, дальше просто оптимизируйте ток коллектора под данное (ожидаемое) Rисточника - так получите минимум шумов.

---------- Сообщение добавлено 14:00 ---------- Предыдущее сообщение было 13:46 ----------

Вот от такого непонимания и рождаются нездоровые сенсации о том, что симуляторы всё врут.
А на самом деле врут те, которые не умеют ими пользоваться.
Ну или заблуждаются.

А я-то думаю, чего это Павлунчик в моей схеме намерил искажений раз в 30-50 больше, чем их там есть на самом деле...

[Павлунчик]

А я-то думаю, чего это Павлунчик в моей схеме намерил искажений раз в 30-50 больше, чем их там есть на самом деле...

Ну-ну... "Пять на два не делится..."