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]

Нет, я не о том. Просто гляньте, если нетрудно, в симуляторе в своей схеме в разных точках - нет ли там странных частот. Просто интересно, это симулятор выделывается, или эти частоты реально присутствуют.
Ну или выложите файл с симуляцией, я сам могу проверить. Как я понял, осциллографом там проверить невозможно, вероятно из-за слишком маленьких токов.

Выделывается. То 1 МГц покажет (частота работы генератора в симуляторе), то 150 кГц, то 20 кГц. Прыгают показания.
Две трети времени показывает около 1 МГц. Ни к чему эти данные.

[Igor EV]

Павлунчик, понятно, спасибо.

[Lenivo]

Не могли бы вы выложить актуальную схему проекта. Стабильную версию. Так называемую -Bugfix. Если можно с рекомендациями по капсюлям и по внешней звуковой плате (или базовым параметрам). У меня есть в заначке несколько конденсаторных капсюлей, плюс есть желание переделать парочку ранних микрофонов и плюс заказал тут пару капсюлей ещё для экспериментов. ... Будет ли схема работать с капсюлями от проф измерительных микрофонов - мембраной из никеля и более высоким напряжением поляризации? По предыдущим попыткам 48 вольт для них мало - от 75 вольт уже работают как то, но лучше 100-140 вольт....Пробовали ли полдюймовые капсюля Октавы на вашей схеме?

Есть ли печатная плата?

Собранные несколько схем с транзисторным предусилителем проигрывали ламповому микрофонному преду на 6н16б (аналог 6н1п) где второй триод включен катодным повторителем...Пробовал стандартную транзисторную схему Октавы, британскую схему "Шок -Октава, Китайские стандартные схемы и апгреженную китайскую схему.....Ламповых схем сделал несколько вариантов на пяти разных лампах..... Делал схемы с разделительным конденсатором и на выходном трансформаторе..... Была попытка на миросхемах сделать..... одну схему сделал и.... потом её разобрал... не пошла... по концепции блоков питания...Есть немецкие RFT, B&K, Октава, американский капсюль и несколько китайских капсюлей.... Есть пара винтажных иностранных.... вроде немецких но не ноятно какие.и их работоспособность непонятна... это по конденсаторным капсюлям...... а так есть куча винтажных динамических микрофонов.......... но эти просто пока лежат..... Развлекаюсь около пяти лет - чисто как хобби.

Вот очень интересный британский сайт по микрофонам - там схемы есть для апгрейда разных микрофонов и музей по разным винтажным моделям

http://russelltechnologies.co.uk/microphones.html

Там же есть две схемы для генератора поляризационного напряжения с печатными платами

http://russelltechnologies.co.uk/rt-gb01.html

Американский сайт по апгрейдам микрофонов - по китам, по капсюлям и по корпусам для микрофонов и по готовым микрофонам.
https://microphone-parts.com/collections/mod-kits

[Igor EV]

Не могли бы вы выложить актуальную схему проекта.

Так схемы выложены в первом сообщении темы. Все они актуальны и работоспособны.
А что касается фантомного питания, то тут в этой теме было много вариантов на выбор.

[semimat]

semimat
1) У меня нет резисторов 100М. И есть всего один резистор на 22М. Т.е. мне будет очень проблематично повторить схему.
Можно ли как-то сделать резистор R1 сопротивлением хотя бы 4.7М?
2) При малой емкости C4 генератор долго входит в режим - большую емкость C5 нужно долго заряжать. К тому же C5 хорошо бы увеличить в 10 раз.
3) Резистор R3 я не могу поставить 100-мегомный (см. п.1).

Я просто взял номиналы с целью минимизации тока потребления и с учетом того, что если уж покупать резисторы 100 МОм, то это лучше сделать мелким оптом - штук 50...100. Тогда их можно будет "тыкать" везде без оглядки. Конечно, если пока таких резисторов нет, то при меньшем резисторе схема заработает еще "уверенней", только потреблять станет больше.

Немного изменил Вашу схему, и у меня получилось так:...

Можно, конечно, и так. Но я бы не стал городить сложный делитель, а просто на первых порах заменил бы 100 МОмный резистор тремя последовательными резисторами 4,7 МОм, которые образуют делитель. Такой вариант, как мне кажется, при этих номиналах будет лучше.

Пока вижу только один недостаток - преобразователь очень долго входит в режим. Нельзя ли это поправить? Моей соображалки на это не хватает.

Вообще, при тех номиналах, которые взял я, схема выходит на режим через 2 секунды времени, которое "бежит" в правом нижнем углу симулятора при работе. Это время будет в реальной схеме. Мой компьютер слабый, поэтому чтобы отсимулировать эти 2 секунды надо более десяти минут ожидания (сходить попить чаю). Но чтобы отсимулировать те же две секунды схемы Павлунчика, моему компу требуется минут сорок. Но это необходимо, чтобы "дождаться" выхода на установившийся режим и увидеть итоговый ток потребления.

После симуляции у меня возникли еще вопросы:
4) Не пробьет ли транзистор Q2 высоким напряжением? Либо я что-то не понимаю. Гляньте на мой нижний вольтметр - там Vp-p=47.3V
5) Что означает V(freq) = 7.27kHz на верхнем вольтметре?

Транзистор должен держать такое напряжение. В схеме Павлунчика оно примерно такое же.
Что касается странной частоты V(freq) = 7.27kHz, то Павлунчик уже практически ответил на вопрос. Скорее всего - это просто шумовой процесс, частоту которого симулятор пытается формально оценить. Почему шумовой процесс такой большой? Это интересный вопрос. Я на него не могу дать уверенный ответ. Первое, что приходит на ум - это то, что в цепи обратной связи полевика и в базе биполярника стоят высокоомные резисторы. Они сами по себе дают огромный низкочастотный шум на затворе полевика и в базе биполярника, что и должно выразиться в образовании большого низкочастотного шумового сигнала в измеряемой точке соединения истока полевика с эмиттером биполярника. Надо реально исследовать, как этот шум может влиять на выходное напряжение преобразователя. Предсказать я здесь ничего не могу.

P.S. Ускорить работу симулятора для приведенной мной модели можно, изменив в настройках интерактивного симулирования шаг симуляции с 1е-006 секунды на "определяемый автоматически". Тогда программа сделает его больше и, соответственно, заработает быстрее.

[Павлунчик]

Тем не менее, у классической схемы остается преимущество в меньшем количестве деталей, отсутствии микроемкости в цепи обратной связи и отсутствии обратного открывания эмиттерного перехода генерирующего транзистора.

Попутал. С трансформаторной связью тот же эффект - в начале заряда ток большой - в конце заряда минимальный.
Так объясните в чём "ужас" в присутствии "обратного открывания эмиттерного перехода генерирующего транзистора"?

[Igor EV]

semimat, спасибо за ответы! Особенно за этот:

Вообще, при тех номиналах, которые взял я, схема выходит на режим через 2 секунды времени, которое "бежит" в правом нижнем углу симулятора при работе.

Я с симулятором пока не "на ты", даже не догадался, что реальное время где-то отображается.

Насчет резисторов согласен. Можно, кстати, несколько 10-мегаомных соединить последовательно.
Добавил на выход вольтметр. У меня симулятор показывает пульсации до 30мВ. Добавил на выход RC-цепочку (4.7М+0.1мкФ) - пульсации стали (через 5 сек. симуляции) Vp-p меньше 100мкВ и продолжают падать.
Постараюсь на днях спаять на макетке и проверить в реале. Надеюсь найду время.

[Павлунчик]

Надо реально исследовать, как этот шум может влиять на выходное напряжение преобразователя. Предсказать я здесь ничего не могу.

Бестрансформаторное решение - никаких проблем с шумом.
Трансформаторное решение должно быть не хуже. А лучше то и не требуется.

[real64]

Спаял трансформаторный вариант генератора. Намеренно не заморачивался с монтажем. Использовал транзистор BC 557 c ку примерно 340. Индуктивность как и Игорь намотал на гантельке до заполнения, с отводом у холодного конца (примерно 8-10 витков при 3 ток потребления выше, возможно эти 8 витков надо ещё увеличивать) провод немного толще, за счет этого получил примерно 9 мГн. Базовый резистор 10 МОм. Конденсатор параллельно индуктивности не ставил. Частота генерации около 470 кГц. Генератор запитан от фантомного источника 48 В через резистор 580 кОм. На эмиттер приходит 22,6 В, Соответственно ток получается примерно 44 мкА. На выходе синус с немного обрезанной верхушкой примерно 49 В п.п. Подключен осциллограф с входным сопротивлением 10 МОм.

[semimat]

Так объясните в чём "ужас" в присутствии "обратного открывания эмиттерного перехода генерирующего транзистора"?

Конечно же, ничего страшного. Эмиттерные переходы этих транзисторов любители используют как стабилитроны. Поэтому я и написал, что транзисторы не "умрут", но схема может быть труднее повторяемой. Это, конечно, легко решается настройкой. Но в промышленных разработках это бы сочли "вольностью", поскольку паспортные данные на транзисторы указывают на предельно допустимое обратное напряжение б-э, которое для этих типов транзисторов составляет 5...6В. Я, кстати, пробовал поставить встречный диод меду базами транзисторов для исключения обраного тока через переходы и получил увеличение токопотребления. Поэтому тем и интересней любительские конструкции, что здесь можно нарушить каноны и добиться хорошего результата.
Поэтому повторюсь, что транзисторная схема преобразователя Павлунчика из поста #955 по совокупности параметров на данный момент является самой лучшей.

[Павлунчик]

Конечно же, ничего страшного. Эмиттерные переходы этих транзисторов любители используют как стабилитроны. Поэтому я и написал, что транзисторы не "умрут", но схема может быть труднее повторяемой. Это, конечно, легко решается настройкой. Но в промышленных разработках это бы сочли "вольностью", поскольку паспортные данные на транзисторы указывают на предельно допустимое обратное напряжение б-э, которое для этих типов транзисторов составляет 5...6В. Я, кстати, пробовал поставить встречный диод меду базами транзисторов для исключения обраного тока через переходы и получил увеличение токопотребления. Поэтому тем и интересней любительские конструкции, что здесь можно нарушить каноны и добиться хорошего результата.

"Базовая" схема более чем легко повторяемая. Обеспечивает решение задачи на все сто.
-----------------------------------------------
Вместо smd транзистора придётся колдовать не только с первичной но и со вторичной обмоткой. Определять полярность подключения, подбирать провод, витки, клеить или вязать всё это на дроссель (какой?) и "сэкономим", только подумать - почти невидимые 1пФ и 4.7МОм.
Как я могу советовать такое простым любителям желающим получить гарантированный результат?
Не считая иных возможных просчётов - половина из Них подключат "трансформатор" выводами наоборот и схема будет молчать.
Это только нам кажется, что "всё так просто" и можно "тут урезать, там попыхтеть, здесь подобрать".

---------- Сообщение добавлено 03:15 ---------- Предыдущее сообщение было 02:03 ----------

И еще я не нашел нормального способа смотреть, что делается на выходе генератора (на правом выводе C6). Когда я тыкаю туда осциллограф, он влияет на работу схемы, даже когда использую щуп 10:1.

Сейчас взял стандартный китайский щуп, установил 1МОм и посмотрел сигнал на горячем конце дросселя. Вместо настроенных 50.1V на выходе напряжение упало до 48.3V, форма сигнала несколько сгладилась (относительно поднесения щупа к дросселю). Частота в два раза снизилась. Примерно с 550 до 270 кГц.
Переключил щуп на 10МОм, ткнул на дроссель - на выходе напряжение упало до 50.03V. Частота снизилась примерно до 400 кГц, форма сигнала изменилась совсем незначительно. Теперь уже придётся добавлять - "Базовая" схема ВП Встроенная (навесом) в микрофон.

[Гоша]

Скорее всего - это просто шумовой процесс, частоту которого симулятор пытается формально оценить. Почему шумовой процесс такой большой? Это интересный вопрос. Я на него не могу дать уверенный ответ. Первое, что приходит на ум - это то, что в цепи обратной связи полевика и в базе биполярника стоят высокоомные резисторы. Они сами по себе дают огромный низкочастотный шум на затворе полевика и в базе биполярника, что и должно выразиться в образовании большого низкочастотного шумового сигнала в измеряемой точке соединения истока полевика с эмиттером биполярника.

Эт вряд ли.
Хотя бы потому, что при транзиентном анализе в схеме просто отсутствуют какие-либо источники шума, будь то шумы транзисторов или резисторов.
Причина "шумового артефакта" в другом, а именно в большом шаге интегрирования по времени, соразмерном с периодом частоты генератора. Это шум квантования по времени.
Кстати, этот "шум" прекрасно виден и в выходном напряжении после фильтра (до фильтра он просто маскируется пульсациями на частоте генератора.
Единственный способ избавиться от артефакта - уменьшать шаг интегрирования.
Например, при шаге интегрирования 1 мкс, "шум" на выходе фильтра достигает 3 мВ от пика к пику. При шаге интегрирования 100 нс шум уже 500 мкВ, а при 10 нс шум не просматривается.
Уменьшение шага интегрирования, конечно, катастрофически увеличивает время счета программы.
Так что, чтобы не заморачиваться, на этот артефакт можно просто забить. По факту нет там никакого особого шума.
Ну или ждать, пока схема посчитается на малом шаге интегрирования.
Вообще, такие схемы, в которых постоянные времени разных фрагментов сильно отличаются - а в рассматриваемой схеме есть постоянные времени от 7 мкс до единиц секунд - очень сложны для математического моделирования и компьютерного обсчета. Они даже получили специальное название - плохо определенные системы.

[Павлунчик]

Поэтому я и написал, что транзисторы не "умрут", но схема может быть труднее повторяемой. Это, конечно, легко решается настройкой.

В реальной схеме, в двух вариантах исполнения, плотный монтаж, неплотный монтаж, с другими подобными элементами - генераторные транзисторы отлично работают в рамках паспорта (обратное напряжение ЭБ), лишних "настроек" не требуется. Чрезмерно задирая ёмкость С3 до 2-3-5 пФ можно добиться превышения допустимого обратного напряжения ЭБ, что НЕПРЕМЕННО отражается на токе потребления но - КОМУ ЭТО НАДО? Вам? Чтобы тактично обвинить это решение в "червивости" на фоне мороки с трансформатором? Real64 ставил 2пФ - 100%-200% сверху от достаточного и никаких проблем не заметил (Хотя я просил Его этого не делать). "Решается настройкой"
"Преимущество трансформаторного решения по сравнению с бестрансформаторным в том, что генераторные транзисторы в этих разных решениях работают в рамках паспорта". Надо же такое заявить

[Igor EV]

В защиту "Базовой схемы ВП" скажу, что я пробовал вместо конденсатора 1пФ разные емкости - от 0.5пФ до 10пФ. И схема работает. Я остановился на 0.7пФ, поскольку это оказался конденсатор, емкость которого максимально близка к 1пФ. К тому же мне нечем точно измерить такую маленькую емкость. Конденсаторы я использовал дисковые. Диск диаметром примерно 2.5-3мм. Вероятно в реальной конструкции надо будет подобрать конденсатор получше (благо у меня их пару сотен), но это нудное дело (поскольку конденсаторы не маркированы, и их емкость от 0.5пФ до 30пФ).

Сегодня попробовал намотать еще один дроссель на гантельке диаметром 6мм. Максимальная индуктивность, которую я смог получить - 3.5mH. Видимо тот дроссель, который я мотал раньше (у которого индуктивность 12.6mH) я мотал на гантельке с высокой магнитной проницаемостью. Оказалось, что таких гантелек у меня больше нет Так что эксперименты позже буду проводить с теми дросселями, что есть (у меня их уже штук 10). Еще у меня есть гантельки диаметром 8мм. Вот на них точно можно получить большую индуктивность. Попробую тоже.

[real64]

Схема с АРУ хорошо. Высокоомный резистор плохо. А если обойтись вообще без АРУ? Нет, никаких посторонних делителей и стабилизаторов (это пока не поступило замечания о нестабильности напряжения на выходе ) использовать не будем, воспользуемся тем что в схеме FIN есть внешний делитель для смещения затвора полевика. Дисклеймер (отмазка по нашему) - прошу пока к элементам и номиналам не придираться - это только концепция. Бездоказательные утверждения о нестабильности выходного напряжения без АРУ тоже не принимаются.

[Павлунчик]

воспользуемся тем что в схеме FIN есть внешний делитель для смещения затвора полевика.

Тоже идея.
И заманчивая кстати.
Будем думать...

[real64]

Биполярный Q3 лучше заменить на полевик. И при необходимости ветку смещения легко застабилизировать без увеличения протекающего тока.

[Павлунчик]

И при необходимости ветку смещения легко застабилизировать без увеличения протекающего тока.

Нет необходимости. Максимальный разброс напряжения поляризации (между мало-мальски нормальными звуковыми картами) получится +2, -2V. К примеру 58V и 62V. Не критично для звучания капсюля. ВременнАя стабильность выходного напряжения для каждой конкретной карты будет очень высокой.
У нас же всего удвоитель с хвостиком.

[Igor EV]

Схема с АРУ хорошо. Высокоомный резистор плохо.

Почему плохо? Кто запрещает поставить последовательно 4 резистора по 10МОм? Размеры все равно будут меньше, чем если городить что-то дополнительно.
Или высокоомный резистор плох по какой-то особой причине?

[real64]

Плохо то что ни у Вас ни у меня их сейчас нет.

Offтопик:
Заказывать и потом месяц-два ждать когда придет, а может и не придет - почта потеряет. У меня по одному из заказов уже второй месяц заканчивается

Никто не запрещает, а даже наоборот - пробуйте, и, не забывайте делиться результатами. Особых причин я не знаю, но что-то меня в этом напрягает. А дополнительно городить ничего не надо - просто затвор полевика подключаем к существующему в FIN делителю. И если повезёт с напряжением отсечки - даже не придется подбирать сопротивления в делителе.