Пред для электретного микрофона

[Fenyx]

Заходим, товарищи, участвуем!
Литература для интересующихся:
П. Хорвиц У. Хилл "Искусство схемотехники" стр. 128-138.
"Параметрическая линеаризация полевого транзистора или как сделать твердотельный триод" Alex Nikitin.
Ветка здесь "Усилитель на 7 транзисторах" его же.
Обоснование: В микрофоне встроен полевой транзистор, но его включение в стандартной схеме далеко от идеального, о чем в частности сказано на LinkvitzLab, тут, по этому надо не тупо включать его по схеме из даташита, а задать наиболее благоприятный режим работы.
Одна только каскодная схема (без операционного усилителя) дает увеличение чувствительности около 26-30дБ !!! Это впечатляет!
**************************
Финальный вариант схемы (картинка внизу) - в том виде, что работает у меня: картинка и файл с печаткой для SprintLayout.
Разделительный конденсатор С1 и задающую смещение на входе операционника цепочку R6-R7 можно убрать, если напряжение питания будет постоянным и номинал резистора нагрузки каскода R1 будет подобран так, чтобы постоянное напряжение на нем было около 1/2 Uпит.
Конденсатор по питанию можно переместить непосредственно к входным пятачкам платы (как я и сделал, потому что плата вставлена в корпус от щупа вольтметра - теперь это корпус микрофона , и конденсатор мешался). Второй кондер рядом - неполярный электролит для развяски ОС по постоянному току можно отогнуть (если оставить длину его ножек над платой 2мм) и он не мешает.
Напоминаю, что опер можно взять любой, какой вам понравится, я взял AD8610 потому что он обладает просто превосходными характеристиками и при этом высылается фирмой Analog Devices безвозмездно (то есть даром ) всем желающим (на ссылке искать в таблице в столбце "Samples Cart" те строчки где есть "Add to Cart" - туда и жать). Вероятно вам будет полезен этот топик: Заказ деталей.

Последние новости: основные варианты схем с описанием и разведенными печатками собраны в одной статье, лежат тут:Усилитель для электретного микрофона на ОУ
*************************************************************************************
Так как в теме и в привате регулярно всплывают вопросы, то решил вынести сюда своеобразный микро-FAQ.
Первая по хронологии схема, она мной собрана и прекрасно работает до сих пор:

Печатка к ней.
Следующая схема - та которая лично мне нравится больше, на двух оу (в одном корпусе), без дополнительного транзистора. Кроме прочего отличается еще и меньшим минимальным напряжением, которое требуется для ее работы. Практически напряжение снизу ограничено только требованиями примененных ОУ - для использованных мной AD8620 это около 7В (однополярного):

Печатка.
Фото готовой печатки:
Дорожки спциально разведены пошире (и сами и пространство между ними) - чтобы можно было легко сделать "на коленке" - лазерно-утюжной технологией и т.п. - хоть от руки нарисовать. Внимание! В файле для спринта присутствуют некоторые элементы, которых в вышеприведенной схеме нет. Они выполняют вспомогательные функции и на принципиальной схеме отсутствуют чтобы не отвлекать от основной мысли.
То, что ниже в статье - это так, мысли вслух про возможные варианты. К тем могу еще добавить вариант с одним оу и Т-образной ОС, но на мой взгляд он преимуществ не имеет (кроме экономии одного оу, но это экономия пустая, т.к. по цене ничего не выигрываешь и по габаритам тоже - корпус точно такой же). И еще обсуждался вариант по снижению нелинейных искажений самого капсуля (вернее полевого транзистора в нем), путем перевода оного в "линейную" область. Для этого нужно снизить напряжение на капсуле с 2В до примерно 0,35В - см. графики ниже. Такой вариант требует специальной схемы для компенсации температурного дрейфа полевика. Те, кто сильно заморачиваются параметром THD в своем микрофоне (по данным симулятора искажения падают в 10 раз - с 0,45 до 0,05%, на самом деле может быть и по другому - в микрофоне есть еще другие источники искажаний), могут попробовать заменить источник опорного напряжения (у меня это светодиод) на схему, выдающую напряжение 0,35В при 20 градусах и имеющую температурный коэффициент 2,0-2,2мВ на градус (плюс, т.е. с ростом температуры напряжение должно повышаться).
И одно замечание - ссылки на картинки и файлы ведут на сайт многоуважаемого камрада GREY, так что если его сайт забарахлит или он в очередной раз поменяет его структуру, то я не виноват что вы не видите картинок!
*************************************************************************************
Ссылка на связанную тему по микрофонам:
Выбираем измерительный мткрофон
Топик по компьютерным измерениям программой LspLab:
Как пользоваться LspLab3
Еще про измерения:
Измерение АЧХ акустики. Вопросы чайника по JustMLS, RMAA и т.п.
Хороший обзор режимов работы полевика с предложенной (лучшей) схемной реализацией:
https://forum.vegalab.ru/showthread....56#post1898656
Кривые на картинках снизу - ВАХ полевика моего капсуля WM61

[Ale]

Да бывает, что там говорить! M-Audio Revolution режет все, что выше 2 кГц. Так что в этом плане пред обязательно нужен.
Я хороший капсуль к звуковухе не пробовал подключать, сразу сделал пред. Так что, Fenyx, продолжайте поиски!

[Fenyx]

Да, вроде как на этом пока остановлюсь. Спецы не помогли с разбором работы капсуля, тот вариант, до которого сам додумался работает и придраться пока не к чему (THD можно бы и поменьше, но и то хорошо). Был бы спрос на подобные изделия - начал бы мелкосерийное производство, но у нас никому это не надо (безграмотный и пофигистический люд), так что буду единственным владельцем подобного девайса на всю нашу губернию.

[Ale]

Fenyx, зря обижаетесь! Ибо пока я из Ваших замечаний не могу сделать вывод, что добавленный транзистор нужен, поэтому это никому не надо.
Ну, усилилось этим транзистором в два-три раза. Так это можно было ОУ сделать без проблем. Может, искаженя каскада и уменьшились, но кто это видел? Так что - ищите хорошие наушники или дорогую пищалку, меряйте THD, вот тогда - в студию, и будет нас уже двое (хоть я из другой губернии).

[Fenyx]

Вообще-то я не обиделся (не пойму, собственно, на что).
Далее: усилилось транзистором не в 2-3 раза, а в 20-30 раз по сравнению со стандартной схемой! ОУ усиливает у меня в 11 раз. В сумме Кус в 200-300 раз больше чем в стандартной схеме (точно сказать не могу, т.к. исходно, как писал Алексей, коэффициент был отрицательным, приблизительно в сумме он составляет 80 -100), по этому усиливать одним опером довольно неудобно - из-за высокого Кус ухудшаются его характеристики, что может вызвать проблемы с многими ОУ! Даже теоретически (что описано в указанной мной в начале литературе) каскодная схема намного лучше чем обычная (устраняется влияние переменного напряжения стока и паразитных емкостных связей). Полевик работает не зависимо от напряжения питания (от 7 до 16В - и то ограничение из-за кондеров - я взял неполярные 16 вольтовые, хотя по питанию можно было взять и обычный, тогда верхнее ограничение будет зависить только от второго (биполярного) транзистора), причем во всем диапазоне Кус остается постоянным! И можно подавать вплоть до 100В, тогда Оу для усиления вообще не нужен будет, просто повторитель на выход и все! А в обычной схеме: подсела батарея и микрофон уже еле шевелится. Про искажения повторять не буду, тем более что вы это подвергаете сомнению.

[ADDED=Fenyx]1123353697[/ADDED]
Я, собственно, и не настаиваю - зачем это мне, у меня все прекрасно работает и мне нравится, выбор остальных - это их проблема, просто есть еще один вариант - мой, кому надо - воспользуется.

[RSOUND]

Ale, почему оффтопом, это же по теме!
Про огород: в пятнадцатый раз объясняю, что включать микрофон так, как в даташите - это все равно что поставить на корабль современный двигатель и пределать к нему гребные колеса, сделанные из строительного мусора, не совсем круглые и разного диаметра - плавать будет, но как?!!! ОУ? - его я и поставил в конце концов - AD8610 - всем советую - супер, сэмплы дают!
Но каскод оставил - там всего делов то... А улучшение - на порядок! (вот погодите, я еще характеристики сниму...).
Искажения порядка процентов меня совсем не устраивают, потому что такой микрофон нельзя использовать для измерения этого показателя у динамиков. Порядка 0,1% - сойдет, 0,01 -очень зорошо, меньше - может быть даже избыточно, но запас карман не тянет.
Главная новость на сегодня: я его спаял, подключил, работает - супер ! Паял 40Вт паяльником , но чтобы на спалить микруху (в корпусе SO8 между прочим), паял сплавом розе и остывающим паяльником, уже выдернутым из розетки. Хотите печатку? Нате!

Прошу прощения, а что это значит +AD8610 - сэмплы дают+ ?
Это кто то в качестве пробника может прислать?
Как это делается то вообще тогда в этом случае?
Что то мало верится в это т.к. Я просто посмотрел сейчас этот опер в ЧипДипе, их там не , вариант только на заказ, и стоит он реально совсем не дёшево, а Вы пишите сэмплы т.е. даром....

И исходная Ваша схема судя по печатке изменилась, как можно посмотреть конечный вариант?
А вообще то тем по вопросу измерительного микрофона и преда к нему на форуме море. Читал, читал, просто караул, в итоге каша
Понятно что всё происходило в реальном времени по ходу событий, но разобраться сходу просто тяжко.

[Fenyx]

Да! Дают бесплатно! У меня их четыре (одна уже в том преде) - дают за раз не больше двух.
У меня тоже был караул, по этому решил разработать свой - итог отличный. Конечная схема на печатке (т.е. ее там хорошо видно - элементов немного, читается легко). Двумя словами, электрет - составная часть каскода, нагрузка - резистор, после этого стоит опер, для усиления напруги и мощи выхода. Сейчас некогда картинками заниматься, может попозже.

[ADDED=Fenyx]1126239304[/ADDED]
ЗЫ. Заходишь на http://www.analog.com
Там регистрируешься - все данные вводить точно, а не "Вася Пупкин", потом в поиске вбиваешь название девайса, выпадет список наиденного, напротив нужного жмешь кнопочку sample, далее по запросам.
Более точно ищи на этом форуме - специальная ветка была про заказ деталей.

[Fenyx]

Все течет, все изменятся, творческая мысль не стоит на месте!
Осмысление принципов работы предыдущей схемы и процессов при этом происходящих натолкныло на не одну, а сразу на две мысли! Соответственно есть два пути развития схемы.
Первый состоит в том, чтобы убрать операционный усилитель, а все выполнить на транзисторах. При этом получить необходимое усиление 20-30дБ сразу в первом каскаде! Как это сделать?
Этого можно добиться просто увеличив сопротивление нагрузки в коллекторе биполярного транзистора каскода. Но тогда падение напряжения на нем при постоянном токе, выдаваемом полевиком будет десятки или даже сотни вольт! Может быть для тех, кто привык к анодам и сеткам это не кажется большой проблеммой, но мне это не подходит по целому ряду причин, описанием которых не хочу занимать место. Я пошел другим путем.
Я решил использовать в качестве нагрузки источник тока, т.к. он обладает очень большим динамическим сопротивлением на переменном токе, а на постоянном выдает достаточно большой ток, чтобы напряжение смещения составляяло несколько вольт, а не десятков вольт. Не думайте, что эта идея пришла мне в голову впервые, нет, она приходила и раньше, но раньше я не знал как стабилизировать режим: даже при небольших отклонениях номиналов резисторов или транзисторов от очень жестких границ, все съезжало либо в ноль либо в максимум напряжения питания. Решение оказалось простым - на базу источника тока - нагрузки надо подавать напряжение с его же коллектора (через делитель + конденсатор для отфильтровывания сигнала от постоянного напряжения). В этом случае получается, что нагрузкой (по переменному току) является резистор этого делителя (он может быть номиналом сотни килоом), а постоянный ток выдает уже источник тока. Можно на делитель подавать напряжение не непосредственно с коллектора, а через эмиттерный повторитель, но тогда усиление будет, во первых, зависеть от входного сопротивления повторителя, а во вторых, станет настолько огромным, что десятки вольт питания понадобятся уже чтобы "вместить" в себя полученный размах выходного напряжения!
Я даже печатку развел под эту схему, но пока не привожу (там возникли некоторые неудобства, что снизило мой интерес к этому пути) - если кому интересно будет - спрашивайте, выложу.
Второй путь - полностью противоположен первому - собрать все полностью без транзисторов, но сохранив режим работы полевика микрофона! Тут получается, что нужно применить схему включения оу - "источник напряжения, управляемый током". При этом сток полевика подключается непосредственно к инвертирующему входу опера (см. рисунок). Напряжение на полевике задается подачей опорного напряжения 2В на неинвертирующий вход того же оу. Т.к. оу стремится поддержать напряжения на обоих своих входах одинаковыми, то на полевике будут те же 2В. Резистором R1 задается во первых, смещение на выходе оу, а во вторых, усиление первого каскада (оу+полевик). Очень жаль, что нельзя разделить эти функции, иначе можно было бы получить нужное усиление сразу же на первом опере, но для этого надо последовательно указанному резистору поставить индуктивность около 2000 Генри (!!) что невозможно. Всякие гираторы городить тоже никакого желания не было, по этому по амплитуде сигнал усиливается вторым оу. При сопротивлении R1 как на рисунке, смещение на выходе оу (обоих) составит около 3,5В (зависит от начального тока полевика, так что может потребоваться подбор, но регулировка происходит плавно поэтому нужно попасть только примерно). Такое смещение я сделал для того, чтобы схема нормально работала при напряжениях от 5 до 12В, если будет больше, то можно увеличить номинал резистора (больше сопротивление- больше напряжение смещения). Схема удачно разводится для двух оу в одном корпусе - получается минимум деталей (одни резисторы и кондеры) и размеры маленикие - у меня вышло 18х41мм. можно и меньше, если разводить на чип - резисторах, но мне их паять нечем, так что я сделал с обычными. Вместо второго оу можно поставить два - один в инвертирующем включении, тогда получим полностью симметричный выход, правда вся разводка меняется - получается первый оу - в одном корпусе, следующие два во втором. Мне не надо, по этому не разводил.
Любые впечатления и комментарии (только по делу, а не типа: , фигней вы занимаетесь), а так же указания на возможные ошибки приветствуются!

[Серый Мыш]

Я это еще в посте #30 предложил. и если есть желание избавиться от второго ОУ, то первому ОУ нужно источник тока замутить на - вход , чтобы резистор в ООС от этой обязанности освободить.
впрочем при данных условиях и 2 ОУ тоже неплохо

[Fenyx]

и если есть желание избавиться от второго ОУ, то первому ОУ нужно источник тока замутить на - вход , чтобы резистор в ООС от этой обязанности освободить

Да, я так пробовал, но, во первых, если режим по постоянному току задавать с помощью ИТ, то очень трудно получить стабильное смещение - оно "сваливается" в крайности при небольших изменениях условий - нет саморегулировки (а если начать городить обратную связь, то выходит плохо, еще транзисторы добавляются и вообще фигня выходит). А во вторых, получаем в принципе тот же набор компонентов (1 транзистор+1 оу) что и в предыдущей схеме, так что по рабочим характеристикам получаем проигрыш, а по деталям - то же самое, так что я это посчитал непреемлемым.
Еще я забыл при описании упомянуть о том, что первый оу, выполняя фактически роль транзистора по схеме с общей базой в каскоде и нагрузочного резистора (работает идентично - входное сопротивление ->0, выходное напряжение приложено к резистору), только еще лучше, т.к. входное сопротивление действительно стремится к нулю, а к тому же и выходное тоже, по этому эта схема не просто то же самое, но на других элементах, нет - тогда бы я не стал развивать эту тему, а это улучшенный вариант! Нелинейность ОУ тоже намного меньше чем транзистора, по этому такая схема лучше предыдущей!
Правда тут могут быть вариации. Я имею в виду, что нелинейности полевика и биполяра могли частично компенсировать друг друга, а с оу такой компенсации не будет, тогда эта характеристика ухудшится, а если они складывались, тогда наоборот - еще лучше все будет. Вообще говоря, КНИ той схемы был очень низок - если посмотреть на гармоники, снятые с битого динамика и с нормального (выкладывал я тут в одной ветке), то видно что суммарные искажения всего тракта (включая два электромеханических преобразования) не так ужь и велики. К сожалению пока не знаю как измерить КНИ непосредственно микрофона - для этого нужен эталонный источник звука, КНИ которого известен - а где ж его взять!

[Гоша]

Ты этта, телевизор выключай при измерениях. Не звук, а вообще, из сети. Твоя помеха на 15 кГц - не что иное, как свист выходного трансформатора строчной развертки дуроскопа.

[Fenyx]

Какая еще помеха? Вроде никаких помех тут не обсуждалось вовсе...

[Nota Bene]

если режим по постоянному току задавать с помощью ИТ, то очень трудно получить стабильное смещение

Ну, и зачем там с источником тока заморачиваться? Ставим резистор, все равно импеданс входа ОУ в инвертирующем включении = 0 -
https://forum.vegalab.ru/showpost.ph...5&postcount=31
P.S. Но у меня сделано по другому...

[BumBum]

1) R6 помоему лишний
2) 7 мА не жалко через светодиод пускать?

[Гоша]

Какой-то странный пик RMAA рисует в районе 15кГц, хотя при записи в редакторе этого нет

Твой собственный пост за №37.
У меня такое было, пока не догадался точно измерить частоту пика.Это, кстати, к вопросу чувствительности ушей на ВЧ.

[Fenyx]

2) 7 мА не жалко через светодиод пускать?

Нехай светит - все равно индикатор нужен, а если так ярко не надо, можно и поменьше сделать.

Ставим резистор, все равно импеданс входа ОУ в инвертирующем включении = 0

Верно, видать я тогда не понял в чем идея - уже не помню, сейчас попробую.

Твой собственный пост за №37.

А, так это было 3 месяца назад - я уже и забыл что тас такое было. Но телевизор может быть и ни при чем - он стоит в другой комнате - это скорее монитор или бп компа или еще что. А на счет чувствительности ушей - это да, на вч она ниже, но я всегда слышу когда телевизор врубают, даже если звук выключен - по свисту того самого транса.

[ADDED=Fenyx]1134481167[/ADDED]
Посмотрел в симуляторе - точно! Работает именно так как надо! Видать, я тогда не задумался как оно работает и подумал, что раз в стоке полевика стоит резистор, значит напряжение на нем будет иметь размах соответствующей амплитуды при этом не подумал, что входное сопротивление опера равно нулю!

[ADDED=Fenyx]1134487625[/ADDED]

Ставим резистор,

Проанализировал по подробнее эту схему. Недостатки у нее следующие:
1. В ней опорное напряжение берется с делителя, а значит будет зависеть от напряжения питания, что плохо. Нам надо всегда постоянное.
2. Резистор, задающий ток покоя полевика должен быть подобран очень точно, т.к. небольшие его изменения приводят к резким изменениям постоянки на выходе. То же происходит и при изменении напряжения питания - даже изменение на 0.1 в дают на выходе разницу уже 1В!!! Это уже никуда не годится! Стабилизировать все это дело можно подключая указанный резистор не непосредственно к питанию, а к стабильному источнику напряжения. Например, добавив еще 1-2 светодиода к уже имеющемуся + транзистор. В свете всего сказанного получилась вот такая схема (см. рисунок). Смещение на выходе абсолютно не зависит от напряжения питания (по крайней мере в симуляторе). АЧХ и ФЧХ гладкие, имеется спад на нч (порядка 1 Герца), связанный с емкостью самого электретного конденсатора. В общем, довольно перспективно на мой взгляд.

[StepAl]

В общем, довольно перспективно на мой взгляд.

А как со стабильностью по постоянному току? Ведь схема будет чувствительна к колебаниям температуры.

[Fenyx]

Не будет чувствительна. Сейчас я вообще исключил тот транзистор (мне в голову пришла идея, что ток через светодиоды 5мА, а через полевик менее 0,5мА, так зачем там повторитель?). Получается что на полевик напряжение подается с 2-х светодиодов, а на оу с 1-го ток через них практически одинаковый (за исключением тех копеек что на полевик пошли) и если происходят температурные изменения в светодиодах (изменяется напряжение на них), то на обоих в одинаковой пропорции и ничего не меняется.
Можно на инвертирующий вход повесить разделительный конденсатор, чтобы вообще по постоянному току оу отсечь, но тогда схема сильно усложняется (т.е. заметно увеличивается число элементов и резко усложняется разводка), т.к. кондер там большой получается и нужно смещение на оу организовывать, а преимуществ у этого решения нет.

[StepAl]

и если происходят температурные изменения в светодиодах (изменяется напряжение на них)

Так тут важнее температурные изменения в самом полевике микрофона. От этого всё будет "плыть", и чем больше Ку инвертирующего усилителя, тем больше будет "плыть".

Можно на инвертирующий вход повесить разделительный конденсатор

Ну, тогда напряжение на стоке уже не будет фиксированным.

[Nota Bene]

Ну, тогда напряжение на стоке уже не будет фиксированным.

По постоянке не будет, а по переменке - будет.

P.S. Но у меня сделано по другому...

Вот (только полевик J1 надо взять с небольшой крутизной):

[Fenyx]

Ну вот: сам говорил, что нафиг источник тока, а у самого он и стоит! А поподробней нельзя: зачем такой хитрый делитель на неинвертирующем входе? Зачем там светодиод? Просто по совместительству, все равно ток течет, почему бы не использовать, так?
А вообще, как раз в этой схеме стабильность должна быть не ахти: сопротивление ит будет сильно меняться в зависимости от разных факторов, а так как получается, что имеются два ит включенных "навстречу" друг другу, то напряжение между ними до включения должно быть одному богу известно! Ну подстроим мы резистором там, а температура изменится и тут как раз все уплывет! А чтоб не уплыло, надо чтобы оба ит обладали абсолютно идентичными характеристиками, а это невозможно, учитывая что это вообще разные полевики (какой в микрофоне даже неизвестно!).
Еще один минус - напряжение на капсуле в любом случае меняется, значит меняется режим полевика, в частности Кус схемы. Кому нужен микрофон, чувствительность которого меняется день ото дня?! Я это не потому, что хочу любой ценой доказать что моя схема лучше! Просто я ее разрабатывал исходя из требования создать наиболее стабильные (как от образца к образцу, так и в течении времени) условия работы капсуля! И я этого достиг - неважно какое напряжение питания, не важно кто делал и какая в комнате температура - будет работать одинаково. А в этой схеме этого не наблюдается. Конечно, я не настолько специалист в схемотехнике, чтобы что-то утверждать, но недостатки, которые несомненно тут есть, мне кажутся неприемлимыми. В моей последней схеме, т.к. я ее еще не собирал, есть один вопрос, который и был задан - как с температурной стабильностью. Чтобы заранее знать ответ, надо знать две вещи: температурный коэффициент полевика микрофона и тот же параметр светодиода (арсенид галлия-фосфора-аллюминия - вот так компот!). Об абсолютной величине я могу только догадываться, но знак у него будет одинаковый, значит в сумме все эти "уплывания" будут компенсироваться и иметь небольшую величину, думаю порядка милливольтов - десятков мВ от силы, что на выходе опера даст изменение смещения не больше сотен мВ. Ну какая разница 3.5В на выходе или 3.6?! Вот соберу (на днях печатка будет готова, а спаять-то быстро), тогда скажу точно заметные на выходе температурные изменения или нет. Если будет сильно съезжать, придется переходить к разделительному конденсатору, но это хуже, ужь лучше собрать по той схеме, что я выкладывал с печаткой - на двух оу. Она-то ужь абсолютно стабильная!
Чуть не забыл. Собственно я об этой схеме: