Микрофонный усилитель

На самом деле это “конструкция выходного дня”, сделанная на скорую руку. Но сделанная хорошо.

Для тестирования акустики необходим микрофон, а к нему – предварительный усилитель. Ну так вот он. Причем этот усилитель достаточно хорош и для звукозаписи. Конструкция получилась довольно простой – это “конструкция выходного дня”. Сделана за одно воскресенье из того, что наскреб по сусекам. Качество очень приличное и свои функции он выполняет просто на “отлично”, а цена настолько смешная…

Вот как он выглядит:

Микрофонный усилитель
Микрофонный усилитель
Микрофонный усилитель
Микрофонный усилитель
Микрофонный усилитель

Микрофон вставлен в металлический корпус от миниджека – и прочно, и дополнительный экран, и красиво. Схема усилителя несмотря на простоту имеет очень хорошие параметры:

Микрофонный усилитель

Верхняя часть – блок питания. Варистор защищает от бросков напряжения, фильтр – от высокочастотных помех. Выпрямитель однополупериодный – ведь потребляемый усилителем ток очень мал. Подробнее про такой блок питания, его работу и изготовление можно почитать здесь: Маломощный блок питания. Красный светодиод LED1 служит индикатором включения в сеть. Он подключен к “минусу”, чтобу создавать более равномерную нагрузку на блок – ведь к “плюсу” подключен зеленый светодиод LED2.

Сам усилитель – внизу. Схема его изменилась совсем чуть-чуть. Причин изменения было две:

  1. При большой громкости происходило ограничение (клиппинг) сигнала усилителем. Для борьбы с ним перенес потенциометр Р1 с выхода ОУ ОР2 на его вход.
  2. В усилителе использовались керамические конденсаторы большой емкости, которые существенно нелинейны (см. Сравнение неэлектролитических конденсаторов для усилителей). А я планировал измерять искажения динамиков, поэтому, хоть влияние конденсаторов было мало, я его полностью исключил – поменял их на электролиты.

Итак, по схеме. Зеленый светодиод LED2 выполняет роль стабилитрона на напряжение примерно 2 вольта для питания встроенного в микрофон усилителя (просто подобрал из тех, что былы под рукой такой светодиод, чтобы при токе 4-5 мА напряжение было близко к 2 В). Конденсаторы C6 и С7 устраняют возможный шум, а резистор R5 является нагрузкой встроенного в микрофон транзистора. Дальше идет двухкаскадный усилитель на ОУ в инвертирующем включении. В усилителе использовал старые советские операционники КР544УД1, поэтому для получения большого усиления в широком диапазоне частот пришлось поставить их 2 штуки – они сравнительно низкочастотные. Кроме того, от такого включения есть польза: регулятор уровня включен между двумя каскадами – это самое лучшее для него место: если ставить его на вход, то ослябляя и без того слабый сигнал, он ухудшает отношение сигнал/шум; если ставить на выход (как было изначально) – при сильном сигнале второй усилитель начинает ограничивать. Я специально сделал коэффициент усиления намного больше, чем нужно – для того, чтобы без проблем “слышать” тихие сигналы, или ставить микрофон в точку прослушивания далеко от колонок (и при этом не делать их громкость большой, чтобы не беспокоить окружающих). Но, поскольку есть регулятор, всегда можно усиление уменьшить и работать с громкими звуками. (Раньше я не предполагал, что сигнал будет настолько большим, поэтому очень удивился, когда в усилителе возник клипинг). Сравнительно небольшой коэффициент усиления первого каскада позволяет наверняка избежать клиппинга. А дальше регулятором Р1 можно ослабить сигнал, если его амплитуда слишком велика.

В схеме можно использовать любые недорогие операционные усилители. Быстродействие от них не требуется, а вот небольшой уровень шума приветствуется.

Инвертирующее включение ОУ требует меньше деталей. Конденсаторы С8, С9, С10 – разделительные. С8 работает под постоянным напряжением около 2 вольт, а полярность С9 и С10 я определил экспериментально – померяв полярность постоянного напряжения смещения на выходах ОУ. Это позволило минимизировать искажения, вносимые в сигнал конденсаторами. Резистор R10 задает нулевой потенциал на левой по схеме обкладке С10 и создает на нем правильную полярность. R11 предохраняет выход усилителя от коротких замыканий.

Параметры усилителя:

  • Частотная характеристика по уровню -3 дБ: 5 Гц … 75 кГц.
  • Усиление ~ 500.
  • Уровень шума не мерял, но по осциллографу шума не видно, а по спектрограмме шумовой пьедестал равен -120 дБ, это при входном напряжении ~ 80 мВ действующего значения.
  • Кг = 0,0015% на частоте 1кГц
  • IMD не более 0,01% с тестовыми частотами 15 и 16 кГц.

Несмотря на применение довольно старых советских операционников, этот микрофонный усилитель получилась очень линейным, на частоте 1 кГц и амплитуде входного сигнала 80 мВ (это около 1 вольта на выходе 1-го ОУ и около 2 вольт на выходе устройства) Кг=0,0015%. Спектр выходного сигнала (измерено звуковой картой ESI Juli@ с внешним линейным стабилизированным блоком питания аналоговой части; частота дискретизации 192 кГц, разрядность 24 бита):

Микрофонный усилитель

Помехи на частоте сети скорее всего из-за того, что неэкранированы разъемы и провода, выведеные к регулятору уровня (хоть они и расположены близко друг к другу – отрезок шлейфа). Зато амплитуды гармоник очень малы, и сами гармоники имеют порядок не выше 5-го (по крайней мере визуально).

Посмотрим на интермодуляционные искажения, снятые в тех же условиях при подаче на вход сигнала с частотами 15 и 16 кГц и суммарной амплитудой порядка 110 мВ:

Микрофонный усилитель

Интересно, что разностной частоты даже и не видно! Это говорит о высокой линейности в зауковом диапазоне. Я даже не ождал от этих операционников такого качества!

Вывод: теперь можно смело измерять и АЧХ практически в любых условиях, и искажения динамиков! И даже писать музыку (а что, надо попробовать).

Схему собирал на “макетке” – за час полностью всю спаял и проверил (и потом еще 30 минут переделывал на новую схему). Сам усилитель заэкранирован жестяным корпусом. Поскольку трансформатор стоИт рядом, он дает (наверное это именно он) помехи с частотой 50 Гц на провода и разъемы. Но помехи малы, и неохота дальше ковыряться.

Микрофон – аналог WM-60 требует напряжения питания порядка 2 В. Его АЧХ:

Микрофонный усилитель

Единственно, что плохо – микрофон у меня не откалиброван (а тем более, что это не чистый Panasonic, а его клон). Поэтому какие-то неравномерности АЧХ при измерении колонок могут либо быть незамечены, либо наоборот, будут результатом неравномерности микрофона. Но пока откалибровать его негде, так что переживу.

21.06.2006

Total Page Visits: 134 - Today Page Visits: 1