Чувствительный микрофонный усилитель

Микрофонный усилитель и УНЧ для ЦАП и АЦП микроконтроллера

Усилители сигналов для АЦП и ЦАП микроконтроллера

В статье изложены подходы по построению схемотехники усилителей для микрофона и динамиков в микроконтроллерной технике. Занимаемое элементами усилителей пространство не превышает

Предисловие

Хотел применить в проекте синтезатор речи в реальном времени на основе библиотеки
ESP8266Audio — supports ESP8266 & ESP32
Автор порта библитотеки предлагает подключать динамик используя один транзистор

Use the AudioOutputI2SNoDAC object instead of the AudioOutputI2S in your code, and the following schematic to drive a 2-3W speaker using a single $0.05 NPN 2N3904 transistor:

Я так и сделал. Но оказалось, что транзистор греется т.к. каскад работает в режиме класса A. Стабилизатор напряжения 300mA просто не справился с питанием контроллера и такого усилителя. Не говоря уже про питание от батареи, которую пришлось бы ставить не оправданно большей емкости, по сравнению с применением усилителя класса AB, B или C. Пришлось искать различные варианты. Так же рассмотрены варианты усилителей для микрофона. Напряжение питания усилителей однополярное 3V. 5V

Усилитель на одном транзисторе для микрофона

Первое и самое простое это каскад с общим эмиттером. В качестве микрофона будем использовать электретный микрофон. В нем использован предусилитель на полевом транзисторе. Для его питания нужен источник питания

Мне нравится схема с использованием Collector-Feedback Bias. Во первых в ней на один резистор меньше по сравнению с классической схемой на делителе и за счет отрицательной обратной связи компенсирует разброс в коэффициенте усиления транзистора.

Для примера зададимся резистором коллектора 18 KOm для усиления в 50 раз резистор в эмиттере будет (упрощенно, т.к. мы не учитываем внутреннее сопротивление эмиттера) 18000 / 50 = 360 Om

Поскольку входное сопротивление АЦП обычно составляет сотни KOm можно немного увеличить сопротивление коллектора и достичь большего усиления. Важно чтобы сопротивление следующего каскада (в нашем случае вход АЦП) имело большое входное сопротивление, что бы наш усилитель мог «раскачать» сигнал. Иначе придется увеличивать ток через коллектор уменьшая резистор в коллекторе, а это приведет к уменьшению усиления в целом

Сопротивление в эмиттере используется для стабилизации режима транзистора за счет отрицательной обратной связи. Если подключить параллельно этому резистору конденсатор, то отрицательная обратная связь по переменному напряжению исключается и каскад имеет коэффициент усиление как у самого транзистора «по документации».

Еще один момент. надо задать выходное напряжение на коллекторе, равное половине полной рабочей шкалы напряжения АЦП. Шкала ESP32 без аттенюаторов 1.1V. Смещением базы R10 выставляем на коллекторе 0.5V… 0.6V

  • 0 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_0) gives full-scale voltage 1.1 V
  • 2.5 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_2_5) gives full-scale voltage 1.5 V
  • 6 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_6) gives full-scale voltage 2.2 V
  • 11 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_11) gives full-scale voltage 3.9 V

Можно сделать смещение на коллекторе близкое к половине напряжения питания и увеличить коэффициент усиления каскада, но добавив аттенюатор. Однако, вносить ослабление не рекомендуется, поскольку нам понадобится большее усиление

Схема и расположение на плате

Усилитель на трех транзисторах для динамика

Для усилителя применим схему на трех транзисторах с выходным каскадом в режима AB. Зададим ток покоя порядка 5 — 10 mA. Ток покоя устанавливается резистором R4. R15 устанавливает половину напряжения питания на эмиттерах

Схема и расположение на плате

Усилитель на операционном усилителе для микрофона

Ниже ссылка на наиболее распространенные решения с расчетами для микрофонного усилителя

Хорошая статья по предотвращению помех по питанию в схемах op amp
Операционный усилитель с однополярным питанием

Схема и расположение на плате усилитель для микрофона и динамика

” />

Расчеты конденсаторов

C2 = 0.33nF $” data-tex=”inline”/>

C5 = 2.2µF $” data-tex=”inline”/>

C14 = 0.1µF $” data-tex=”inline”/>

Можно использовать любой операционный усилитель, даже LM358 или LM322 (LM324 четыре усилителя в одном корпусе). Рекомендуется выбирать усилитель с выходом Rail-to-Rail для достижения большей амлитуды на выходе

Усилитель на операционном усилителе для динамика. Параллельное включение

Поиски использования параллельного включения операционного усилителя для раскачки более менее приемлемой мощности привели на интересные решения.
Один человек взял аж 60! усилителей и сделал себе подарок на юбилей. Вот это я понимаю.

Микросхема семейства TS922 способна отдавать 80 мА на нагрузку 32 Ом

Комбинированная схема с операционным усилителем и каскадом класса B, AB
Small audio amplifiers

Что бы хотелось попробовать в будущем

Добавить возможность автоматической регулировки усиления. Например на основе такого решения Использование усилителя с АРУ как мягкого ограничителя уровня сигналов


Для «сжатия» уровня входного сигнала, чтобы уровень выходного сигнала не зависел от громкости говорящего в микрофон применяют SSM2167. Это предусилитель микрофона с регулируемой компрессией. Но выходное напряжения ограничен 0.7V и смещение на выходе 1.4V. Для согласование со входом АЦП потребуется каскад с небольшим усилением.


The output impedance of the SSM2167 is typically less than 145 Ω, and the external load on Pin 9 should be >5 kΩ. The nominal output dc voltage of the device is approximately 1.4 V;therefore, a blocking capacitor for grounded loads must be used.

Читайте также:
Самодельный усилитель звука для дома

Заключение

Использование транзисторных усилителей в современной электронике оправдано когда нет возможности купить специализированные микросхемы такие как stereo — PAM8403, PAM8406 или mono PAM8302A, PAM8304, NS4150. Где PAM8406 — Абсолютный фаворит если нужен стерео усилитель с однополярным питанием. Его цена стремится к 2$ за 10 штук. Есть возможность включения режима усиления выходного каскада в режим AB

В качестве микрофонного усилителя можно использовать mems микрофоны с I2S интерфейсом, такие как INMP441. В этом случае использование усилителя отпадает и микрофон подключается непосредственно через интерфейс I2S к контроллеру

Разводка одного из вариантов платы с усилителями на транзисторах сделанная в Autodesk EAGLE

Autodesk Eagle PCB GitHub

С чего все началось

Плата была изготовлена на фабрике JLCPCB.
Качество мне понравилось, но мне не с чем сравнивать, разве что с травлением в хлорном железе.

Микрофонный усилитель

Электретные микрофоны широко применяются в современной бытовой и специальной аппаратуре. Они отличаются компактными размерами и высоким качеством передачи звукового сигнала. Основным недостатком конструкции является очень слабый выходной сигнал и обязательная подача на капсюль поляризующего напряжения. Предварительный усилитель для микрофона может быть сделан на любой элементной базе. В самодельных конструкциях применяются как транзисторы, так и интегральные микросхемы. Схемы устройств отличаются количеством каскадов, наличием автоматической регулировки усиления и другими техническими решениями.

  1. Усилитель для электретного микрофона
  2. Микрофонный усилитель для электретного микрофона
  3. Микрофонный усилитель на одном транзисторе
  4. Схема микрофонного усилителя на микросхеме
  5. Усилитель с микрофонным входом

Усилитель для электретного микрофона

Микрофонный усилитель для микрофона используется для усиления слабых сигналов, величиной 0,1-15 mV до уровня 200-400 mV. Схема предусилителя для микрофона проста и включает в себя один или два каскада усиления и, при необходимости, цепи коррекции амплитудно-частотной характеристики микро. Основными параметрами конструкций являются следующие величины:

  • Частотный диапазон
  • Коэффициент нелинейных искажений
  • Отношение сигнал/шум
  • Коэффициент усиления

Хороший усилок для микро должен обеспечивать частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц с неравномерностью АЧХ не более ±1,5 дБ. Необходимая частотная коррекция осуществляется в дальнейших каскадах низкой частоты. Коэффициент гармоник во всём диапазоне частот не должен превышать 0,2%. Поскольку микрофонное устройство является первым каскадом, все внутренние шумы будут усиливаться низкочастотных трактом. Поэтому в схемах микрофонных усилителей используются самые малошумящие транзисторы и интегральные операционные усилители.

Микрофонный усилитель для электретного микрофона

Электретный микро при громком звуке, выдаёт на выходе порядка 10-15 mV, поэтому для усиления сигнала до уровня 400-600 mV может использоваться схема с одним или двумя каскадами. Конструкция может быть собрана на обычном или полевом транзисторе и интегральной микросхеме. Усилитель микрофона на одном транзисторе выполнен на малошумящем приборе с обратной проводимостью. Схема подходит для применения в звуковых трактах персональных компьютеров. Достоинством устройства является низковольтное питание и его можно питать от пальчиковой батарейки на 1,5 вольта. Величину конденсатора С3 можно изменять в указанных пределах.

Микрофонный усилитель на одном транзисторе

Схема на полевом транзисторе обладает низким уровнем собственных шумов и обеспечивает коэффициент усиления порядка 20 дБ.Для этого потребовалось увеличить напряжение питания до 9 В, поэтому усилитель питается от батарейки типа «Крона» или от источника внешнего питания. При повторении данной схемы нужно помнить, что полевые полупроводниковые приборы боятся статического электричества, поэтому пайку транзистора нужно выполнять заземлённым паяльником и использовать антистатический браслет. Выводы транзистора перед пайкой нужно соединить между собой, обмотав их тонкой медной проволокой. Схемы микрофонных устройств на транзисторах имеют различные технические решения. Они бывают с несколькими каскадами, с автоматической регулировкой усиления и шумоподавлением.

В первом случае через резисторы R4 иR1 на электретный микрофон подаётся напряжение питания необходимое для его работы. Переменный сигнал в частоты с электродинамического прибора подаётся через конденсатор С3 на базу транзистора. Усилитель для динамического микрофона собирается на одном транзисторе обратной проводимости.

Транзистор ВС547 заменяется на КТ3102Е. Правильно собранная схема начинает работать сразу и не требует регулировки. Схема микрофонного усилителя на одном транзисторе не всегда может обеспечить требуемые параметры, поэтому на практике часто применяются схемы имеющие большее число каскадов.

К усилителю микрофона подключается электродинамический микрофон, но схема может быть доработана и для электретного устройства. Для этого электролитический конденсатор С2 меняется на обычный ёмкостью 4,7 мкФ, а в точку его соединения с микро подаётся питающее напряжение через резистор 2-3 кОм. Коэффициент усиления устройства достигает 200 в полосе частот от 40 Гц до 20 кГц. Применение транзисторов разной структуры позволило исключить переходной конденсатор между каскадами. Он обычно вносит заметные искажения в схемы усиления низкой частоты.

Схема микрофонного усилителя на микросхеме

Существует много конструкций микрофонного усилителя на микросхеме. Чаще всего в устройствах применяются операционные усилители, но имеются интегральные компоненты представляющие собой готовый микрофонный канал. Примером такой конструкции является специализированная малошумящая микросхема усилитель микрофонаMAX9814.Она имеет следующие параметры:

  • Программируемый коэффициент усиления – 40, 50 и 60 дБ
  • Гармонические искажения – 0,04%
  • Встроенный источник питания для электретного микро – 2 В
  • Температурный диапазон — +80- –40 0 С
  • Имеется автоматическая регулировка усиления
Читайте также:
Усилитель на микросхеме серии LM

Для самостоятельного повторения подойдут схемы на интегральных операционниках.

Схема собрана на отечественном ОУ 157УД2. Это микросхема с очень маленьким уровнем собственных шумов не критичная к напряжению питания.

Высококачественный канал предназначен для работы с электретными микрофона всех типов. В нём используется ОУ BA4558 или JRS4558. Конденсаторы С1 и С4 по 0,22 мкФ. Схема отличается высокой чувствительностью. Не требует регулировки и начинает работать сразу после подачи напряжения питания. В следующем устройстве используется микросхема для микрофона К538УН3Б.

Она очень простая, так как в ней отсутствуют резисторы и для её сборки потребуется только микросхема и четыре конденсатора. Напряжение питания можно снизить до 3 вольт без больших потерь усиления. При повторении конструкций нужно выполнять подключение усилителя микрофона экранированным проводом и экран соединить с корпусом устройства.

Усилитель с микрофонным входом

Низкочастотные конструкции, предназначенные для усиления сигналов звуковой частоты, всегда оборудуются одним или несколькими микрофонными входами. Это самые чувствительные входы звукового канала. При работе внешних звуковых устройств следует избегать подключения девайсов с большими уровнями выходного сигнала к микрофонным входам УНЧ. Это может вызвать отказ входных транзисторов или интегральных микросхем. Профессиональные устройства оснащены разъёмами XLRкоторые позволяют подавать фантомное питание на конденсаторные микрофоны.

Предусилитель для микрофона. Подборка схем

Предусилитель для микрофона, он же предварительный усилитель или усилитель для микрофона — это такой вид усилителя, назначение которого — усиление слабого сигнала до величины линейного уровня (порядка 0,5-1,5 вольт), то есть до приемлемой величины, при которой работают обычные усилители звуковой мощности.

Входным источником акустических сигналов для предварительного усилителя обычно являются звукосниматели виниловых пластинок, микрофоны, звукосниматели различных музыкальных инструментов. Ниже приводится три схемы микрофонных усилителей на транзисторах, а так же вариант усилителя микрофона на микросхеме 4558. Все их без труда можно собрать своими руками.

Схема простого микрофонного предусилителя на одном транзисторе

Данная схема микрофонного предусилителя работает как с динамическим, так и с электретными микрофонами.

Динамические микрофоны по конструкции схожи с громкоговорителями. Акустическая волна оказывает воздействие на мембрану и на прикрепленную к ней акустическую катушку. В момент колебания мембраны, в катушке, находящейся под воздействием магнитного поля постоянного магнита, образуется электрический ток.

Работа электретных микрофонов базируется на возможности определенных видов материалов с повышенной диэлектрической проницаемостью (электретов) менять поверхностный заряд под воздействием акустической волны. Данный тип микрофонов отличается от динамического высоким входным сопротивлением.

При использовании электретного микрофона, для смещения напряжения на микрофоне, необходимо установить сопротивление R1

микрофонный усилитель на одном транзисторе

Поскольку эта схема микрофонного усилителя для динамического микрофона, то при использовании электродинамического микрофона его сопротивление должно быть в диапазоне от 200 до 600 Ом. При этом конденсатор C1 необходимо поставить до 10 мкф. Если это будет электролитический конденсатор, то его плюсовой вывод необходимо подключить в сторону транзистора.

Питание осуществляется от батареи крона или же от стабилизированного источника питания. Хотя лучше от батареи, чтобы исключить шумы. Биполярный транзистор BC547 можно заменить на отечественный КТ3102. Конденсаторы электролитические на напряжение 16 вольт. Для предотвращения помех, подключать предусилитель к источнику сигнала и к входу усилителя необходимо экранированным проводом. Если необходимо дальнейшее мощное усиление звука, то можно собрать усилитель на микросхеме TDA2030.

Микрофонный предварительный усилитель на 2-х транзисторах

Структура построения любого предусилителя очень сильно влияет на его шумовые характеристики. Если брать во внимание тот факт, что используемые в схеме предусилителя качественные радиодетали все равно в той или иной мере приводят к искажениям (шумам), то очевидно, что единственный выход получить более-менее качественный микрофонный усилитель — это сократить число радиокомпонентов схемы. Примером может послужить следующая схема двухкаскадного предварительного усилителя на транзисторах.

В данном варианте количество разделительных конденсаторов сведено к минимуму, поскольку транзисторы включены по схеме с общим эмиттером. Так же между каскадами существует непосредственная связь. Для стабилизации режима работы схемы, при изменении внешней температуры и напряжения питания, в схему добавлена ООС по постоянному току.

Предусилитель для электретного микрофона на трех транзисторах

Это еще один вариант микрофонного усилителя для электретного микрофона. Особенность данной схемы усилителя для микрофона в том, что подача питания на схему предусилителя осуществляется по тому же проводнику (фантомное питание) по которому идет входной сигнал.

Данный микрофонный предусилитель предназначен для совместной работы с электретным микрофоном, например, МКЭ-3. Напряжение питания на микрофон идет через сопротивление R1. Аудио сигнал с выхода микрофона поступает на базу VT1 через конденсатор С1. Делителем напряжения, состоящим из сопротивлений R2, R3 создается необходимое смещение на базе VT1 (примерно 0,6 В). Усиленный сигнал с резистора R5, выступающий в роли нагрузки, идет на базу VT2 который является частью эмиттерного повторителя на VT2 и VT3.

Читайте также:
Самодельный усилитель к наушникам

Возле разъема на выходе, установлены дополнительно два элемента: нагрузочное сопротивление R6, через которое идет питание, и разделительный конденсатор СЗ, отделяющий выходной аудио сигнал от напряжения питания.

Предварительный микрофонный усилитель на микросхеме 4558

Операционный усилитель 4558 выпускается фирмой ROHM. Он характеризуется как маломощный и малошумящий усилитель. Применяется данная микросхема в усилителе микрофона, звуковых усилителях, активных фильтрах, генераторах управляемых напряжением. Микросхема 4558 имеет внутреннюю фазовую компенсацию, увеличенный порог входного напряжения, большой коэффициент усиления и малый уровень шума. Также у данного операционного усилителя имеется защита от короткого замыкания.

Микросхема 4558- характеристики

Скачать datasheet 4558 (140,5 KiB, скачано: 3 830)

предусилитель микрофона на 4558

Это хороший вариант для постройки микрофонного предусилителя на микросхеме. Схема предусилителя для микрофона отличается высоким качеством усиления, простотой и не требует большой обвязки. Этот микрофонный усилитель для динамического микрофона также хорошо работает и с электретными микрофонами.

При безошибочной сборке, схема не требует настройки и начинает работать сразу. Наибольший ток потребления – 9 мА, а в состоянии покоя потребляемый ток в районе 3 мА.

Усилитель для электретного микрофона (+печатка)

Покупать качественный микрофон — весьма затратная мысль. Куда дешевле и интереснее соорудить своими руками предусилитель для микрофона, который вытянет максимум из петлички. Были опробованы несколько схем, в итоге я соорудил свой усилитель для микрофона. Для него даже была разведена печатная плата. Но обо всем по порядку…

  1. Предусилитель для микрофона
  2. Питание электретного микрофона
  3. Варианты схем усилителя
  4. Коэффициент усиления
  5. Однополярное питание усилителя
  6. Частотная коррекция
  7. Усилитель для микрофона готовая схема
  8. Выбор ОУ
  9. Печатная плата
  10. Изготовления платы ЛУТом.
  11. Подбор резистораR*
  12. Корпус усилителя для микрофона
  13. Заключение

Предусилитель для микрофона

Уже больше года я веду свою деятельность не только на этом сайте, но и на YouTube. Если вы там еще не были – советую заглянуть, сейчас я чаще бываю там, чем тут.
По мере улучшения качества своих роликов я пришел к необходимости улучшения качества записи звука. Исходно я записывал звук на петличку Maono AU101(покупал в этом магазине ). Вполне удобная петля, но для меня возник ряд пользовательских неудобств.

Так я и пришел к мысли собрать предусилитель для микрофона.Перед сборкой от предусилителя хотелось примерное следующего

  • питание от литий ионного аккумулятора
  • использование схемы на операционном усилителе.
  • создание печатной платы.

Описывать получившийся звук словами – странное занятие, да и дублировать содержимое ролика в статье не вижу смысла. Поэтому советую для начала посмотреть мой ролик, а уже потом продолжить чтение статьи. Они дополняют друг друга. Да и так будет понятнее надо ли оно вам.

Питание электретного микрофона

Почему-то в интернетах очень мало информации о том, как правильно включать электретные микрофоны. Обычно используется стандартный вариант, при котором напряжение подается через токоограничивающий резистор, а далее для отсечения постоянного напряжения устанавливается конденсатор.

При этом в большинстве схем ни слова не говорится о подборе этого резистора и просто указывается конкретное значение. Хотя в целом это не совсем верно. Величину этого резистора следует выбирать не с потолка, а подбирать для каждого конкретного микрофонного капсуля.

Но как же его подобрать?

К счастью была найдена очень интересная статья, в которой автор провел ряд измерений и сделал очень полезное, с практической точки зрения, заключение.

Итак, при подборе токоограничивающего резистора необходимо, чтобы в точке соединения резистора и микрофоном получалась ровно половина питающего напряжения.

Помимо оптимального режима работы микрофона эта фишка удобна еще и тем, что бонусом мы получаем смещение для операционного усилителя при питании от однополярного источника. Это означает, что можно выкинуть из схемы лишний конденсатор и два резистора.

Варианты схем усилителя

В другой своей статье, тот же автор предложил готовый предусилитель для микрофона. Это схема с АРУ (Автоматической Регулировкой Усиления). Вот так выглядит эта схема в оригинале (без цепи частотной коррекции):

Благодаря применению полевого транзистора (КП303Ж) в обратной связи, такая схема работает как компрессор и выравнивает громкость голоса, изменяя коэффициент усиления в некоторых пределах.

Схема полностью рабочая, была проверена мной лично на макете и никаких проблем не вызвала. Такая схема очень удобна, например, для микрофонов в конферент-залах и переговорных. Но может быть использована и как предусилитель для микрофона при подключении к компьютеру.

Лично для меня она не подошла по той причине, что при изменении усиления, громче и тише становится не только голос, а так же и все посторонние звуки и шумы. А значит при обработке записи голоса не получится избавиться от шумов обычным шумодавом. Про обработку голоса читайте в этой статье.

Поэтому от АРУ пришлось отказаться и схема была урезана до обычного неинвертирующего усилителя с постоянным коэффициентом усиления. Такая схема тоже отлично справляется со своими обязанностями.

Читайте также:
Как сделать простой усилитель звука на транзисторах?

Коэффициент усиления

В таком случае коэффициент усиления задается резисторами R2 и R1, а если быть точнее, то он равен:

На таком усилителе можно задавать любой коэффициент усиления. Стоит лишь помнить, что обычно электретные микрофоны дают сигнал амплитудой до 50 мВ. На практике чаще всего это значение ограничивается 25-30 мВ.

Поэтому, если предполагается подключать микрофон в линейный вход компьютера, рассчитанный на сигнал 1 Вольт, то предусилитель для микрофона лучше рассчитать на коэффициент усиления порядка 20 ÷ 30.

Что касается конкретных значений сопротивлений, то лучше выбирать величины в диапазоне от 1 ÷10 кОм. Можно конечно использовать и бО’льшие значения сопротивлений, но не стоит забывать, что любой резистор сам по себе вносит шумы. Эти шумы тем больше, чем больше сопротивление резистора.

Когда я подключил предусилитель для микрофона к камере (Canon M50), у меня возникли некоторые трудности с коэффициентом усиления. Изначально я планировал установить его около 10. Тогда можно было бы установить на камере минимальное значение предусиления звука и все шумы должны были уйти в небытие…. Нооо….

Позже выяснилось, что даже при минимальном коэффициенте усиления, равном двум (R1=R2) сигнал записывается с перегрузкой.
И виной тому была перегрузка входных каскадов камеры. Поэтому я был вынужден увеличить значение резистора R1 вдвое. Это дало коэффициент усиления около 1,5. Зато все искажения как рукой сняло.

Не стоит думать, что при такой низком коэффициенте усиления предусилитель для микрофона бесполезен. На самом деле роль предусилителя состоит не только в увеличении амплитуды сигнала.

Очень большую роль играет согласование сопротивлений микрофона и входа камеры. Это не только облегчает жизнь камере, но и так же улучшает соотношение сигнал/шум и выравнивает АЧХ микрофона.

Однополярное питание усилителя

Важным моментом этих схем является необходимость в некоторых дополнительных манипуляциях, связанных с однополярностью питания.

Напряжение смещения ( 1 /2 питания) у нас уже создается на входе схемы и два резистора мы уже сэкономили. Но для того, чтобы это постоянное напряжение не пошло на выход там требуется конденсатор. Для этого нужен С3.

Так же стоит помнить — любой ОУ одинаково хорошо усиливает и переменное и постоянное напряжение. Поэтому необходимо превратить усилитель в усилитель переменного напряжения.

Для этой цели служит конденсатор С1. Благодаря нему коэффициент усиления по постоянному напряжению становится равным единице. А вот переменное напряжение усиливается в соответствии с заданным резисторами коэффициентом.

Частотная коррекция

Конденсатор С1 выполняет еще одну функцию. Вместе с резистором R1 они образуют RC-цепь, которая срезает низкие частоты. Т.е. работает как фильтр высоких частот.

Это очень удобный момент. Задав частоту среза порядка 30-80 Гц, мы избавимся от лишней низкочастотной составляющей на записи.

Расчет таких фильтров с упрощенными формулами был описан в статье RC-цепи, 5 самых ходовых схем фильтров и их простой рассчет.

Практически все нормальные микрофоны имеют в своем составе такие фильтры. На более дорогих моделях даже можно выбрать срезать на частоте 75 либо же 150 Гц.

В любом случае стоит сначала определиться с величиной резистора, а затем рассчитать под него конденсатор на желаемую частоту.

Для исключения самовозбуждения ОУ и ограничения звуковой полосы с верхней стороны используется конденсатор С2.

Принято считать, что человеческая речь лежит в диапазоне частот от 100Гц до 10кГц. Однако при редактировании записей, я неоднократно замечал, что хоть выше 10 кГц голоса и нет, но эти частоты все равно влияют на восприятие голоса. Поэтому частоту среза, на мой взгляд, лучше задать порядка 15кГц.

С его расчетом ситуация аналогичная. Сначала выбирается резистор, задающий коэффициент усиления (R2), а затем, по той же формуле, что С1 рассчитывается величина конденсатора С2.

Усилитель для микрофона готовая схема

Но меня все подмывал тот факт, что практически все ОУ которые есть у меня в наличии – сдвоенные, а я не люблю, когда половина операционника висит в воздухе. Как-то это не кошерно…

Поэтому недолго думая я перешел к своей любимой схеме — схеме усилителя для наушников. Она по сути такой же неинвертирующий усилитель, однако дополненная хитро включенным повторителем.

Причина перехода не только в желании задействовать оба операционных усилителя в корпусе микросхемы.

  • Во-первых мне давно хотелось попробовать эту схему при однополярном питании.
  • Во-вторых эта схема способна выдавать вдвое больший ток, при том же выходном напряжении. Это гарантирует отсутствие просадок и искажений сигнала на пути от предусилителя до записывающего устройства. Кабель то может быть и 5 и 10 метров.
Читайте также:
MP3-модуль и схема учёта реального времени

Поэтому оставалось просто добавить в нее входную цепь с микрофоном и изменить номиналы конденсаторов под нашу задачу.
Вот так в итоге выглядит конечная схема.

Выбор ОУ

Выбор ОУ в предусилитель для микрофона сильно зависит от источника питания. Если предполагается питание от 9 вольтовой кроны, то в таком случае подойдет большинство распространенных ОУ. Но мне с самого начала хотелось использовать литиевый аккумулятор формата 18650. Во-первых у них хорошая емкость, во вторых их легко заряжать при помощи готовых модулей.

Поэтому на роль ОУ в предусилителе был выбран AD8616. Отличные, недорогие и доступные сдвоенные ОУ. Но главное это то, что работают они в диапазоне напряжений питания от 2.5 до 5 Вольт, что просто идеально для литиевого аккумулятора и портатива в целом.

Единственным минусом может стать то, что они не выпускаются в dip корпусе. Но тут мне на помощь пришли переходники SO-8 в DIP8, которые я когда-то заказывал с АлиЭксперсс. Заказывал в этом магазине.

Печатная плата

После того, как я определился со схемой и опробовал ее на макете, пришла пора запилить печатную плату. Я уже несколько лет не делал печаток, но на удивление все получилось проще, чем я думал. Платы я развожу в P-CAD, поэтому нарисовал по быстрому схему и спустя несколько часов залипания в комп получил готовую печатку.

Плата была упакована в размеры 20х45мм. Такие размеры получились из-за выбранного корпуса, но они видятся мне удобными практически для любого корпуса. Указанные размеры соответствуют нарисованной по периметру полоске.

Скачать печатную плату предусилителя для микрофона вы можете по одно из ссылок ниже. Плата сохранена в формате ПДФ и готова к печати.

Я сделал два варианты платы, разница лишь в том, что первая как на рисунке выше, а вторая зеркальная. В случае использования зеркальной платы, после переноса она станет нормальной и детали следует располагать со стороны дорожек.

Изготовления платы ЛУТом.

Говоря, что лучше всего платы получаются при печати на страницах плейбоя. Раньше я так и делал, но в последнее время перешел на глянцевую с одной стороны бумагу. Жалко переводить интересные статьи на непонятно что….

В целом технология ЛУТ итак всем известна, и в ролике она показана, поэтому остановлюсь только на двух моментах.

  • Прожарку утюгом я делаю в течении минуты, а после закидываю плату в ближайшую книжку и встаю на книжку всем весом на 1-2 минуты.
  • Широкие места и дефекты переноса или печати я всегда промазывал перманентным маркером. В этот раз вместо перманентного маркера я воспользовался акриловым. При этом я ждал высыхания минут 10-15. Тем не менее он отлично справился и под ним ничего не травилось.

Подбор резистора R*

Сопротивление резистора R* сильно зависит от капсюлей. Для того чтобы подобрать резистор я сначала впаял многооборотный переменный резистор.

Покрутил его до нужного напряжения и отпаял. Сопротивление резистора составило ровно 6 кОм. Которого у меня не оказалось и пришлось собирать его из двух.

Однако, в случае с другими капсюлями, сопротивление может быть и 2 кОм и 8 кОм. Поэтому тут все очень индивидуально.

Корпус усилителя для микрофона

Теперь пару слов о корпусе. Для этих целей я использовал корпус от вэйпа. Он уже давно валялся у меня в шкафу и ждал своей участи. Он оказался просто идеальным вариантом, т.к. располагает отсеком для аккумулятора и имеет отверстия, которых мне будет достаточно для счастья.

Для начала я выкинул из него все что напоминает о его происхождении, а так же достал и прочистил контакты для аккумулятора. После этого на место кнопки был установлен выключатель от настольной лампы. Он идеально подошел по размеру, потребовалось только сделать пропил под фиксатор.

Для того чтобы минимизировать уровень шумов от предусилителя я решил экранировать корпус. Для этого в съемные стенки корпуса я вырезал кусочки медной фольги которые приклеил на двусторонний скотч. Впоследствии их я соединю с минусом аккумулятора.

Единственное, что меня смущало в этом корпусе, так это отверстие на передней панели. Но оно сыграло мне даже на руку.
Из оргстекла я вырезал вставку, которую приклеил к крышке. Она не только закрывала имеющуюся дырка но так же была призвана демонстрировать синий светодиод намекающий на включенность устройства.

Чтобы как-то разнообразить вставку, а заодно усилить свечение я выгравировал на ней символичное изображение микрофона. Теперь, даже издалека и при ярком свете, я всегда смогу увидеть включен ли мой микрофон.

Ну а теперь остается продеть провода через отверстие и подпаять их к плате.

Заключение

Вот такой вот получился предусилитель для микрофона. Я очень доволен получившимся результатом. Использование такого усилителя позволило свести к минимуму обработку звуковой дорожки. В видео по теме я вообще не обрабатывал звук. Он итак звучит очень хорошо. Поэтому если вы еще не смотрели ролик, но заинтересованы в таком предусилителе – советую вам это сделать. Иначе что, зря я старался?))

Читайте также:
Усилитель звука на 20 ватт

Единственное, что я бы сделал с голосом на пост обработке – наложил бы компрессию для большего удобства слушателя. В остальном голос звучит очень ровно и натурально. Даже несмотря на использование довольно дешевой петлички с непонятно каким капсюлем.

В планах прикупить нормальный оригинальный капсюль, например Phuillips 61A и радоваться жизни.

Спасибо за внимание, всем хорошего звука!

Статья подготовлена исключительно для сайта AudioGeek.ru

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название – АудиоГик. Материалы этого сайта – личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали :-)

Схема усилителя микрофона

Схема усилителя микрофона для использования в проектах микроконтроллеров. Большинство микроконтроллеров имеют вход аналого-цифрового преобразователя, который может дискретизировать аналоговый сигнал, включая звук. Даже используя Arduino, вы можете делать много крутых проектов, используя аудио информацию.

Электретный конденсаторный микрофонный усилитель для применения в микроконтроллерах

Например, вы можете сделать устройства с голосовым управлением, такие как аудио магнитофон, переключатель с голосовой активацией и другие интересные проекты, связанные со звуком. В этом посте я хочу немного рассказать, что представляет собой схема усилителя микрофона встроенная в цепь между электретным конденсаторным микрофоном и входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.

Вообще говоря, у вас не получится подключить электретный микрофон напрямую к выводу аналого-цифрового преобразователя и ожидать, что он будет работать. Поэтому, наиболее значимой здесь деталью является схема усилителя конденсаторного микрофона.

Предусилитель и схема усилителя электретного микрофона

Для конденсаторных микрофонов требуется питание от батареи или внешнего источника. Результирующий аудио сигнал выходит более сильный по сравнению с динамическим микрофоном. Во-первых, электретный микрофон — это не только конденсатор внутри, в нем уже есть предусилитель, обычно собранный на полевом FET-транзисторе, который подключается в общей конфигурации источника:

Во-первых, на электретный микрофон необходимо подавать напряжение через подтягивающий резистор стока. Его величина зависит от напряжения питания. Практическое правило — добавляйте 1 кОм на +1 вольт напряжения питания, то есть, нужно устанавливать 10 кОм на 10 вольт.

Для отключения полевого транзистора микрофона требуется отрицательное напряжение на затворе. Таким образом, когда напряжение подается через резистор, то небольшой тока (0,2 мА) проходит через транзистор, который является в некотором роде сопротивлением. Таким образом, он действует как делитель напряжения — поэтому, вы получаете предсказуемое смещение постоянного напряжения, которое изменяется в зависимости от температуры и выбранного резистора нагрузки.

В такой ситуации микрофон похож на источник тока, колеблющегося в пределах определенного уровня. Конденсатор на выходе микрофона устраняет смещение постоянного напряжения, и вы получаете низковольтный сигнал переменного тока с низким значением(10-50 мВ), который необходимо усилить еще больше.

Для микроконтроллера с источником питания +3,3v нам потребуется смещение постоянного напряжения VCC/2 и сигнал максимальной амплитуды VCC/2 для входа в канал аналого-цифрового процессора. Если мы не стремимся к очень высокому качеству звукового сигнала, то подойдут простые схемы микрофонного усилителя. Давайте рассмотрим несколько схем усилителя и посмотрим, что лучше всего использовать.

Транзисторный микрофонный усилитель с самосмещением

Это, наверное, самая простая схема усилителя, которая работает довольно хорошо. Самосмещающийся транзисторный микрофонный усилитель можно быстро собрать, используя несколько дискретных компонентов и печатную или макетную плату, но есть некоторые моменты, которые следует учитывать перед его выбором.

Несмотря на самостабилизирующийся ток смещения, этот транзисторный усилитель будет не так эффективен там, где температура окружающей среды сильно меняется. Но все таки, несмотря на некоторые недостатки, мне нравится эта схема, потому что она надежна и проста.

Комбинированный микрофонный усилитель смещения делителя напряжения

Так называемая схема микрофонного усилителя с делителем напряжения имеет гораздо лучшую термостабильность. Единственный недостаток заключается в том, что для этого требуется еще несколько пассивных компонентов, хотя еще одна пара резисторов не имеет большого значения, если вы получите значительное улучшение. Давайте посмотрим на эту схему более глубоко, чтобы понять, как она работает и как рассчитать значения ее компонентов. Эта схема имеет делитель напряжения R1 и R2, который выдает фиксированное напряжение на базе транзистора.

Изначально мы знаем, что:

Рекомендуется, чтобы ток, протекающий через эти резисторы, должен быть в десять раз больше, чем ток базы. Поэтому руководствуемся формулой: R2 = Vb/(10*Ib); и R1=(VCC — Vb)/(10*Ib).

Падение напряжения база-эмиттер составляет около 0,6v.

  • То есть = Ib+Ic
  • Ve = 10%*VCC;
  • Re = Ve/Ie;
  • Vb = Ve+0,6;

Имея в виду эти начальные параметры и условия, мы можем легко рассчитать значения схемы для усилителя электретного микрофона. Если мы собираемся подавать сигнал на АЦП микроконтроллера с питанием 3.3 VCC, то наш VCC = 3.3V. Тогда давайте воспользуемся транзистором общего назначения BC547C с коэффициентом усиления постоянного тока hfe = 520 и выберем ток коллектора Ic=1 мА.

  1. Нам нужно выходное напряжение смещения = 3,3v/2= 1,65v;
  2. Мы рассчитываем коллекторный резистор Rc = 1,65/1 мА=1650 Ом;
  3. Затем выберите стандартное сопротивление резистора 1,6 кОм;
  4. Напряжение эмиттера Ve = 10%*3,3v = 0,33v;
Читайте также:
Микрофонный усилитель на микросхеме для электретного микрофона

Поскольку Ic >>Ic, то вычисляем:

  • Re = Ve/Ie = 0,33/1 мА = 330 Ом
  • Базовое напряжение: Vb = Ve + 0,6v = 0,33+0,6 = 0,93v;
  • Требуемый базовый ток Ib = Ic/hfe = 1 мА/420 = 2 мкА;

Значения резисторного делителя:

  • R2 = Vb/(10*Ib) = 0,93/20 мкА = 46,5 кОм

Стандартное значение R2 = 47кОм;

  • R1 = (VCC-Vb)/(10*Ib) = (3,3-0,93)/20 мкА = 118,5 кОм

Стандартное сопротивление резистора R1 = 120кОм; Давайте построим эту схему в симуляторе LTSpice, чтобы увидеть, как она работает:

Его выход при амплитуде микрофонного сигнала 20 мВ:

Как видите, смещение постоянного тока на выходе слишком велико. Возможно, вам придется немного изменить значения резисторного делителя, чтобы получить его на уровне 3,3/2 VCC. В любом случае, более популярны недискретные транзисторные решения, в которых используются операционные усилители. Они более стабильны, производят меньше шума и компактны.

Последняя схема, которую мы собираемся рассмотреть, представляет собой простую схему микрофонного усилителя на базе операционного усилителя.

Электретный микрофонный предусилитель на базе ОУ

В данном случае мы будем использовать стандартный маломощный прецизионный операционный усилитель LT1215 IC. Из его таблицы данных мы можем узнать, что он может питаться от однополярного источника 3,3v. Построим инвертирующий усилитель со смещением средней точки по постоянному току.

Схема выглядит следующим образом:

Здесь показан выходной сигнал:

С операционным усилителем вычисления становятся более простыми. Делаем делитель напряжения с R1-R2 на точку VCC. Значит, оба резистора равны. Затем рассчитываем резисторы усиления по формуле:

  • Усиление = R3/R4

Если мы выберем Gain = 100 то берем R3 = 100k, тогда R4 будет иметь значение 1 кОм.

Важность входного конденсатора перед усилителем

Мы не упомянули важность входного конденсатора, который стоит перед усилителем. Во-первых, это фильтр смещения постоянного тока. Если есть смещение постоянного напряжения от микрофона, оно отфильтровывается, и проходит только сигнал переменного тока. Кроме того, он работает как фильтр высоких частот вместе с входным сопротивлением усилителя. Если вы хотите улавливать низкочастотные звуки, выбирайте конденсаторы более высокой емкости — 1u, 10, 100u.

Почему микрофоны тихие и как их доработать

Предисловие

Предложенный мной метод не бесплатен, зато он работает. Улучшение не подойдёт всем и каждому, потому что придётся потратить 2-3 тысячи рублей либо научиться читать электронные схемы и паять. Зато качество будет хорошим, позволит с комфортом говорить даже в паре метров от микрофона.

Проблема

У большинства дешёвых микрофонов чувствительность по умолчанию недостаточна для того, чтобы вас отчётливо слышали. Приходится кричать, но на постоянной основе так делать нельзя, оранье – занятие утомительное и вредное.

Внимательно изучив вопрос, я пришёл к выводу, что в ситуации виноваты производители, чрезмерно упрощающие конструкцию устройства. Отдав свои кровно заработанные 100-500 рублей, покупатель по сути получает модуль (капсюль) электретного микрофона без какой-либо электронной “обвязки”.

Электретный микрофон и стандартный штекер 3,5 мм jack. Такая конструкция не позволяет микрофону быть чувствительным, но записать звук можно

Всякие гибкие ножки, прищепки – это опциональная мишура. Формально такие микрофоны работают, но их чувствительность и качество записи невысоки (слышен шум). Ничто не мешает добавить в схему несколько электронных компонентов, улучшив способность микрофона улавливать тихие звуки.

Типичный представитель электретных микрофонов

Также я не рассматриваю вопрос покупки отдельной звуковой карты. Это уже было в статье “Как настроить микрофон, записать и обработать звук – инструкция для начинающих”.

В динамические микрофоны уже встроен усилитель

Схемы усилителей довольно просты, поэтому умеющие пользоваться паяльником люди переделывают микрофоны и наслаждаются жизнью.

Электронщики успешно дорабатывают микрофоны (источник)

Кстати, даже в дешёвых петличках за 100 рублей ставят неплохие электретные модули. Например, у меня есть микрофончик-прищепка Genius десятилетней давности, работает шикарно. После доработки, разумеется.

Кроме низкой чувствительности, на записях можно услышать негромкое шипение. Его можно подавить фильтрами в аудиоредакторе, но когда помехи слишком сильны, очистка от шума исказит полезную часть записи и голос зазвучит глухо, словно из бочки.

Шум (в 99% случаев это помехи от электромагнитных полей) появляется на нескольких этапах доставки звука:

  1. В электретном капсюле микрофона.
  2. В микрофонном предусилителе, если он имеется.
  3. При передаче сигнала по не экранированному от помех соединительному кабелю.
  4. В усилителе звуковой карты.

Наиболее больное место – звуковая карта компьютера. Замена на более качественную и/или вынос за пределы корпуса компьютера может избавить от шума, но не у всех есть деньги на подобный апгрейд.

Чаще всего пользователь остаётся один на один с дешёвым микрофоном, воткнутом в фоняще-шипящую звуковую карту, распаянную на материнской плате компьютера. Можно попытаться сделать звук громче программно.

Читайте также:
Как сделать усилитель звука для наушников?

Как программно усилить звук

Может оказаться, что звуковая карта в компьютере установлена хорошая. Тогда включение усиления микрофона поможет.

Жмите правой кнопкой по значку динамика

Правой кнопкой по подключённому микрофону – Свойства

В свойствах найдите вкладку “Уровни”, там будут настройки усиления звука.

Усиление микрофона на вкладке “Уровни”. Не забудьте нажать ОК

В зависимости от драйвера звуковой карты вместо ползунков может быть опция “Mic boost” или вовсе ничего.

К сожалению, с полезным звуком усиливается шум.

Если не засовывать микрофон в рот и не включать усиление, тихая запись в аудиоредакторе выглядит так:

Те, кто работал в Audacity, сразу поймут: запись недостаточно громкая. Включаем усиление и… увы, вместе с голосом усилится шум:

Для общения по Скайпу это приемлемо. А если в драйвере можно включить фильтр шумоподавления, жизнь прекрасна. Пускай голос звучит словно из бочки – слова разобрать можно и ладно.

Но для записи подкастов, видеуроков и тем более вокала нужен хороший источник звука. Никто не захочет слушать постоянное “шшш” на фоне даже самого приятного голоса в мире.

Помните!

Усиление чувствительности микрофона не всегда способствует качественной записи: чем лучше слышны окружающие звуки, тем сильнее они зазвучат на записи. И если вы записываете подкаст в комнате с чирикающим попугайчиком, сильное усиление сигнала будет только мешать. Нужно поймать баланс между чувствительностью, шумом помех и фоновыми звуками так, чтобы при обработке от лишних элементов можно было избавиться.

Как правильно подключить микрофон

Чтобы добиться качественного звучания, нужно знать, как подключить микрофон к компьютеру. Не все понимают, что за разноцветные входы расположены на задней панели настольного компьютера. С ноутбуками проще: возле разъёмов всегда найдутся поясняющие значки, на настольных ПК это роскошь.

(Могут наличествовать разъемы для подключения дополнительных колонок, что отлично подходит для создания домашнего кинотеатра, они нам не нужны.)

Основных разъёма три: выход на колонки (наушники), микрофонный и линейный входы, каждому присвоен определённый цвет.

Зачем нужны микрофонный вход и выход на динамики/наушники, понятно из названия. А с линейным (Line in) ситуация интереснее. Он тоже предназначен для записи звука, но устроен проще.

Микрофонный вход Линейный вход
Подаётся напряжение 2 – 5 Вольт, точная величина зависит от модели звуковой карты Выходного напряжения нет
Установлен предусилитель, усиливающий сигнал примерно в 30-50 раз Усилителя нет

На устройство, подключённое к микрофонному разъёму, подаётся напряжение (так называемое “фантомное питание”), а обратный сигнал проходит через усилитель. Отсюда и возникает шум на записи: во-первых, подаваемое питание имеет свою частоту, во-вторых, электронные компоненты звуковой карты ловят и делают громче все помехи и сигналы с микрофона и окружающих устройств.

Линейный вход фантомного питания не имеет, да и усилителя как такового нет. Сигнал нужен мощный, но зато при оцифровке сигнала примешивается минимум постороннего шума. Например, можно взять старый кассетный плеер и подключить к Line in его выход на наушники – так получится оцифровать аудиокассеты.

Электретные и конденсаторные микрофоны нельзя просто взять и подключить к линейному входу. Точнее, электретный заработает, но без питания он, будучи генератором очень слабого тока, выдаст слишком тихий звук, практически неслышимый.

Что же делать? К чему знать эту заумь? А к тому, что существует два вида усилителей, способные повысить громкость звука, подключаемые либо к микрофонному, либо к линейному входам. И нужно понимать, какой вариант вам подходит.

  1. Встроенные в микрофон, питающиеся от идущего по микрофонному кабелю напряжения. Усиливают сигнал до 10 раз (в децибелах точно не могу сказать), сильно уязвимы для помех.
  2. Со внешним питанием от батареек или отдельного блока. Могут усиливать сигнал в 10-1000 раз и подключаются к линейному входу. Шум никуда не исчезает, но относительно полезного сигнала он в сотню раз тише, поэтому, подключив даже дешёвую сторублёвую петличку через усилитель, можно получить качественный звук.

То есть в идеале микрофон нужно подключить через усилитель к линейному входу и всё будет ОК.

Готовые усилители

Дорогие варианты рассматривать не буду, извините. Предполагается, что бюджет предельно ограничен.

На Алиэкспресс устройства нужно искать запросами “микрофонный предусилитель” и “предусилитель микрофона”. Самые дешёвые варианты стоят полторы-две тысячи рублей. Предназначены для караоке, но, если не выкручивать на полную громкость, можно подключить к линейному входу.

За три тысячи рублей можно найти полноценный предусилитель, к которому еще и музыкальный инструмент подключается. Например, гитара со звукоснимателем.

Для подключения дешёвого компьютерного микрофона понадобится переходник 3.5 мм джек > 6.3 мм джек. У компьютера должен быть линейный вход.

И не стоит забывать про такое чудо, как конденсаторный микрофон BM 800, завоевавший голосовые связки ютуберов, обозревающих товары из китайшопов:

Читайте также:
Самодельный усилитель к наушникам

BM 800 микрофон для компьютера Конденсаторный 3.5 мм Проводной

Уточняю: я не рекомендую его к покупке. Не совсем понятно, при каких условиях он нормально работает, слишком уж противоречивы отзывы. Но иногда ВМ 800 можно найти за 300-500 рублей, что не сильно дороже примитивных электретных, зато с предусилителем. Но подключается он к микрофонному входу, а значит – привет, помехи звуковой карты.

Делаем усилитель сами

Сразу предупреждаю: питать от блока питания самодельные микрофонные предусилители нежелательно – придётся городить отдельную схему для фильтрации питания от помех. А батарей хватит надолго и по части питания проблем не будет.

Готовый микрофонный модуль на микросхеме MAX9812

Самый простой вариант – купить микрофонный модуль для Ардуино на микросхеме MAX9812 (70 рублей), кабель (30 рублей), штекер 3,5 мм (15 рублей) и батарейку-таблетку CR-2032 (от 30 рублей). Компоненты обойдутся рублей в 150.

Платку можно превратить в полноценный микрофон, обладая минимальными навыками пайки или попросив спаять тех, кто умеет.

Штекер втыкается в линейный вход, батарейки хватит надолго.

Усиление в 3-5 раз на фантомном питании

Этого достаточно для общения по Скайпу, глотать микрофон вам больше не придётся.

Если в вашем городе есть нормальные магазины радиодеталей, стоит к ней присмотреться, ибо все компоненты типовые. У меня в Ессентуках нет ни одного нормального магазина радиодеталей, не нашёл даже конденсатора подходящего номинала, пришлось заказывать через интернет. Транзистор не обязательно должен быть BC547, аналогов много, они легко гуглятся.

Подключается к микрофонному входу компьютера или видеокамеры. То есть этот вариант – портативный, можно улучшить запись видео, если камера поддерживает подключение внешних микрофонов.

Доработка дешева и эффективна, но требует экранированного кабеля, иначе шипение слишком заметно, ибо микрофонный вход всё-таки.

Усиление в 3-5 раз с питанием от батарейки

Аналог модуля для Ардуино, вместо микрочипа используется транзистор.

Подключается к линейному входу, шум минимален. Просто, но подходит только для изначально чувствительных микрофонов, т.к. коэффициент усиления маловат.

Усиление в 10-1000 раз, питание от батарей

В своих изысканиях остановился схеме, которую подглядел где-то в теме на форуме РадиоКота. Я перерисовал её в программе Qucs-S, чтобы протестировать и убедиться в правильности номиналов.

P1 и P2 – плюс и земля электретного микрофона соответственно, P3 и P4 подключаются к линейному входу компьютера.

В реальности схема оказалась очень чувствительной, стало слышно дыхание попугая в клетке в двух метрах от меня, пришлось добавить резистор R6 на 10 кОм, чтобы приглушить сигнал от микрофонного капсюля. Также на выходе усилителя может быть слишком большая амплитуда сигнала, поэтому её тоже можно ограничить резистором, поставив его перед выводом P3.

Работает от двух аккумуляторных батарей АА, на сколько их хватит не знаю, за неделю не сели.

Если вы радиолюбитель, сразу увидите возможности по доработке. Или возьмите другие из темы по ссылке выше, их там десятки, одна лучше другой. Также есть схемы усиления на сайте radiomaster, требующие небольшой доработки – для подключения электретного микрофона нужно подать на него напряжение согласно его даташиту. На схеме выше это сделано с помощью резистора R3 на 3 кОм.

Напоследок

Микрофон – простое устройство, которое можно сильно доработать. Если до этого не паяли – не беда, инструкций в интернете полно, а недорогой паяльник, кусочек канифоли и олова можно найти во многих магазинах хозяйственных товаров.

В крайнем случае обратитесь в ближайший сервис-центр по ремонту техники, любая из приведённых схем человеку с опытом покажется примитивной и простой.

Если у вас остались вопросы, мои комментарии всегда открыты для вас.

Микрофонный усилитель и УНЧ для ЦАП и АЦП микроконтроллера

Усилители сигналов для АЦП и ЦАП микроконтроллера

В статье изложены подходы по построению схемотехники усилителей для микрофона и динамиков в микроконтроллерной технике. Занимаемое элементами усилителей пространство не превышает

Предисловие

Хотел применить в проекте синтезатор речи в реальном времени на основе библиотеки
ESP8266Audio — supports ESP8266 & ESP32
Автор порта библитотеки предлагает подключать динамик используя один транзистор

Use the AudioOutputI2SNoDAC object instead of the AudioOutputI2S in your code, and the following schematic to drive a 2-3W speaker using a single $0.05 NPN 2N3904 transistor:

Я так и сделал. Но оказалось, что транзистор греется т.к. каскад работает в режиме класса A. Стабилизатор напряжения 300mA просто не справился с питанием контроллера и такого усилителя. Не говоря уже про питание от батареи, которую пришлось бы ставить не оправданно большей емкости, по сравнению с применением усилителя класса AB, B или C. Пришлось искать различные варианты. Так же рассмотрены варианты усилителей для микрофона. Напряжение питания усилителей однополярное 3V. 5V

Усилитель на одном транзисторе для микрофона

Первое и самое простое это каскад с общим эмиттером. В качестве микрофона будем использовать электретный микрофон. В нем использован предусилитель на полевом транзисторе. Для его питания нужен источник питания

Читайте также:
MP3-модуль и схема учёта реального времени

Мне нравится схема с использованием Collector-Feedback Bias. Во первых в ней на один резистор меньше по сравнению с классической схемой на делителе и за счет отрицательной обратной связи компенсирует разброс в коэффициенте усиления транзистора.

Для примера зададимся резистором коллектора 18 KOm для усиления в 50 раз резистор в эмиттере будет (упрощенно, т.к. мы не учитываем внутреннее сопротивление эмиттера) 18000 / 50 = 360 Om

Поскольку входное сопротивление АЦП обычно составляет сотни KOm можно немного увеличить сопротивление коллектора и достичь большего усиления. Важно чтобы сопротивление следующего каскада (в нашем случае вход АЦП) имело большое входное сопротивление, что бы наш усилитель мог «раскачать» сигнал. Иначе придется увеличивать ток через коллектор уменьшая резистор в коллекторе, а это приведет к уменьшению усиления в целом

Сопротивление в эмиттере используется для стабилизации режима транзистора за счет отрицательной обратной связи. Если подключить параллельно этому резистору конденсатор, то отрицательная обратная связь по переменному напряжению исключается и каскад имеет коэффициент усиление как у самого транзистора «по документации».

Еще один момент. надо задать выходное напряжение на коллекторе, равное половине полной рабочей шкалы напряжения АЦП. Шкала ESP32 без аттенюаторов 1.1V. Смещением базы R10 выставляем на коллекторе 0.5V… 0.6V

  • 0 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_0) gives full-scale voltage 1.1 V
  • 2.5 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_2_5) gives full-scale voltage 1.5 V
  • 6 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_6) gives full-scale voltage 2.2 V
  • 11 dB attenuation (ADC_ATTEN_DB_11) gives full-scale voltage 3.9 V

Можно сделать смещение на коллекторе близкое к половине напряжения питания и увеличить коэффициент усиления каскада, но добавив аттенюатор. Однако, вносить ослабление не рекомендуется, поскольку нам понадобится большее усиление

Схема и расположение на плате

Усилитель на трех транзисторах для динамика

Для усилителя применим схему на трех транзисторах с выходным каскадом в режима AB. Зададим ток покоя порядка 5 — 10 mA. Ток покоя устанавливается резистором R4. R15 устанавливает половину напряжения питания на эмиттерах

Схема и расположение на плате

Усилитель на операционном усилителе для микрофона

Ниже ссылка на наиболее распространенные решения с расчетами для микрофонного усилителя

Хорошая статья по предотвращению помех по питанию в схемах op amp
Операционный усилитель с однополярным питанием

Схема и расположение на плате усилитель для микрофона и динамика

” />

Расчеты конденсаторов

C2 = 0.33nF $” data-tex=”inline”/>

C5 = 2.2µF $” data-tex=”inline”/>

C14 = 0.1µF $” data-tex=”inline”/>

Можно использовать любой операционный усилитель, даже LM358 или LM322 (LM324 четыре усилителя в одном корпусе). Рекомендуется выбирать усилитель с выходом Rail-to-Rail для достижения большей амлитуды на выходе

Усилитель на операционном усилителе для динамика. Параллельное включение

Поиски использования параллельного включения операционного усилителя для раскачки более менее приемлемой мощности привели на интересные решения.
Один человек взял аж 60! усилителей и сделал себе подарок на юбилей. Вот это я понимаю.

Микросхема семейства TS922 способна отдавать 80 мА на нагрузку 32 Ом

Комбинированная схема с операционным усилителем и каскадом класса B, AB
Small audio amplifiers

Что бы хотелось попробовать в будущем

Добавить возможность автоматической регулировки усиления. Например на основе такого решения Использование усилителя с АРУ как мягкого ограничителя уровня сигналов


Для «сжатия» уровня входного сигнала, чтобы уровень выходного сигнала не зависел от громкости говорящего в микрофон применяют SSM2167. Это предусилитель микрофона с регулируемой компрессией. Но выходное напряжения ограничен 0.7V и смещение на выходе 1.4V. Для согласование со входом АЦП потребуется каскад с небольшим усилением.


The output impedance of the SSM2167 is typically less than 145 Ω, and the external load on Pin 9 should be >5 kΩ. The nominal output dc voltage of the device is approximately 1.4 V;therefore, a blocking capacitor for grounded loads must be used.

Заключение

Использование транзисторных усилителей в современной электронике оправдано когда нет возможности купить специализированные микросхемы такие как stereo — PAM8403, PAM8406 или mono PAM8302A, PAM8304, NS4150. Где PAM8406 — Абсолютный фаворит если нужен стерео усилитель с однополярным питанием. Его цена стремится к 2$ за 10 штук. Есть возможность включения режима усиления выходного каскада в режим AB

В качестве микрофонного усилителя можно использовать mems микрофоны с I2S интерфейсом, такие как INMP441. В этом случае использование усилителя отпадает и микрофон подключается непосредственно через интерфейс I2S к контроллеру

Разводка одного из вариантов платы с усилителями на транзисторах сделанная в Autodesk EAGLE

Autodesk Eagle PCB GitHub

С чего все началось

Плата была изготовлена на фабрике JLCPCB.
Качество мне понравилось, но мне не с чем сравнивать, разве что с травлением в хлорном железе.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: