Темброблок на tl072 схема с однополярным питанием. высококачественный предусилитель «nataly»

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.

Схема усилителя

Есть очень много способов собрать усилитель, но эта схема отличается свое простотой и она основывается на классическом транзисторном каскаде, где устанавливается общий эмитер. Также для ее сборки не требуется приобретать дорогостоящие детали. На ее изготовление потребуется лишь один час свободного времени. Схема в работе потребляет – 9 мА тока, а в состоянии покоя – 3 мА.

Она имеет два конденсатора и два резистора, один штекер, транзистор и электретный микрофон. Плата усилителя получается очень маленьких размеров, которую можно прикрепить к штекеру, если она имеет чуть большие размеры, то тогда нужно взять какую-либо пластмассовую деталь для изготовления корпуса.

Принцип ее работы таков, что через резисторы R1 и R2 идет питание элементов, для того чтобы предотвратить обратную связь в частотах подаваемого сигнала применяется конденсатор С1, резистор же нужен для устранения посторонних щелчков при подключении в работу микрофона. Сигнал исходит от резистора и идет для его усиления на транзистор. Благодаря этой схемы сигнал динамического микрофона может увеличиться в два раза.

Достоинства и недостатки

Преимущества электретных микрофонов:

Низкая цена комплектующих и производства. Если сравнивать с другими моделями, то электретные дешевле на 20-30%.
Широкий спектр применения. Они устанавливаются в смартфоны, персональные компьютеры, гаджеты для прослушки.
Высокое качество звука. Устройства используют для измерения звука.
Возможность использовать разные типы подключения. Они поддерживают XLR, 3,5 мм и т.д.
Хорошая чувствительность и долговечность мембраны.
Устойчивость к повреждениям и воздействию воды.

Недостатки:

Необходимость установки усилителей.
Потребность в дополнительном источнике питания.

Как подключить электретный микрофон к компьютеру

Электретные микрофоны – это небольшие устройства, которые из-за своего размера и относительно хорошего качества обычно используются в электронном оборудовании, в том числе смартфонах, компьютерах, ноутбуках, акустических переключателях, домофонах, перехватчиках, компьютерных микрофонах и гарнитурах.

На рынке представлены электретные микрофоны в базовой версии – емкость с двумя или тремя наконечниками, а также модели, адаптированные для домашнего, студийного, сценического и корпоративного использования, которые оснащены разъемами XLR или разъемами 3,5 мм. Электретные микрофоны также могут быть в форме плоских устройств, называемых конференц-микрофоны.

К компьютеру можно подключить как устройство с разъемом 3,5 мм, так и микрофон с разъемом XLR.

Электретный микрофон с разъемом 3,5 мм может быть наушником, галстучным или стоящим микрофоном. Эти типы моделей используются для передачи видеозвонков, записи видео и потокового звука во время воспроизведения.
Электретный микрофон с разъемом XLR – профессиональное устройство, используемое для записи вокала. Его можно подключить к компьютеру с помощью адаптера 3,5 мм или через аудиоинтерфейс.

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.

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.

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

Здесь и дальше пойдёт речь об электретных микрофонах, как самых доступных на рынке. И, частично, конденсаторных. Не динамических!

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.

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:

В электретном капсюле микрофона.
В микрофонном предусилителе, если он имеется.
При передаче сигнала по не экранированному от помех соединительному кабелю.
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.

Микрофонный усилитель для электретного микрофона

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

Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1
Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

Подробнее

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.

Электрические параметры.

Номинальное напряжение питания – +6В.

Ток потребления при Uп = 6В, Т = -45… +70С, не более – 5мА.

Коэффициент усиления напряжения с внутренней обратной связью при Uп = 6В, f = 1МГц, Uвх. = 1мВ, Rн = 10кОм, Т = +25С:

типовое значение – 250.

Коэффициент усиления напряжения без внутренней обратной связи при Uп = 6В, f = 1МГц, Uвх = 1мВ, Rн = 10кОм, Т = +25С, типовое значение – 3000.

Нормированное напряжение собственного шума при Uп = 6В, f = 1МГц, Uвх = 1мВ, Rг = 500Ом, Rн. = 10кОм, Т = +25С, не более – 5нВ/√Гц, типовое значение – 2,1нВ/√Гц.

Максимальное выходное напряжение Uп = 6В, Rн = 2кОм, Кг = ≤ 10%, Т = -45С, не менее 0,5В, типовое значение – 1В.

Верхняя частота среза при Uп = 6В, Rн = 2кОм, Kу = 100, Т = +25С, типовое значение – 3МГц.

Входное сопротивление – 10кОм.

Предельные эксплуатационные данные.

Максимальное напряжение питания – 7,5В.

Максимальное входное напряжение – 200мВ.

Минимальное сопротивление нагрузки (кратковременное) – 0 Ом.

Температура окружающей среды, длительное воздействие: –45… +70С, кратковременное воздействие: –60… +125С.

Принцип действия электретного микрофона

Прибор сделан из деталей, состоящих из жесткой части и мягкой — пленки. Электроны попадают в нее, но не могут свободно пройти. Из-за этого вокруг материала образуется электрический заряд, который сохраняется достаточно долго. Сверху пленка специально покрыта сталью, выступающей в качестве электрода. А рядом расположен железный цилиндр, повернутый плоской стороной к кольцу.

Мембрана передает акустические волны, после чего создается ток. Сила образованного тока слишком мала, а сопротивление для него большое. Это затрудняет передачу аудиосигнала. Чтобы согласовать все параметры устройства и заставить его работать, устанавливается специальный каскад. Он состоит из униполярных транзисторов. Работа микрофона основывается на способности некоторых материалов подстраивать электрический заряд.

Чтобы проверить, возможно ли комбинировать устройства, достаточно сравнить значения, полученные с помощью мультиметра. Если после измерений величина составила 2-3 Вт, то они смогут работать вместе.

Как работает электретный микрофон?

По своей структуре и принципу функционирования электретные микрофоны можно отнести к разряду конденсаторов, за исключением того, что постоянное напряжение обеспечивается за счет заряда электрета. Электрет наноситься на мембрану и, по своим свойствам, способен сохранять заряд достаточно продолжительное время.

В связи с тем, что данному классу микрофонов свойственно высокое выходное сопротивление, в их корпусе размещают истоковый повторитель на полевом транзисторе. Вследствие чего выходное сопротивление снижается до величины 3…4кОм, что, при подключении к входу микрофонного усилителя, ведет к уменьшению потери сигнала.

Широкое распространение получили электретные микрофоны с тремя и двумя выводами. Трех выводные микрофоны имеют истоковый выход, а двух выводные сконструированы по принципу усилителя с открытым стоком.

Электретные микрофоны, являясь очень качественными и умеренно дорогими, имея высокие акустические показатели, по многим показателям превосходят динамические микрофоны.

Для оптимального функционирования микрофона необходимо, при подключении его к входу усилителя, подать на него необходимое питание. В зависимости от модели прибора диапазон напряжения может составлять от 1,5В до 12В.

Особенностям строения трех выходного электретного микрофона, характерно соединение минуса с корпусом. Питание осуществляется непосредственно через плюсовой выход. Далее через разделительный конденсатор, осуществляется подключение к входу усилителя мощности.

Для двух выходного электретного микрофона характерна подача питания через ограничительный резистор на положительный выход. Выходной сигнал снимается тут же. Далее, сигнал так же подается через разделительный конденсатор на вход усилителя мощности.

Электретный микрофон представляет собой своего рода конденсатор емкость которого меняеться в зависимости от звукового давления на его обкладку. Для того чтобы услышать эти слабые колебания нужен усилитель с хорошим коэффициентом усиления.

Для получения хорошего усиления возьмем транзисторы с коэффициентом усиления порядка 220. Этим требования удовлетворяют транзисторы bc547. Схему будем собирать на монтажной плате. Схема имеет 3 каскада

При подключении самого электретного микрофона важно соблюдать полярность. Минусом на нем является тот вывод который соединен с корпусом

В случае ошибки работать не будет!

В качестве нагрузке я использовал обычные наушники, которые подключил в цепь коллектора последнего транзистора. Напряжение питания всей схемы 5 Вольт. Напряжение подавалось от платы USBasp для прошивки микроконтроллера) Привожу схему подключения электретного микрофона которая у меня получилась:

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.

Улучшеные усилители для чувствительных микрофонов

Применение в выходных каскадах УНЧ низкоскоростных ОУ и эксплуатация кремниевых транзисторов в усилителях мощности в режиме без начального смещения (ток покоя равен нулю — режим В) может, как это уже отмечалось выше, привести к переходным искажениям типа “ступенька”. В этом случае для исключения данных искажений целесообразно изменить структуру выходного каскада таким образом, чтобы выходные транзисторы работали с небольшим начальным током (режим АВ).

На рисунке 4 представлен пример подобной модернизации приведенной схемы усилителя с дифференциальным входом (рисунок 3).

Рис.4. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и с низким уровнем искажений выходного каскада.

Элементы для схемы на рисунка 4 :

R1=R2=20к (равно или немного выше максимального сопротивления источника в рабочем диапазоне частот),
RЗ=R4=1м-2м; R5=2к-10к, R6=1к-Зк,
R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6),
R8=10, R10=10к-20к,R11=10к-20к;
С1 =0.1-0.22, С2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
ОУ — К140УД8, КР1407УД2, КР140УД12, КР140УД20, КР1401УД2Б или другие ОУ в типовом включении и желательно с внутренней коррекцией;
Т1, Т2 — КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные;
D2, D3 — КД523 или аналогичные;
М — МД64, МД200, МЭК-3 или аналогичный (в),
Т — ТМ-2А .

На рисунке 5 представлен пример УНЧ на транзисторах. В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию шумов УНЧ. Схема во многом аналогична схеме на рисунке 2. Для увеличения доли полезного сигнала низкого уровня на фоне неизбежных помех в схему УНЧ включен полосовой фильтр, обеспечивающий выделение частот в полосе 300 Гц -3.5 кГц.

Рис.5. Схема УНЧ на транзисторах с полосовым фильтром и варианты подключения микрофонов: а — УНЧ с полосовым фильтром, б — подключение динамического микрофона, в — подключение электретного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 5 :

R1=43к-51к, R2=510к (подстройка, Uкт2=1.2В-1,8В),
R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=8.2к,
R6=8.2к, R7=180, R8=750; R9=150к, R10=150к, R11=33к,
R12=620, R13=820-1,2к, R14=200-330,
R15=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В), R16=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2мА);
С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15-0.33, С3=1800,
С4=10мкФ-20мкФ, С5=0.022, С6=0.022,
С7=0.022, С8=1мкФ, С9=10мкФ-20мкФ, С10=100мкФ-500мкФ;
Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные;
Т4, Т5 — КТ3102, КТ315 или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП38А,
Т6 — КТ3107 (если Т5 — КТ3102), КТ361 (если Т5 — КТ315) или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП42Б (если Т5 — МП38А);
М — МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
Т — ТМ-2А .

В данной схеме также целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током коллектора (Iк0), например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные. Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (устаревшие транзисторы МП38А и МП42Б и т.п.).

Настройка схемы, как и в случае схемы УНЧ на рис.11.2, сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах Т2 и Т5, Т6: 1,5В — на коллекторе Т2 и 1,5В — на эмиттерах Т5 и Т6.

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.

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.

Достоинства и недостатки

Преимущества электретных микрофонов:

Низкая цена комплектующих и производства. Если сравнивать с другими моделями, то электретные дешевле на 20-30%.
Широкий спектр применения. Они устанавливаются в смартфоны, персональные компьютеры, гаджеты для прослушки.
Высокое качество звука. Устройства используют для измерения звука.
Возможность использовать разные типы подключения. Они поддерживают XLR, 3,5 мм и т.д.
Хорошая чувствительность и долговечность мембраны.
Устойчивость к повреждениям и воздействию воды.

Недостатки: