Микрофонный усилитель своими рукам

Усилитель для микрофона

Особенностью многих микрофонов является низкий уровень выходного сигнала — нельзя просто взять и подключить микрофон к линейному входу, например, компьютера, громкость в этом случае получится мизерная. Поэтому большой популярностью среди радиолюбительских схем пользуются различные усилители для микрофонов. Можно встретить схемы разного уровня сложности и навороченности, в том числе оборудованные дополнительными системами, например, АРУ (автоматическая регулировка уровня), что иногда бывает полезно. Однако основное, что требуется от схемы усилителя — всего лишь поднять амплитуду переменного сигнала с микрофона до нужного уровня (обычно 1-2 вольта), чтобы громкости стало достаточно для линейного входа компьютера. Представленная ниже схема отлично справится с этой задаче, и что самое главное, она состоит из максимально дешёвых радиодеталей, купить всё необходимое можно буквально за 30-50 рублей. Если сравнить это со стоимостью фирменных заводских устройств, становится очевидна финансовая выгода сборки электроники своими руками.

Номиналы компонентов схемы приведены ниже:

• R1 — 100 Ом
• R2, R5 — 56 кОм
• R3, R7, R8 — 4,7 кОм
• R4 — 220 Ом
• R6 — переменный резистор 47 кОм
• С1 — 1000 мкФ
• С2 — 10 мкФ
• С3 — 47 мкФ
• С4 — 3,3 мкФ
• С5, С6 — 3,3 нФ
• DA1 — КР551УД2А

Источник

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.

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.

Источник

Микрофонный усилитель для компьютера

Нередко возникает необходимость записать на компьютер звук (или видео со звуком). Проблем нет, если источник звука (диктор) рядом с микрофоном, не дальше полуметра. Все компьютерные микрофоны (в том числе и в гарнитурах и в WEB-камерах) имеют низкую чувствительность, даже разговаривая по Skype и используя встроенный в WEB-камеру микрофон приходится почти кричать, сидя в метре от камеры.
В школах при проведении пробных экзаменов требуется записать всё происходящее в классе в течение всего экзамена, причём с хорошим звуком, чтобы можно было услышать подсказки. Поэтому озадачился простеньким микрофонным усилителем, позволяющим сделать разборчивую запись негромкого разговора с пары метров.

Для начала выяснил параметры питания микрофона, которое обеспечивает звуковая карта компьютера. По результатам измерения четырёх компьютеров и двух внешних USB-карт нарисовалась такая картина: напряжение 2,5 В, ток короткого замыкания от 0,5 до 1 мА. Негусто, но для однотранзисторного усилителя вполне хватит. Входы бывают как моно, так и стерео, питание может подаваться как на отдельный от входа контакт гнезда, так и совместно (фантомное питание). Поэтому универсальная схема, которая работает с любым вариантом входа, получилась такая:

Микрофон – любой электретный, мне под руку попалась пара из телефонных трубок, но можно использовать совершенно любые: из магнитол, сотовых телефонов. Все, которые попадали мне в руки, питались током 230…300 мкА и им было достаточно напряжения 1,2 В. Не перепутайте полярность, минусовой вывод микрофона соединён с его корпусом. Дорожки этого соединения видно, если посмотреть на выводы микрофона. Или плюсовой вывод имеет маркировку.

Транзистор – малошумящий, например КТ3102, КТ342, BC945. Вообще, можно поставить трёхконтактный разъём и вставлять в него по очереди все имеющиеся транзисторы, таким образом подобрав самый малошумящий и с максимальным усилением.
Ёмкость С1 некритична, от 0,47 мкФ до 4,7 мкФ. Желательно плёночный, но вполне подходит и керамика. Электролитический здесь ставить нельзя, они все имеют утечку , пусть и небольшую, но нескольких микроампер хватит, чтобы нарушить режим работы транзистора.

С2 ёмкость 47 или 100 мкФ, на любое напряжение более 2.5 вольт, можно как электролитический, так и танталовый или твердотельный полупроводниковый.
Резисторы любые, допустимое отклонение номиналов 20%. Возможно, R3 придётся подобрать, если звук будет искажаться на малой громкости, его номинал зависит от h21э транзистора. Искажения на большой громкости вызываются перегрузкой входа, просто нужно убавить чувствительность в системном микшере Windows.

R1 R2 C2 образуют фильтр питания для микрофона. Одновременно R2 является коллекторной нагрузкой транзистора (по переменному току), которая включена параллельно резистору внутри звуковой карты (который является коллекторной нагрузкой для транзистора по постоянному току). К сожалению, суммарное сопротивление этих двух резисторов получается небольшим, что не позволяет получить значительное усиление. Поэтому схема усиливает всего в 4-5 раз по напряжению. Большее усиление без внешнего питания получить невозможно. Но для большинства практических случаев этого достаточно. Достоинством схемы является простота и отсутствие внешнего питания.

Схему собрал на кусках макетки, вот комплект деталей для двух микрофонов.

Поскольку схема чувствительная, то встаёт вопрос борьбы с фоном и наводками. Лучшее решение – использовать в качестве электростатического экрана металлический корпус. Мне под руку попались контура УПЧИ от ламповых телевизоров. В них и отверстие для микрофона уже есть.

Перед окончательной сборкой.

Задняя крышка деревянная, вырезана из планки от тарного ящика. Крепится к корпусу маленьким шурупом (саморезом). Обратите внимание, к корпусу припаян провод, соединённый с общим проводом схемы. Плата и микрофон фиксируются внутри кусками поролона. Микрофон нужно отцентровать, чтобы его входное отверстие совпало с отверстием в корпусе. Если будет использован другой способ крепления платы, то при необходимости её нужно заизолировать от корпуса изолентой или термоусадкой.

Теперь подключаем наше изделие в микрофонный вход (розовый), в микшере Windows на вкладке «Уровень записи» ставим галки «Откл» на все входы, кроме микрофонного, ставим усиление на максимум.

Также в дополнительных параметрах микрофона включаем дополнительное усиление (это может быть галочка либо ползунок, в зависимости от драйвера).

Запускаем программу «Звукозапись» (находится в Пуск — > Все программы -> Стандартные -> Развлечения) и делаем пробную запись.

Источник