Назначение микрофонного усилителя
Микрофонным усилитель предназначен для усиления слабых сигналов микрофона и его согласования с последующими каскадами. Коэффициент усиления выбирают таким, чтобы номинальный уровень сигнала на выходе был в пределах 200…400 мВ. При необходимости в микрофонный усилитель вводит частотную коррекцию, чтобы компенсировать неравномерность АЧХ используемого микрофона.
Особенностями микрофонного усилителя являются работа при малых уровнях входного сигнала (номинальная ЭДС, развиваемая разными типами микрофонов, составляет 0,1…0,8 мВ) и совместная работа с источником сигнала, имеющим низкое внутреннее сопротивление (500...2000 Ом), которое остаётся постоянным в широком диапазоне рабочих частот.
Основные сложности при разработке этого узла связаны с достижением низкого уровня собственных шумов и минимальных нелинейных искажений. Формирование необходимой АЧХ особых трудностей не представляет.
Собственные (внутренние) шумы применяемых в высококачественной звукотехнике электростатических (конденсаторных) и электродинамических (ленточных) микрофонов незначительны. Так, шумы электродинамических микрофонов очень малы и, как правило, не нормируются.
Конденсаторные микрофоны имеют сравнительно более высокий уровень шумов, обычно указываемый в паспорте микрофона. Но даже у них уровень собственных шумов не превышает нескольких микровольт. Поэтому важно, что бы собственные шумы микрофонного усилителя были малы.
Как известно, чтобы достичь малого уровня шумов на выходе усилителя, необходимо уменьшать собственные шумы первого каскада и увеличивать полезный сигнал на его входе. Поскольку шумовые свойства усилительного каскада зависят от внутреннего сопротивления источников сигнала, при выборе режима работы транзистора в первом каскаде микрофонного усилителя необходимо учитывать внутреннее сопротивление микрофона.
Например, для транзистора КТ3102 оптимальный коллекторный ток, при котором коэффициент шума минимален, составляет 100…300 мкА при сопротивлении источника сигнала 1 кОм и 30…60 мкА при сопротивлении 10…100 кОм.
По рекомендации международной электротехнической комиссии номинальное входное сопротивление микрофонного усилителя, обеспечивающее наилучшее отношение сигнал-шум на его выходе, равно утроенному сопротивлению микрофона.
Номинальный диапазон частот микрофонного усилителя с учётом АЧХ используемого микрофона должен быть не хуже 20 Гц...20 кГц при неравномерности ±2 дБ.
Невзвешенное значение отношения сигнал-шум достаточно иметь примерно равным 60 дБ. Запас по 40 перегрузочной способности (относительно номинальной чувствительности) не следует делать менее 30 дБ.
Коэффициент гармоник в полосе частот не должен превышать 0,01…0,03%.
Характеристики микрофонного усилителя
1. Максимальное входное напряжение [мВ] – наибольшее действующее значение синусоидального входного сигнала на частоте 1 кГц, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5 %;
2. Максимальное выходное напряжение [В] – наибольшее действующее значение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5 %;
3. Перегрузочная способность, [дБ] – от ношение максимального входного напряжения к номинальному входному;
4. Коэффициент гармоник [%] – наибольшее значение коэффициента нелинейных искажений выходного сигнала, измеряемого в полосе частот 20…20 000 Гц при номинальном выходном напряжении;
5. Отношение сигнал -шум (не взвешенное) [дБ] – отношение действующего значения номинального напряжения выходного синусоидальною сигнала к действующему значению напряжения шума на выходе усилителя (измеряется без взвешивающих фильтров);
6. Номинальный диапазон [Гц] – диапазон частот, внутри которого нормированная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ.
Схема электрическая
Технические характеристики
Максимальное входное напряжение - 100 мВ;
Максимальное выходное напряжение - 10 В;
Коэффициент усиления - 100;
Перегрузочная способность не менее - 40 дБ;
Коэффициент гармоник, не более - 0,001 %;
Отношение сигнал шум (невзвешенное) - 66 дБ;
Номинальный диапазон частот - 20…20 000 Гц;
Напряжение питания - ±15 В;
Ток потребления - 10 мА.
Входным каскадом для схемы является дифференциальный усилитель на транзисторах VT1 и VT4. Для минимизации уровня шума коллекторный ток диф. каскада выбран равным 100 мкА.
Для подавления возможных пульсаций и фона источника питания и обеспечения оптимального режима работы в схему дифференциального усилителя введён источник тока на транзисторе VT3.
Для максимального усиления входного каскада он нагружен на динамическую нагрузку – VT2.
Для предотвращения перегрузки дифференциального каскада используется согласующий каскад на транзисторе VT5. А выходной каскад – транзистор VT6 работает в режиме «А».
Для максимального усиления и улучшения линейности в качестве нагрузки выходного каскада использован токовый источник на транзисторе VT7.
В рабочем диапазоне частот вся схема усилителя охвачена частото-независимой ООС – элементы C3, R11, R13. Усиление схемы как раз и определяется соотношением сопротивлением резисторов R13 и R11.
Конструкция
Схема при исправных деталях и правильном монтаже в какой-либо настройке не нуждается и начинает работать сразу.
Необходимый коэффициент усиления (соотношение R13 и R11) выбирают в зависимости от последующего функционального узла аудиоусилителя, его входного номинального напряжения, на который будет нагружена схема микрофонного усилителя.
Печатная плата для схемы приведена ниже.