Niskoszumny przedwzmacniacz mikrofonowy

Właściwości

• dwa niezależne kanały
• prosta konstrukcja
• niskie szumy dzięki zastosowaniu nowoczesnego układu scalonego i wysokiej jakości elementów biernych
• zasilanie pojedynczym napięciem 12V
• możliwość zmiany wzmocnienia we własnym zakresie
• wymiary płytki: 35×55 mm

Opis układu

Schemat ideowy układu pokazany jest na rysunku 1. Jak widać przedwzmacniacz jest zasilany pojedynczym napięciem i ma dwa niezależne kanały. Elementy R11, C7, C8 tworzą filtr odsprzęgający zasilanie i zmniejszający możliwość samowzbudzenia w przypadku stosowania słabo stabilizowanego napięcia zasilającego. Przy zasilaniu pojedynczym napięciem, niezbędne są kondensatory separujące. W przedstawionym układzie są to elementy C1, C2, C5, C6.

Natomiast rezystory R1, R2, R9, R10 zapewniają, że w spoczynku na wejściach A, C oraz wyjściach B, D napięcie stałe jest równe zeru - jest to potencjał masy. Wartości tych rezystorów nie są krytyczne i można je zmieniać w szerokim zakresie (1kΩ...1M Ω). Trzeba jednak pamiętać, że rezystory R1 i R2 decydują o rezystancji wejściowej przedwzmacniacza (należy też uwzględnić rezystancję wejściową samej kostki, która wynosi około 100kΩ).

Rys.1 Schemat ideowy - niskoszumny przedwzmacniacz mikrofonowy

Układ scalony może być zasilany napięciem 9...24V i pobiera typowo około 10mA prądu. Ponieważ układ zasilany jest pojedynczym napięciem, konieczne jest zastosowanie rezystorów ustalających wartość spoczynkowego napięcia stałego na wyjściu. Wewnętrzny układ polaryzacji wejścia nieodwracającego (nóżki 1, 8) utrzymuje na nich napięcie około 1,3V. Takie same napięcie musi występować na wejściu odwracającym (nóżki 2, 7).

Napięcie stałe na wyjściu przyjmie więc taką wartość, żeby na wejściu odwracającym było wspomniane 1,3V. Tak więc stosunek rezystancji R3/R5 i R3/R6 wyznacza napięcie stałe na wyjściach (nóżki 4 i 5). Wartości podane na rysunku 1 zostały dobrane dla napięcia zasilającego rzędu 12V.

Gdyby napięcie zasilające było zdecydowanie większe lub mniejsze, należałoby dobrać rezystancje R5 i R6, aby na wyjściach (nóżki 4 i 5) uzyskać napięcie stałe mniej więcej równe połowie napięcia zasilającego. Ściślej biorąc, nie chodzi tu o uzyskanie jakiegoś określonego napięcia stałego, tylko jak największego zakresu niezniekształconych zmiennych napięć wejściowych. Ilustruje to rysunek 2, przedstawiający przebiegi na wyjściu, przy różnej wartości stałego napięcia spoczynkowego.

Gdyby więc zachodziła potrzeba pracy przy innym niż 12V napięciu zasilającym, należy na wejścia podać sygnał zmienny (np. 1kHz) o odpowiedniej amplitudzie, i tak skorygować wartości R5 i R6, żeby na wyjściach (n. 4 i 5) uzyskać przebieg jak na rysunku 2b.

Rys.2 Przebiegi napięć na wyjściu - niskoszumny przedwzmacniacz mikrofonowy

Ale elementy R3-R6 nie tylko decydują o poziomie napięcia stałego na wyjściach. Mają także wpływ na wzmocnienie sygnału. Ściśle biorąc wzmocnienie jest wyznaczone stosunkiem rezystancji R3 do równolegle połączonych rezystancji R5 i R7 (dla drugiego kanału R4 do R6||R8).

W praktyce, dla ułatwienia poziom wyjściowego napięcia stałego ustala się zmieniając R5 (R6), a wzmocnienie reguluje się wartością R7 (R8). Wzmocnienie można dobierać w zakresie 4,5...150 stosując rezystory R7 i R8 o dowolnych wartościach większych niż 160Ω (przy proponowanej wartości 464Ω wzmocnienie wynosi około 50x).

W obwodach sygnałowych zastosowano metalizowane rezystory o tolerancji 1%. Nie jest to konieczne, ale wiadomo, że takie rezystory mają małe szumy i na pewno nie pogorszą parametrów układu. Z tego samego względu zaproponowano użycie jako C3 i C4 kondensatorów tantalowych.

Montaż i uruchomienie

Montaż układu na płytce drukowanej, przedstawionej na rysunku 3 jest prosty i nie sprawi nikomu kłopotów. Elementy można zmontować w dowolnej kolejności, jednak najpraktyczniejsze jest zmontowanie najpierw rezystorów, potem układu scalonego i kondensatorów.

Rys.3 Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej - niskoszumny przedwzmacniacz mikrofonowy

Podczas montażu kondensatorów elektrolitycznych, należy zwrócić szczególną uwagę na ich biegunowość: w kondensatorach tantalowych biegunowość oznacza się zazwyczaj znakami +, -, a w aluminiowych oznaczony jest minus, ponadto dodatnia końcówka jest dłuższa. Układ zmontowany ze sprawnych elementów nie wymaga uruchomiania - można tylko sprawdzić, czy przy danym napięciu zasilającym poziomy napięć na wyjściach (nóżki 4 i 5) są takie jak na rysunku 2b.

Uwagi końcowe

Układ znajdzie wiele zastosowań do wzmacniania małych sygnałów zmiennych, w szczególności jako wzmacniacz mikrofonowy. Najprostszy przykład wykorzystania modułu w systemie nagłośnienia pokazuje rysunek 4. W niektórych praktycznych zastosowaniach zajdzie potrzeba dobrania innej wartości wzmocnienia za pomocą rezystorów R7 i R8.

Po ich usunięciu wzmocnienie jest najmniejsze - poniżej 5x, o przy minimalnej wartości (160Ω) wzmocnienie wyniesie około 150x. Jeśli wzmocnienie miałoby być jeszcze większe, można zmniejszyć rezystancje R7 i R8 nawet do 22Ω, ale należy odpowiednio zwiększyć pojemności C3 i C4, aby pasmo przenoszenia nie zostało obcięte od dołu.

Rys.4 Przykład wykorzystania przedwzmacniacza

Praktyka dowodzi, że niekiedy przy stosowaniu długich kabli mikrofonowych i niewłaściwym prowadzeniu masy, do wzmacniacza przenikają zakłócające sygnały radiowe. W rzadkich przypadkach może zajść potrzeba zastosowania na wejściu przedwzmacniacza dodatkowego filtru, niedopuszczającego do układu sygnałów radiowych.

W najprostszym przypadku może to być dławik o indukcyjności kilkudziesięciu mikrohenrów, włączony szeregowo na wejściu (między mikrofonem i punktem A lub C) i kondensator ceramiczny o pojemności rzędu 1...4,7nF, włączony równolegle do rezystora R1 (R2).

Montaż rozpocznij od wlutowania w płytkę elementów w kolejności gabarytowo od najmniejszej do największej. Montując elementy oznaczone wykrzyknikiem zwróć uwagę na ich biegunowość.