Простой микрофонный усилитель для компьютера

Это статья посвящена конструкции простого микрофонного усилителя, который можно использовать для усиления сигнала электретного или динамического микрофона.

Микрофонный усилитель

При минимальном количестве деталей, такой усилитель позволяет улучшить соотношение сигнал/шум и увеличить усиление сигнала микрофона по сравнению с усилителем встроенной аудиокарты.

Всё собираюсь записать свой первый видео урок. Уже изготовил микрофон-клипсу. Но, первая же попытка записать голос споткнулась о невероятно высокие шумы и недостаточный коэффициент усиления микрофонного усилителя встроенной аудио карты.

При отключении режима «Microphone Boost», удалось снизить шумы, но уровень усиления стал таким низким, что записать что-либо стало невозможно.

Я уже было решил купить отдельную аудио карту, но обнаружилось, что хорошая аудио карта стоит очень дорого, а бюджетная за 10$, хотя и имеет более низкий уровень шумов, но также обладает микрофонным усилителем с не очень высоким коэффициентом усиления.

Так что, взялся я за изготовление простенького микрофонного усилителя.

Макет микрофонного усилителя.

Первые же опыты с макетами микрофонных усилителей показали, что уровень шумов можно снизить, а усиление повысить.

Остаётся только диву даваться тому, как умудряются разработчики компьютерного железа выдавать на гора такие "перлы", тогда как всего несколько копеечных деталей решают проблему шума и усиления.

Конструкция и детали.

При выборе схемы усилителя, я ориентировался в основном на простоту эксплуатации и минимальное количество деталей затраченных на постройку. Задача изготовить супер-пупер усилитель с рекордными показателями не ставилась.

После макетирования нескольких схем на совдеповских микросхемах, я остановился на микросхеме К538УН3А (КР538УН3А).

Причины следующие:

1. Минимальное количество навесных элементов.

2. Однополярное питание. Не нужно городить фантомную землю.

3. Низкое напряжение питания – 6 Вольт. Легко применить питание от батареи.

4. Микросхема продолжает работать при снижении напряжения питания до 3-х Вольт. Не нужен стабилизатор напряжения питания и батарею можно использовать более длительное время.

5. Защита от короткого замыкания. Важно при использовании Джеков 3,5мм! В момент вставки штекера в гнездо происходит короткое замыкание контактов.

6. Потребляемый ток не превышает 5мА. Если установить пару литий-ионных элементов питания, например, DL123A или одну батарею CR-P2, то их хватит как раз до того момента, когда вся современная техника морально устареет.

Почему именно DL123A (CR-P2)? Из-за токсичной начинки, корпуса этих элементов изготавливают из нержавеющей стали и тщательно герметизируют, что исключает разрушение корпуса и повреждение схемы усилителя. Последнее часто случается при использовании солевых и щелочных (алкалиновых) элементов. (Алкалайновые элементы GP повредили мой любимый Maglite).

Технические параметры К538УН3А.

Ниже публикую технические данные взятые из бумажного справочника по аналоговым микросхемам, так как в сети не нашёл подробной информации об этой микросхеме.

Микросхема представляет собой сверхмалошумящий широкополосный усилитель сигналов частотой до 3МГц. Шумовые характеристики усилителя оптимизированы для работы с низкоомными генераторами сигналов. Коэффициент усиления фиксирован внутренним делителем, но имеется возможность его внешней регулировки. Усилитель предназначен для применения в качестве предварительного усилителя воспроизведения в аппаратуре высшего класса, а также в качестве усилителя для низкоомных датчиков. Корпус 2101.8-1 (DIP8) или 301.8-2.

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:

не менее – 200,

не более 300,

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/vГц, типовое значение – 2,1нВ/vГц.

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.

Назначение выводов микросхемы К538УН3А.

Корпус микросхемы 2101.8-1

1. Питание.
2. Не используется.
3. Коррекция.
4. Вход.
5. Вывод регулировки коэффициента усиления.
6. Подключение фильтра ОС по постоянному току.
7. Общий.
8. Выход.

Корпус микросхемы 301.8-2.

Несколько устаревший вариант исполнения микросхемы.

Типовая схема включения микросхемы.

C2 – фильтр питания.
C5 – разделительный.
C6 – корректирующий.
C8 – фильтр ОС по постоянному току.
R4 – регулировка ОС по переменному току.

Схема универсального микрофонного усилителя.

Представленная схема микрофонного усилителя может усиливать сигнал, как электретного, так и динамического микрофона.

Величина резистора R4 определяет коэффициент усиления микросхемы DA1.

Максимальный коэффициент усиления достигается при R4 = 0.

Для оперативной регулировки и ограничения уровня входного сигнала при перегрузке используется потенциометр R3.

Резистор R2, диод VD2 и светодиод HL1 представляют собой делитель напряжения, на котором формируется 2,2В для питания электретного микрофона. Резистор R1 является нагрузкой электретного микрофона. Светодиод HL1 также осуществляет функцию индикатора питания.

Схема предварительного усилителя для динамического микрофона.

Схему можно значительно упростить, если рассчитывать только на использование динамического микрофона. Нужно только иметь в виду, что при использовании пассивного динамического микрофона с малой чувствительностью, может понадобиться увеличить коэффициент усиления, что приведёт к некоторому повышению уровня шумов микрофонного усилителя.

Печатные платы.

На изображениях печатных плат, представлен вид со стороны элементов. Дорожки просвечиваются сквозь плату.

На картинке пример разводки печатной платы универсального микрофонного усилителя.

1. Вход.
2. Верхний по схеме конец потенциометра R3.
3. Движок потенциометра R3.
4. Анод светодиода HL1.
5. Корпус.
6. Питание +6В.
7. Выход.
8. Корпус.

Пример разводки печатной платы усилителя динамического микрофона.

1. Вход.
2. Корпус.
3. Питание +6В.
4. Выход.
5. Корпус.

Сам я изготовил печатную плату исходя из размеров имеющихся в моём распоряжении элементов управления и корпуса.

Ссылка на чертежи печатных плат в конце статьи.

Корпус.

Консервная банка со сгущенным молоком.

Для размещения конструкции хорошо бы выбрать металлический корпус. Если используется пластмассовый корпус, то всю конструкцию желательно поместить в экран. Экран можно изготовить из жести консервной банки от сгущенного молока. Эти банки всё ещё покрывают оловом, и они прекрасно паяются (их даже не нужно лудить). И вкусно и полезно… для самодельщика. Корпус регулятора уровня сигнала должен соединяться с экраном всего усилителя.

На картинке корпус из дюралюминия и печатная плата в сборе. На плате два независимых усилителя с раздельным управлением питанием. Чтобы можно было записать стерео сигнал с использованием двух произвольных микрофонов, усилитель каждого канала снабжён отдельным входным гнёздом.

Элементы управления установлены прямо на печатной плате. Регулировка коэффициента усиления осуществляется один раз путём подбора постоянных резисторов при настройке усилителя.

Микрофонный усилитель в сборе. Микрофонный усилитель соединяется с компьютером экранированным кабелем, на конце которого находится разъём Джек 3,5мм (Jack 3,5mm).

Сравнительные испытания.

При сравнительном испытании, регуляторы устанавливались в такое положение, которое бы обеспечило одинаковый уровень записанного сигнала, как при использованием микрофонного усилителя, так и без него.

Зелёный - уровень шума.
Малиновый - вид шума.

На графике уровень шумов микрофонного усилителя встроенной аудио карты в режиме «Microphone Boost».

Уровень записи – 1,0.
Уровень шума около - 80 Дб.

Для того чтобы получить минимальный уровень шумов, я установил максимальный уровень сигнала резистором R3. Это позволило использовать усилитель линейного входа аудио карты с небольшим уровнем усиления.

На этом графике уровень шумов самодельного микрофонного усилителя.

Уровень записи - 0,05.
Уровень шума около - 110 Дб.

Как правильно подключить динамический микрофон к кабелю.

Имея в наличии стерео микрофон от старого катушечного магнитофона, я хотел было записать стерео звук. Но, не тут то было…

Чувствительность динамических микрофонов уступает чувствительности электретных, что предъявляет к первым повышенные требования по экранированию от помех и наводок. Однако эти требования часто игнорируются производителем. Именно так обстояло дело с моими микрофонами. Подключены к кабелю они были по-разному, но каждый неправильно по-своему.

Подключение кабеля к микрофону МД-52Б-II

1. Корпус.
2. Вывод катушки.
3. Вывод катушки.

На рисунке видно, что у левого микрофона вообще оказался не подключенным корпус, а у правого, один из выводов катушки был подключен к корпусу. Оба эти подключения выполнены неправильно, особенно если учесть, что был применён кабель с экранированной витой парой.

На картинке показано, как правильно подключить динамический микрофон к микрофонному усилителю с асимметричным входом.

А это подключение микрофона к микрофонному усилителю с симметричным входом.

Наиболее дешёвые динамические микрофоны подключают с использованием однопроводного экранированного кабеля. На рисунке схема такого подключения.

Если вы слышите наводки в виде фона с частотой 50Гц, то микрофон лучше подключить с использованием экранированной витой пары.

Пунктирной линией на схемах показан металлический корпус микрофона, который следует соединить с экранирующий оплёткой кабеля. Выводы катушки нужно соединить с витой парой. Не все бюджетные динамические микрофоны позволяют это сделать безболезненно. Часто один из проводов катушки уже подключен к металлическому корпусу микрофона.

Внимание: Не пытаётесь самостоятельно перепаивать провод катушки к другому контакту. Катушка намотана проводом 0,05мм и тоньше. Для сравнения - толщина волоса человека 0,03-0,04мм. Любое неосторожное касание выводов катушки неминуемо приведёт к обрыву. Кроме того, выводы катушки дополнительно покрывают клеем, что также усложняет задачу.

Ура! Заработало!

Пятисекундная стерео запись сделанная при помощи двух динамических микрофонов и самодельного микрофонного усилителя. (Нужно кликнуть по картинке).

Величина резистора в цепи обратной связи R4 = 50 Ом.
Уровень сигнала микрофонного усилителя - максимум.
Уровень записи по линейному входу аудио карты = 0,2.

Дополнительные материалы (Download).

Отсюда можно скачать чертежи печатных плат в формате lay (34kB).

А здесь лежит программа Sprint Layout, в которой можно открыть, отредактировать и вывести на печать чертежи в формате lay (рзамер 4,4МБ).

Изготовить печатные платы проще всего способом ЛУТ. Одна из разновидностей этой технологии описана здесь.

Внимание! Все авторские права на статью, а также чертежи, схемы, фотографии и рисунки принадлежат http://oldoctober.com/ru/
Любая републикация возможна исключительно с разрешения автора.

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2010 гг.