Схемы микрофонных усилителей с регулированием. Активный микрофонный усилитель

Микрофонные усилители своими руками.

Усилитель для компьютерного микрофона с фантомным питанием.

Завел я себе на компьютере такую программку как Skype. Но вот одна незадача: микрофон нужно держать около самого рта, что бы собеседник мог тебя хорошо слышать. Я решил, что не хватает чувствительности микрофона. И решил сделать усилитель усилитель.

Поиск в интернете дал десятки схем усилителей. Но всем им требовался отдельный источник питания. Мне же хотелось сделать усилитель без дополнительного источника, с питанием от самой звуковой карты. Что бы не нужно было менять батарейки или тянуть дополнительные провода.
Прежде чем бороться с врагом, нужно знать его в лицо. Поэтому я накопал информации в интернете об устройстве микрофона: https://oldoctober.com/ru/microphone. Статья рассказывает, как сделать компьютерный микрофон своими руками. Заодно я позаимствовал и саму идею: незачем ломать готовое устройство для своих экспериментов, если можно сделать самому. Краткий пересказ статьи сводится к тому, что компьютерный микрофон - это электретный капсюль. Электретный капсюль - это, с электрической точки зрения, полевой транзистор с открытым истоком. Этот транзистор запитывается от звуковой карты через резистор, который одновременно является и преобразователем сигнального тока в напряжение. Два уточнения к статье. Во-первых, нет в капсюле резистора в стоковой цепи, сам видел, когда разобрал. Во-вторых, соединение резистора и конденсатора выполняется в кабеле, а не в звуковой карте. То есть один вывод служит для питания микрофона, а второй - для приема сигнала. То есть получается примерно вот такая схема

Здесь левая часть рисунка - это электретный капсюль (микрофон), правая - звуковая карта компьютера.
Во многих источниках пишут, что питание микрофона осуществляется от напряжения 5В. Это неверно. В моей звуковой карте это напряжение было 2,65В. При замыкании вывода питания микрофона на землю ток составил около 1,5мА. То есть резистор имеет сопротивление около 1,7кОм. Вот от такого источника и требовалось питать усилитель.
В результате экспериментов с microcap родилась вот такая схема.

Через резисторы R1, R2 осуществляется питание капсюля. Для предотвращения отрицательной обратной связи на частотах сигнала используется конденсатор C1. На капсюль подается напряжение питания равное падению напряжения на p-n переходе. Сигнал с капсюля выделяется на резисторе R1 и подается на базу транзистора VT1 для усиления. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером с нагрузкой на резисторы R2 и резистор в звуковой карте. Отрицательная обратная связь по постоянному току через R1, R2 обеспечивает относительное постоянство тока через транзистор.

Вся конструкция была собрана навесным монтажом прямо на микрофонном капсюле. По сравнению с микрофоном без усилителя сигнал увеличился примерно раз в 10 (22дБ).

Вся конструкция была обмотана сначала бумагой для изоляции, а потом фольгой для экранирования. Фольга имеет контакт с корпусом капсюля.

Микрофонный усилитель с однопроводным питанием.

Микрофон, с размещенным в корпусе предусилителем, требуют для подключения к устройству проводов питания (помимо экранированного сигнального провода). С конструктивной точки зрения это не очень удобно. Число соединительных проводов можно уменьшить, подавая напряжение питания через тот же провод, по которому передается сигнал, т. е. центральный проводник кабеля. Именно такой способ подачи питания применен в предлагаемом вниманию читателей усилителе. Его принципиальная схема приведена на рисунке.

Усилитель рассчитан на работу от электретного микрофона любого типа (например, МКЭ-3). Питание на микрофон подается через резистор R1. Звуковой сигнал с микрофона подводится к базе транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. Необходимое смещение на базе этого транзистора (около 0, 5 В) задается делителем напряжения R2R3. Усиленное напряжение звуковой частоты выделяется на нагрузочном резистор R5 и поступает далее на базу транзистора VT2, входящего в составной эмиттерный повторитель, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Эмиттер последнего соединен с верхним контактом разъема ХР1 (выходом усилителя), к которому подключен центральный проводник соединительного экранированного кабеля, оплетка которого соединена с общим проводом. Заметим, что наличие на выходе предусилителя эмиттерного повторителя заметно снижает уровень наводок на микрофонный вход.

Около входного разъема устройства, к которому подключается микрофон, смонтированы еще две детали: нагрузочный резистор R6, через который подается питание, и разделительный конденсатор СЗ, служащий для отделения звукового сигнала от постоянной составляющей напряжения питания.
Примененное в данном усилителе схемотехническое решение обеспечивает автоматическую установку и стабилизацию режима его работы. Рассмотрим, как это происходит. После включения питания напряжение на верхнем выводе разъема ХР1 возрастает примерно до 6 В. При этом напряжение на базе транзистора VT1 достигает порога его открывания 0, 5 В и через транзистор начинает протекать ток. Падение напряжения, возникающее в этом случае на резисторе R5, заставляет открыться транзистор составного эмиттерного повторителя. В результате общий ток усилителя возрастает, а вместе с ним увеличивается и падение напряжения на резисторе R6, после чего режим стабилизируется.

Поскольку коэффициент усиления составного эмиттерного повторителя по току (он равен произведению коэффициентов усиления по току транзисторов VT2 и VT3) может достигать нескольких тысяч, стабилизация режима получается очень жесткой. Усилитель в целом работает подобно стабилитрону, фиксирующему выходное напряжение на уровне 6 В независимо от напряжения питания. Тем не менее при использовании источника питания с другим напряжением надо подобрать резисторы делителя R2R3 так, чтобы напряжение на верхнем контакте разъема ХР1 было равно половине напряжения питания. Любопытно, что режим практически нельзя изменить, регулируя сопротивление нагрузочного резистора R5. Падение напряжения на нем всегда равно суммарному напряжению открывания транзисторов составного эмиттерного повторителя (около 1 В), а изменения его сопротивления приводят только к изменению тока через транзистор VT1. То же относится и к резистору R6.

Еще интереснее работа усилителя в режиме усиления переменного тока. Напряжение звуковой частоты с нижнего вывода резистора R5 передается эмиттерным повторителем с очень небольшим ослаблением на верхний вывод - выход усилителя. При этом ток через резистор постоянен и почти не подвержен колебаниям со звуковой частотой. Иными словами, единственный усилительный каскад оказывается нагруженным на генератор тока, т.е. на очень большое сопротивление. Входное сопротивление повторителя тоже очень велико, и в результате коэффициент усиления оказывается очень большим. При негромком разговоре перед микрофоном амплитуда выходного напряжения может достигать нескольких вольт. Цепочка R4C2 не пропускает переменную составляющую сигнала звуковой частоты к цепи питания микрофона и делителя напряжения.

Однокаскадный усилитель совершенно не склонен к самовозбуждению, поэтому и расположение деталей на плате особого значения не имеет, желательно только вход и выход разместить с разных концов платы.

Налаживание сводится к подбору резисторов делителя R2R3 до получения на выходе половины напряжения питания. Полезно еще подобрать и резистор R1, ориентируясь по наилучшему звучанию сигнала, снимаемого с микрофона. Если входное сопротивление радиоаппарата, с которым используется данный усилитель, менее 100 кОм, емкость конденсатора СЗ следует соответственно увеличить.

Подключение динамического микрофона в микрофонный вход звуковой карты компьютера.

Микрофонный вход звуковой карты предназначен для подключения электретного микрофона. Назначение контактов разъёма микрофонного входа показано на Рис. 1. Звуковой сигнал поступает на вход звуковой карты через контакт TIP. Питание электретного микрофона подаётся через резистор R на контакт RING. Контакты TIP и RING соединяются вместе в микрофонном кабеле.

Рис. 1

Практически все мультимедийные микрофоны стоимостью 2-4$ годятся только для распознавания речи, телефонии и т. п. Хотя данные микрофоны, как правило обладают высокой чувствительностью, они имеют высокий уровень нелинейных искажений, недостаточную перегрузочную способность, а так же - круговую диаграмму направленности (то есть одинаково хорошо воспринимают сигналы с любой стороны). Поэтому для записи вокала в домашних условиях необходимо использовать остронаправленный динамический микрофон, позволяющий свести к минимуму посторонние шумы от вентилятора системного блока и других источников.

Динамический микрофон можно подключить непосредственно на микрофонный вход звуковой карты. Сигнальный провод микрофонного кабеля нужно припаять к контакту TIP, экран - к контакту GND, контакт RING нужно оставить свободным. Если у микрофона два сигнальных контакта - HOT и COLD, то контакт HOT подать на контакт TIP, а контакт COLD соединить с GND. Поскольку чувствительность динамического микрофона низкая, по сравнению с электретным, достаточный уровень записи получается только при расположении микрофона на расстоянии 3-5 сантиметров от губ исполнителя. Это не всегда допустимо, поскольку микрофоны некоторых типов будут "заплёвываться", несмотря на встроенную ветрозащиту. Такие микрофоны необходимо располагать дальше от исполнителя, а для получения достаточного уровня записи - воспользоваться предусилителем. Схема простейшего предусилителя с питанием от разъёма микрофонного входа показана на Рис. 2.

Рис. 2

Данная схема у меня прилично работает при следующих номиналах: R1,R3 - 100 кОм, R2 - 470 кОм, C1,C2 - 47мкФ, VT1 - кт3102ам (можно заменить на кт368, кт312, кт315).
В основу схемы положен классический транзисторный каскад с общим эмиттером. Нагрузкой каскада служит резистор R звуковой карты (Рис. 1). Коэффициент усиления зависит от параметров транзистора VT1, величины резистора обратной связи R2 и величины резистора R звуковой карты. Конденсатор C1 необходим для развязки по постоянному току. Резистор R1 служит для устранения щелчков при подключении микрофона "на ходу", при желании можно его исключить.

При более детальном рассмотрении оказалось, что на контакте TIP микрофонного входа моего SB LIVE 5.1 присутствует постоянное напряжение около 2 В. Исследовать причину, и характерно ли это только для моего экземпляра звуковой карты или для всех, возможности не было. Но абсолютно точно, что работоспособность схемы практически не изменяется при исключении элементов C2, R3.

Достоинством данной схемы является простота. К недостаткам следует отнести большие нелинейные искажения - около 1%(1 кГц) при 1 мВ на входе. Уменьшить нелинейные искажения до 0,1% можно с помощью дополнительного резистора 100 Ом, включаемого между эмиттером транзистора VT1 и шиной GND, при этом коэффициент усиления уменьшается с 40 дБ до 30 дБ. Изменения показаны на Рис. 3.

Рис. 3

Более высокие параметры можно получить, используя внешний микрофонный усилитель с автономным питанием, подключаемый к линейному входу звуковой карты. Например - собранный по схеме с симметричным входом.

Микрофонный усилитель своими руками.

Наверное, у многих из вас, возникала необходимость записи звука на компьютере, например, при озвучивании роликов или создании клипов.Применение китайского недорогого ширпотреба абсолютно нежелательно, во-первых,из-за довольно низкой чувствительности, во-вторых, качество звукозаписи
получается *грязным*, иногда, становится неузнаваем даже свой собственный голос.
Высокие частоты, имеют значительный и неоправданный завал, ну и долговечность их, оставляет желать лучшего.
Высококачественный же микрофон, - увы, нам с вами не по карману!

Но, выход есть! У многих имеются старые, еще советские динамические микрофоны, например МД-52 либо, ему подобные. Да и при их отсутствии, эти экземпляры можно купить, за *сущие копейки*.Подключать подобные микрофоны, непосредственно к звуковой карте напрямую не пытайтесь, - слишком мало напряжение ЗЧ на выходе. Поэтому, применим простейший микрофонный усилитель, на широко распространенной микросхеме К538УН3, стоимость ее, менее 50руб. Но мы, использовали старую микросхему, выпаянную из древнего кассетного магнитофона. Непосредственно, сама микросхема, включена по типовой,распространенной схеме включения, с максимальным коэффициентом усиления. Питается усилитель, непосредственно от компьютера, напряжение питания - 12 В, хотя работоспособность сохраняется и при - 5В, в этом случае, питание можно взять с разъема USB.

Микрофонный усилитель. Схема.

Электролитические конденсаторы – любые, на напряжение 16В. Величину ёмкости конденсаторов, возможно изменять в небольших пределах. Устройство, можно собрать, используя простой, навесной монтаж.

Никакой настройки, усилитель не требует и не нуждается в экранировании конструкции. Но, использование экранированных кабелей – желательно и не слишком длинных. Испытания образцов, показали относительно низкий уровень собственных шумов, довольно высокую чувствительность и очень даже приличное качество звука, даже на встроенных компьютерных звуковых картах, типаАС97. Динамический диапазон – около 40 ДБ. Для записи звука на компьютер, использовали программу Sound Forge.

Ну и еще несколько схем к статьям в довесок.

Чистого Вам звука!!!

Недавно здесь был обзор на микрофонный усилитель на MAX9814.
Обзор вызвал немало комментариев, значит, интерес к теме есть.
С год назад мне тоже пришлось усиленно «курить» данную тему, ибо мой хороший знакомый, сразу же после того как надумал вести свой канал на Ютубе столкнулся с проблемой записи звука.
Дело в том, что обычные компьютерные микрофоны на электретных капсюлях, что в изобилии представлены в компьютерных магазинах, более-менее сносно работают лишь в Скайпе, но совершенно непригодны для озвучки в программах захвата видео с экрана, которыми обычно пользуются блогеры создающие ролики для Ютуба.
Программы типа Bandicam, FastStone Capture работают с этими микрофонами некорректно. Звук пишется очень и очень тихо. Уровня звука в записях не хватает просто катастрофически и никакие программные уловки положения не спасают.
Бился мой товарищ, бился с этой бедой, перепробовал несколько электретных микрофонов из компьютерных магазинов - результат ноль и обратился ко мне - что делать?
Стали вместе изучать эту тему. Порыли интернет - цены на более-менее пригодные для блогеров микрофоны начинаются на Али от 3 тысяч. Есть конечно и подешевле, но микрофоны с рекомендациями стОят около 3 тыс и более. Такие деньги мой знакомый выложить был не готов, ведь на данном этапе задача была просто попробовать записать первый ролик.
Стали искать более демократичные варианты и на Али наткнулись на платку микрофонного усилителя MAX9812.
Платку купили, но когда-а-а она еще подойдет, а результат нужен был здесь и сейчас.
Таким образом дальнейший поиск вывел на статью Николая Сухова на IXBT - Комплементарный Si/Ge SRPP в предусилителе для электретника или мастер-класс по Микрокапу-11 в практике аудиофила.
Ниже схемка и картинка оттуда. В качестве активного элемента Q2 во всех случаях использовался транзистор КТ3102, а в качестве транзистора Q1, вместо ГТ310Б, пробовались и показали хорошие результаты транзисторы КТ3107, ГТ322, МП39Б без каких либо других изменений в схеме.




Спаял я ему, на скорую руку, навесным монтажем, усилок по этой схеме на КТ3102 и КТ3107, который сразу же и заработал от фантомного питания имеющегося на микрофонном входе звуковой карты. Всё это удалось впихнуть в головку уже имевшегося у него дешевого магазинного электретного микрофона. Типа такого


Он был доволен до безумия!))) Еще бы! Столько денег сэкономили!)))

Ну а я, раз мне стало известно о такой проблеме, задумал и себе сделать такой вариант микрофона. Вдруг пригодится?)
Купил обычный электретный капсюль,

также, навесом,


спаял ту же схему от Сухова и засунул всё это дело в кусок латунной трубки.


В качестве стойки использовал подсвечник, валявшийся без дела в кладовке. В итоге получился такой вот гламурненький микрофон. Набалдашник (ветрозащиту) одел для придания законченного образа.

Потом, где то через месяц, приехала платка с Али. Ей фантомного питания от компа оказалось уже маловастенько, нужно внешнее. Долго думал над оформлением. Решение пришло при посещении магазина Fix Price. Там продаются замечательные светодиодные светильнички на батарейках, которые имеют батарейный отсек на 3 элемента АА с кнопкой ВКЛ-ВЫКЛ и гибкую стоечку куда можно закрепить микрофон.

Монтажная схема соединения платки MAX9812 с внешним питанием напряжением от 3 до 5 Вольт и штекером Джек 3,5


Так как выходной сигнал микрофона с усилителем значительно выше, то есть смысл втыкать его не в микрофонный, а в линейный вход звуковой карты, который имеет лучшие параметры, чем вход микрофонный. У меня линейного входа нет, поэтому я использую микрофонный вход.
Сама платка замечательно вошла в кусочек трубки от медицинского шприца на 5 мл. В резиновом поршне шприца проделал отверстие, в которое с натягом и с герметиком воткнул гибкую стойку светильника и вуаля! изделие готово! Внутрь трубки засунул свернутый в кольцо клочок бумаги, чтобы закрыть провода припаянные к плате. По идее можно бумажной трубочкой закрыть все внутренности. Я закрыл лишь провода потому, что на платке имеется миниатюрный светодиод. Я думал, что он будет красиво светиться, но оказалось, что светит он очень слабо, эффекта нет никакого, поэтому имеет смысл завести в головку более яркий отдельный светодиод, тогда получится совсем красиво, как у микрофонов в залах заседаний у наших уважаемых депутатов. Также можно на кончик одеть какую-нибудь бомбошечку-ветрозащиту. Всё это было в планах, но, как обычно, если сразу не сделать, то уже и не сделать никогда.)

Сладкая парочка


- Напоследок тестовые записи. Первая из них делалась в декабре 2017 года, когда собиралась и испытывалась схема на дискретных элементах по статье Н.Сухова, приведенной в начале обзора. Запись непрерывная, но состоит из 7-ти кусков. В качестве элемента Q2 везде использовался транзистор КТ3102, а на место Q1 последовательно запаивались КТ3107, ГТ322, ГТ328, ГТ346, МП39Б и, последним, снова ставился КТ3107. Никакие другие элементы схемы не менялись, режимы не подстраивались, уровень записи не корректировался. Хорошие результаты показали транзисторы 3107, ГТ322, МП39Б, Лучший результат, по моему субъективному мнению, у транзистора МП39Б. Его, в итоге, я и применил в готовой конструкции микрофона которую собрал в корпусе из латунной трубочки. Итак, слушаем. Начало записи это «голый капсюль», поэтому звук очень тихий, но он есть)))

Другая запись сделана во время подготовки этого материала. Так звучит китайская сборка MAX9812 с внешним питанием от трех элементов АА и подключенная к микрофонному входу ноутбука.

И, последняя, тоже свежая, запись чисто для быстрого сравнения звучания MAX9812 и усилителя на дискретной рассыпухе по Сухову. Напомню, активные элементы в схеме КТ3102 + МП39Б

Надеюсь, что представленная информация окажется кому нибудь полезной. Всем удачи.