Предварительный усилитель является прекрасным дополнением к любому усилителю мощности и позволяет построить простую звуковую систему с хорошими характеристиками. Ключевым параметром предусилителя является очень низкий уровень собственного шума.
Характеристики микрофонного усилителя
- два независимых канала;
- простой дизайн;
- низкий уровень шума благодаря использованию современной интегральной схемы и высококачественных пассивных компонентов;
- питание однополярным напряжением 12 В;
- возможность изменения коэффициента усиления самостоятельно;
- размеры платы 35×55 мм.
Описание устройства
Принципиальная схема предварительного усилителя представлена на рисунке ниже. Как видно, устройство питается одним напряжением и имеет два независимых канала. Элементы R11, C7, C8 образуют фильтр, развязывающий питание и уменьшающий возможность самовозбуждения при использовании плохо стабилизированного источника питания. При питании однополярным напряжением необходимы разделительные конденсаторы. В представленной схеме это элементы С1, С2, С5, С6.
При этом резисторы R1, R2, R9, R10 обеспечивают в состоянии покоя на входах А, С и выходах В, D постоянное напряжение, равное нулю (потенциал общего провода). Номиналы этих резисторов не критичны и могут изменяться в широких пределах (1кОм…1МОм). Однако необходимо помнить, что резисторы R1 и R2 определяют входное сопротивление предусилителя.
Интегральная схема может питаться напряжением 9…24 В и обычно потребляет ток около 10 мА. Поскольку устройство питается от однополярного источника, необходимо использовать резисторы, определяющие величину постоянного напряжения покоя на выходе. Внутренние элементы неинвертирующего входа (выводы 1,8) поддерживают на них напряжение около 1,3В. Такое же напряжение должно присутствовать на инвертирующем входе (выводы 2, 7).
Таким образом, постоянное напряжение на инвертирующем входе будет 1,3 В. То есть соотношение сопротивлений R3/R5 и R3/R6 определяет постоянное напряжение на выходах (выводы 4 и 5). Значения, приведенные на принципиальной схеме, были выбраны для напряжения питания 12В.
Если бы напряжение питания было значительно выше или ниже, сопротивления R5 и R6 пришлось бы подобрать так, чтобы на выходах (выводы 4 и 5) было постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения питания. Точнее, речь идет не о получении какого-то конкретного постоянного напряжения, а о максимально широком диапазоне неискаженных переменных входных напряжений. Это проиллюстрировано на рисунке ниже, где показаны формы выходных сигналов при различных значениях постоянного напряжения покоя.
Поэтому, если есть необходимость работать с напряжением питания, отличным от 12В, на входы следует подать переменный сигнал с генератора (например, 1 кГц) соответствующей амплитуды. При этом значения R5 и R6 следует скорректировать так, чтобы на выходах (выводы 4 и 5) обеспечивалась форма сигнала, как показано на рисунке В.
Но элементы R3…R6 определяют не только уровень постоянного напряжения на выходах. Они также влияют на усиление сигнала. Строго говоря, коэффициент усиления определяется соотношением сопротивления R3 к параллельно включенным сопротивлениям R5 и R7 (для второго канала R4 к R6||R8).
На практике для простоты уровень выходного постоянного напряжения задается изменением R5 (R6), а коэффициент усиления регулируется величиной R7 (R8). Коэффициент усиления можно выбрать в диапазоне 4,5…150 с помощью резисторов R7 и R8 любого номинала больше 160 Ом (при предлагаемом значении 464 Ом коэффициент усиления составляет примерно 50).
В сигнальных цепях используются металлизированные резисторы с допуском 1%. В этом нет необходимости, но известно, что такие резисторы имеют низкий уровень шума и уж точно не ухудшат параметры усилителя. По этой же причине в качестве С3 и С4 было предложено использовать танталовые конденсаторы.
Сборка и настройка
Установка элементов на печатной плате представлена на следующем рисунке, она проста и не вызовет никаких проблем при монтаже своими руками. Элементы можно устанавливать в любом порядке, но наиболее практично сначала разместить резисторы, затем интегральную микросхему и конденсаторы.
При установке электролитических конденсаторов особое внимание обращайте на их полярность: у танталовых конденсаторов полярность обычно обозначается знаками + и -, а у алюминиевых – знаком минус, причем положительный вывод длиннее. Схема, собранная из рабочих компонентов, не требует запуска — можно только проверить, соответствуют ли при заданном напряжении питания уровни напряжения на выходах (выводы 4 и 5) указанным на иллюстрации «Формы напряжения на выходе — малошумящий микрофонный предусилитель».
Заключительные замечания
Устройство найдет множество применений для усиления небольших переменных сигналов, в частности, в качестве микрофонного усилителя. Простейший пример схемы его подключения к звуковому комплексу показан на рисунке ниже. В некоторых практических приложениях потребуется подобрать другое значение усиления с помощью резисторов R7 и R8.
Если их удалить, коэффициент усиления будет минимальным — ниже 5, а при минимальном значении (160 Ом) коэффициент усиления составит примерно 150. Если потребуется еще большее усиление, сопротивления R7 и R8 можно уменьшить до 22 Ом, а емкости С3 и С4 соответственно увеличить, чтобы АЧХ не обрезалась снизу.
Практика показывает, что иногда при использовании длинных микрофонных кабелей и неправильном заземлении в усилитель проникают радиопомехи. В редких случаях может потребоваться использование дополнительного фильтра на входе предусилителя для предотвращения попадания радиосигналов в звуковой сигнал.
В простейшем случае это может быть дроссель с индуктивностью в несколько десятков микрогенри, включенный последовательно на входе (между микрофоном и точкой А или С), а также керамический конденсатор емкостью 1…4,7 нФ, включенный параллельно резистору R1 (R2).
Сборку начните с впаивания элементов в плату в порядке от меньшего к большему. Будьте внимательны при установке полярных элементов.
Перечень элементов
Резисторы:
- R1… R4 — 22,6 кОм 1% (20,5–24,9 кОм 1%);
- R5, R6 — 6,19 кОм 1% (5,62–6,81 кОм 1%);
- R7, R8 — 464 Ом 1% (422–511 Ом 1%);
- R9, R10 — 100 кОм 5%$
- R11 — 47–56 Ом 5%.
Конденсаторы:
- С1, С2, С8 — 100нФ;
- С3, С4 — 10-22 мкФ танталовые;
- С5, С6 — 10 мкФ/16 В;
- С7 — 100 мкФ/16 В.
Полупроводники:
- D1 — 1N5819;
- U1 — UL1322, NE542, LM387.
Прочее:
- DG301-5,0/2 — 2 шт.;
- DG301-5,0/3 — 1 шт.
Loading...
