Mikrofonní předzesilovač s automatickým řízením síly signálu
Technické údaje:
Maximální vstupní napětí: okolo 1mV
Maximální výstupní napětí: 0,5V
Napájecí napětí: 4 až 6V
Spotřeba: cca 7 mA
Tento předzesilovač určen pro záznam řeči, např. k nahrávání přednášek.
Připojuji ho k levnému MP3 přehrávači Teac MP-150, který má i funkci
záznamu zvuku, ale je sám o sobě málo citlivý. Externí vstup line-in
Teacu MP-150 potřebuje na plné vybuzení přibližně 0,6V. U jiných
zařízení bývá obvykle maximální napětí na line-in vstupu 0,775V (to by
odpovídalo 1mW na 600 ohmech), ale MP-150 již při tomto napětí trochu
zkresluje.
Na vstup předzesilovače připojuji dynamický mikrofon, který dává na
výstupu okolo 0,2mV, když do něj mluvím středně silně ze vzdálenosti 30
cm.
Zesilovač je tak citlivý, že s tímto mikrofonem umí zachytit
hovor až ze vzdálenosti 12m. Obvod pro automatické řízení zisku
(kompresor dynamiky) při silnějším zvuku snižuje zesílení tak, že je
možno zaznamenávat řeč z jakékoli vzdálenosti od 25cm do 12m, aniž by
se záznamník přebudil příliš silným signálem nebo se slabý signál
ztrácel v šumu. Při maximálním vybuzení dává přístroj na výstupu asi
0,5V. Díky regulaci zisku nevadí, když profesor během přednášky chodí
po učebně.
Předzesilovač má úmyslně omezenou šířku pásma na rozsah cca 300 Hz až
3,5 kHz. Basy jsou zeslabeny malými vazebními kondenzátory, aby
se zmenšilo rušivé bručení 50Hz a různé rachoty, dupání a jiné hluky.
Omezením výšek se zeslabuje šum.
se otevře ve zvláštním
okně, je příliš velké pro vložení do textu.
Popis zapojení
První stupeň s tranzistorem Q1 zesiluje napětí z mikrofonu. Druhý
tranzistor zapojený jako emitorový sledovač je tam proto, aby regulační
obvod s malou vstupní impedancí nezatěžoval výstup prvního stupně,
který má velký výstupní odpor cca 10 kiloohmů. Dále následuje zesilovač
s proměnným zesílením. Tranzistory Q4 a Q5 slouží jako invertující
zesilovač s vysokým zesílením, a fungují podobně jako invertující
operačí zesilovač. Zpětnou vazbu tvoří odpor R8 a vnitřní odpor JFET
tranzistoru Q3 RiQ3. Zesílení obvodu je přibližně G=R8/RiQ3
.
Při slabém signálu je tranzistor Q3 téměř otevřený, protože na
jeho hradle je jen -0,6V proti source. Hradlo je na potenciálu země,
zatímco napětí source je rovno bázovému předpětí Q4. Tranzistor Q3 tak
má vnitřní odpor jen několik stovek ohmů.
Když přijde silnější signál, napětí z výstupu zesilovače se usměrní
diodami D1 a D2, a vzniklé záporné napětí se přes R15 vede na hradlo
tranzistoru Q3. Ten se tím zavírá, jeho vnitřní odpor se zvětšuje a
zesílení obvodu se zmenšuje.
Regulátor začíná trochu zmenšovat zisk již při napětí okolo 1mV na
emitoru Q2. Když se změní vstupní napětí desetkrát z 2mV na 20mV, díky
automatické regulaci se výstupní napětí změní jen 2x. Při silném
signálu dochází k ještě silnější kompresi, blízko maximálního vybuzení
se obvod chová spíše jako limiter, který srovná sílu signálů do roviny.
Diody D3, D4 a odpor R14 při silných signálech zeslabují usměrněné
napětí, aby se Q3 zavíral pozvolněji a tak upravují převodní
charakteristiku regulátoru.
Aby se zmenšilo zkreslení silného signálu, způsobené nelinearitou Q3,
zavádí se část signálu přes kondenzátor C12, trimr R18 a kondenzátor
C13 na hradlo Q3. Bez toho je obvod schopen přenést bez viditelného
zkreslení napětí asi 25 mV na drainu Q3. Po zavedení části napětí na
hradlo se je obvod schopen zesilovat bez zkreslení napětí do 70mV.
Trimr R18 seřídíme tak, aby při mírném přebuzení (100 mV na emitoru Q2)
byl signál zkreslen symetricky. Optimální nastavení je v okolí středu
dráhy trimru.
Kondenzátor C8 zavádí nf napětí z emitoru Q5 zpět mezi odpory R10
a R11, a tím se zvyšuje vstupní odpor stupně pro střídavý signál. Jeví
se to, jakoby pro střídavé napětí byl R10 mnohonásobně větší. Této
kladné zpětné vazbě se říká bootstrap. Díky velké zatěžovací impedanci
tak tranzistor Q4 dosahuje obrovského napěťového zesílení. Kondenzátor
C14 brání divokým oscilacím zesilovače a také omezuje přenos výšek.
Odpor R9, který určuje pracovní bod zesilovače, se musí při oživování
pokusně vybrat tak, aby na emitoru Q5 bylo o trochu větší napětí, než
je polovina napájecího napětí.
Výstupní napětí pro usměrňovač musí být velké aby se diody D1 a D2
dobře otevřely a Q3 zase zavřel, ale záznamník MP-150 nedokáže tak
velké napětí zpracovat, proto se zmenšuje děličem z R12 a R13.
Součástky
Tranzistor Q1 by měl mít co nejmenší šum, a Q3 má mít co největší h21E.
Diody D1 a D2 by měly mít malý úbytek v propustném směru, vhodné jsou
germaniové nebo Schottkyho diody. Nejlepší jsou germaniové se zlatým
hrotem. Jinak na součástkách příliš nezáleží.
Mechanická konstrukce
Přistroj jsem postavil na univerzální desce. První stupeň je dosti
stěsnaný, hlavně jsem dbal na to, aby vstupní obvod tvořil co nejmenší
smyčku. Vstup musí být co nejdále od výstupu. Mikrofon je připojen
stíněným kabelem s mono jackem. Destička je částečně zasazena do
stínicího krytu z konzervového plechu, a na něm je zvenku přinýtován
držák baterií. To celé jsem zamontoval do větší krabičky na mýdlo.
Umístění mikrofonu při záznamu
Používám mikrofon s kulovou charakteristikou. Lepší by byl mikrofon se
srdcovou charakteristikou, který nepřijímá tolik rušení zezadu, ten ale
nemám. Při záznamu je důležité správné umístění mikrofonu tak, aby byl
co nejdál od zdrojů rušivého hluku, a aby na něj nahrávaný zvuk dopadal
pokud možno převážně přímo, ne odrazem od zdí a stropu. Odražený zvuk
způsobuje dlouhý dozvuk a tím špatnou srozumitelnost hlavně když řečník
mluví rychle. Mikrofon nesmí být vystaven otřesům. Nedoporučuji ho
klást na stůl, kde
píšete, pouhé odložení pera nebo posunutí ruky je slyšet jako hrozný
rachot.
Stránku vytvořil Ing. Petr Jeníček.
Stránka byla naposledy změněna dne 26.1.2008.