Малошумящий микрофонный усилитель.

[kalobyte]

резистор на 1.3к от батарейки должен идти сразу на микрофон, а не на мс
так у тебя просадка по питанию идет и микрофон без питания

[Михаил_]

Микрофон электромагнитный, питания не требует. Сегодня попробую собрать схему иначе, как положено, с двух полярным питанием. может поможет

Если схема включения верна, то причина может быть в микрофоне, например, если он электретный, то ему нужно питание.

По поводу схемы включения, готовой схемы включения найти не удалось на эту микросхему. Почитав литературу про ОУ подключил микросхему так как обычно это делается с другими ОУ. Наверно вариантов почему не работает всего два.... 1. неправильное включение микросхемы, 2.микросхема неисправна (хотя вроде как новая, вчера почтой получил)

[Леонид Иванович]

С вывода 2 нужен резистор на землю, который совместно с R3 задаст усиление. А так получилось усиление 1.

[El-Eng]

Михаил_, попробуйте собрать усилитель по этой схеме:



В этой теме есть обсуждение.

Возможно, для вашего ОУ понадобится питание от 10В.

[Михаил_]

Непонятно почему, но заработало. И главное тут вторую ногу микросхемы посадить через конденсатор на минус. Если напрямую сажать без конденсатора схема перестаёт работать. R4 исключил из схемы, он влияет лишь на усиление, при уменьшении сопротивления R4 усиление возрастает.

Схема работает, но уровень шумов не нравится. Шумы достаточно хорошо прослушиваются, а при увеличении усиления вообще перекрывают сигнал с микрофона. Покупал эту микросхему в надежде получить качественный звук с микрофона, звук без шумов. Но что-то результат совсем не впечатляет, и очень далёк от заявленного производителем.

LME49990MA сочетает низкую спектральную плотность шума (0,9 нВ/VГц) с чрезвычайно малым коэффициентом гармонических искажений (0,00001%).

Решил собрать схему иначе, с двух полярным питанием. Может в таком варианте покажет лучше результат. Но опять ничего не работает. Видимо опять что-то не так соединяю. Как должна выглядеть схема усилителя на ОУ с двух полярным питанием ?

[El-Eng]

Непонятно почему, но заработало. И главное тут вторую ногу микросхемы посадить через конденсатор на минус. Если напрямую сажать без конденсатора схема перестаёт работать. R4 исключил из схемы, он влияет лишь на усиление, при уменьшении сопротивления R4 усиление возрастает.

Все же вам нужно повнимательнее почитать литературу по ОУ. Хоровица-Хилла, например. R4 нельзя исключать из схемы, усиление определяется соотношением 1+R3/(R4+Zc4), где Zc4 - импеданс C4. Схема проектируется так, чтобы в рабочем диапазоне частот Zc4 был меньше R4 (чем меньше, тем лучше), иначе усиление будет частотозависимым. Граница - когда R4=Zc4 на нижней частоте рабочего диапазона. Для нижней частоты среза в 20Гц и C4=47 мкФ, R4 должен быть больше 170 Ом.

Схема работает, но уровень шумов не нравится. Шумы достаточно хорошо прослушиваются, а при увеличении усиления вообще перекрывают сигнал с микрофона. ...что-то результат совсем не впечатляет, и очень далёк от заявленного производителем.

ОУ, который вы используете, является достаточно широкополосным, очень вероятно, что причина шума - в самовозбуждении на ВЧ, особенно при избыточном усилении. Для борьбы с самовозбуждением, поставьте керамический конденсатор 0.1 мкФ параллельно C2 как можно ближе к выводам питания ОУ, а параллельно R3 поставьте конденсатор емкостью примерно 10 пикофарад (величина не очень критична). Такую же емкость можно установить параллельно R2 как можно ближе к выводам ОУ, лучше всего - припаять прямо к выводам 3 и 4. Плату лучше всего делать на двухстороннем фольгированном текстолите, расположив дорожки с одной стороны, а другую использовать как сплошной полигон земли.

Источником избыточного шума может быть и не микросхема. Сам микрофон может шуметь сильнее. Конденсаторы и резисторы тоже вносят свою лепту, иногда не маленькую, особенно электролиты. Источник питания тоже может быть причиной. Я надеюсь, вы питаете усилитель от батарейки а не от импульсного сетевого адаптера.

Последней, наименее вероятной причиной может быть то, что 9В питания маловато, надо хотя бы 10, чтобы удовлетворить ДШ. Но это, повторю, наименее вероятная возможная причина.

Решил собрать схему иначе, с двух полярным питанием. Может в таком варианте покажет лучше результат. Но опять ничего не работает. Видимо опять что-то не так соединяю.

Покажите свою схему, я укажу на ошибки, если они есть. Но вообще, я советую разобраться с однополярным вариантом. Двухполярный, с точки зрения шумов, лучше, но не радикально.

[Михаил_]

Для меня очень важен параметр по шумам, для этого и покупалась микросхема. Но то, что получается, совершенно не годится. Обычная микросхема К538УН3 показывала лучшие результаты. Но LM49990 описывается, как микросхема уровень шумов которой сведён к теоретически возможному минимуму.

И либо производители врут либо схема включения не та.

Микрофон электромагнитной конструкции обмотка 50 омная, думаю шуметь не должен. Если отключить микрофон то шумы остаются.

При уменьшении сопротивлений R1, R2 шум увеличивается. Поэтому я подумал, что видимо однополярная схема включения не годится, ведь R1, R2 прямиком идут на вход усилителя и возможно шумы этих резисторов и усиливаются. Пробовал шунтировать эти резисторы конденсаторами 0,1мкф. Ничего не меняется. Микрофон улавливает звуки со всей комнаты, но на фоне этих звуков хорошо прослушивается равномерное монотонное шипение.

Интересно каким образом можно сузить частотный диапазон усиления микросхемы до звуковых частот ? Действительно, совершенно не нужная в данном случае полоса пропускания до 110Мгц может лишь мешать и проводить к возбуждению схемы. подбором R5, C5 в приложенной здесь схеме?

например. R4 нельзя исключать из схемы, усиление определяется соотношением 1+R3/(R4+Zc4), где Zc4 - импеданс C4. Схема проектируется так, чтобы в рабочем диапазоне частот Zc4 был меньше R4 (чем меньше, тем лучше), иначе усиление будет частотозависимым. Граница - когда R4=Zc4 на нижней частоте рабочего диапазона. Для нижней частоты среза в 20Гц и C4=47 мкФ, R4 должен быть больше 170 Ом.

Питаю схему от батареек, 4,5 В. Пробовал от 9В, шумы немного увеличиваются.

Хотел собрать схему на двухполярном питании да не соображу как надо правильно. Никогда не имел дела с ОУ.

ОУ, который вы используете, является достаточно широкополосным, очень вероятно, что причина шума - в самовозбуждении на ВЧ, особенно при избыточном усилении. Для борьбы с самовозбуждением, поставьте керамический конденсатор 0.1 мкФ параллельно C2 как можно ближе к выводам питания ОУ, а параллельно R3 поставьте конденсатор емкостью примерно 10 пикофарад (величина не очень критична). Такую же емкость можно установить параллельно R2 как можно ближе к выводам ОУ, лучше всего - припаять прямо к выводам 3 и 4.

Поставленный конденсатор 0,1мкф параллельно С2, на вашей схеме, ничего не меняет, шумы на месте. Установленный конденсатор 0,1мкф параллельно R3 на вашей схеме, ослабил еле слышную "помеху", но основной белый шум как был так и остался. Я уже думаю может микросхема подделка....

[El-Eng]

Вот схема для двухполярного питания. Питание ±9В потому, что в ДШ минимальное напряжение питания ±5В. Хорошо было бы проверить осциллографом отсутствие самовозбуждения на выходе. В этой схеме на выходе может установиться смещение относительно земли в диапазоне ±1В. В этом нет ничего страшного, но если это критично для последующих каскадов, на выход нужно поставить разделительный конденсатор порядка 10-47мкФ соблюдая полярность, если это будет электролит.

MicAmp.png

(8.52 КБ) 4290 скачиваний

[Михаил_]

Осциллографа нет к сожалению. Спасибо за схему, завтра опробую. Весь день мучался со схемами включения ОУ. Выяснилось , что схема включения бывает инвертирующая и неинвертирующая. При чём входное сопротивление инвертирующего усилителя небольшое, а вот входное сопротивление неинвертирующего усилителя очень велико. Всё что до этого собирал и что предлагали вы это неинвертирующий вариант схемы включения ОУ.

Попробовал собрать схему инвертирующего усилителя. И схема заработала совсем иначе, с минимальным уровнем шумов. Возможно дело было в большой разнице между сопротивлениями источника сигнала (микрофона) и входного сопротивления усилителя….А там кто его знает.

По поводу высокочастотного возбуждения, оно видимо присутствует, потому, что касаясь пальцем различных участков схемы, в одних случаях шумы несколько увеличиваются, а в других наоборот уменьшаются. Вообщем поставил в цепь ООС ёмкость 100пф. По моим соображениям ёмкостное сопротивление на больших частотах мало, следовательно для высоких частот усиление ОУ будет мало. Реально это немного уменьшило шумы. Теперь при регулировки ООС переменным резистором, он совместно с ёмкостью 100пф видимо работает как фильтр. Одновременно с повышением усиления изменяется и частотная характеристика. Чем больше усиления тем больше высоких частот и наоборот .

[El-Eng]

Экспериментируйте, набирайтесь опыта, проверяйте на практике то, что пишут в книгах. Это - самый правильный путь.
100 пФ в цепи обратной связи многовато. А вот, что касается переменного резистора, лучше в цепь обратной связи его не ставить. Он может оказаться как причиной избыточного шума, так и самовозбуждения. И не забывайте, что резистор R4 в схеме с одним питанием (как и R3 в схеме с двумя питаниями) обязательно должен быть установлен. Резисторы и керамические конденсаторы, кстати, лучше брать для поверхностного монтажа. Чем меньше протяженность цепей входов ОУ, тем меньше вероятность самовозбуждения. И не забывайте об экранировании.

[Михаил_]

.... а как снимать выходной сигнал с двухполярной схемы ОУ ? До этого я использовал для усиления выходного сигнала микросхему с однополярным питанием LM 386. Или эта микросхема тоже ОУ и её можно включить по схеме двухполярного питания ? Посмотрел в инете, вроде можно.

[El-Eng]

... а как снимать выходной сигнал с двухполярной схемы ОУ?

Точно так же как и с однополярной, только разделительный конденсатор на выходе, в большинстве случаев, не нужен.

... ее можно включить по схеме двухполярного питания?

Можно, но она, все же, заточена для работы с одним питанием.

[Михаил_]

Точно так же как и с однополярной, только разделительный конденсатор на выходе, в большинстве случаев, не нужен.

Если микросхема включёна по схеме двухполярного питания то вход и выход это относительно средней точки питания схемы. Если далее сигнал усиливать второй микросхемой включённой по схеме однополярного питания и источник питания общий для обоих микросхем, то ... минус питания второй микросхемы должен подключатся на среднюю точку элементов питания ?

[ST@S]

то ... минус питания второй микросхемы должен подключатся на среднюю точку элементов питания ?

Нет, необязательно. Просто потеряешь в размахе сигнала и надо разделительный кондёр ставить

[Михаил_]

Нарисовал схему, будет работать ? Соединил LME49990 в двухполярном включении с LM386 в однополярном включении

[El-Eng]

Нарисовал схему, будет работать?

Если и будет, то плохо.
Основные замечания и ошибки:
1. При питании от батареи, емкость С1, С2 и С7 - избыточна, достаточно сотни микрофарад. Блокировочные емкости 0.1 мкФ отсутствуют.
2. Резистор R2 не нужен вовсе, от него только вред.
3. Общий провод микрофона обычно подключают к земле, C3 не нужен.
4. При таком включении микрофон работает на нулевое входное сопротивление, это - нештатный режим для микрофона.
5. Переменный резистор R1 будет источником избыточного шума, а, возможно, и причиной самовозбуждения.
6. Полярность С5 нельзя определить заранее, она зависит от знака напряжения смещения ОУ.
7. Полярность C6 неверна.
8. Напряжение на выходе LM386 составляет половину напряжения питания, подключение наушников без разделительного конденсатора приведет к неправильной работе усилителя, а, возможно, к выходу его и наушников из строя.

[Михаил_]

Схему собрал, работает. Я всё сравниваю работу микросхемы К538УН3А с LME49990. Дело в том, что я усиливаю очень слабые сигналы. И мне мешают внутренние шумы усилителей.

Особого различия между К538УН3А и LME49990 не обнаружил. И там и там шумы чётко прослушиваются, перекрывая полезный усиливаемый сигнал. Как не шаманил над схемами, толку особого нет.

Как бороться с этими шумами ? Может собрать схему что-то типа синфазного подавления шумов ?

Как усиливают например биопотенциала мозга, там же бешеное усиление и вроде шумов нет.

2. Резистор R2 не нужен вовсе, от него только вред.

Без него схема превращается в генератор.

3. Общий провод микрофона обычно подключают к земле, C3 не нужен.

Мне он нужен для частотной коррекции, отфильтровывает низкие частоты.

4. При таком включении микрофон работает на нулевое входное сопротивление, это - нештатный режим для микрофона.

Почему нулевое ?

5. Переменный резистор R1 будет источником избыточного шума, а, возможно, и причиной самовозбуждения.

Поменял на постоянный резистор, ничего не изменилось.

7. Полярность C6 неверна.

Да, не хотел работать пока полярность не поменял.

8. Напряжение на выходе LM386 составляет половину напряжения питания, подключение наушников без разделительного конденсатора приведет к неправильной работе усилителя, а, возможно, к выходу его и наушников из строя.

Конденсатор есть, просто не указан на схеме, для простоты.

[falkonist]

Михаил_, на некоторые Ваши вопросы ответы имеются здесь: http://cxem.net/beginner/beginner96.php .

[El-Eng]

Особого различия между К538УН3А и LME49990 не обнаружил. И там и там шумы чётко прослушиваются, перекрывая полезный усиливаемый сигнал.

Плотность шума напряжения (типовое значение) у 538УН3 - 2.1нВ/√Гц, у LME49990 - 0.88 нВ/√Гц, разница примерно 7.5 дБ - на слух нерадикальна. Чтобы убедиться в наличии проблемы, нужно проводить измерения. Кроме того, сразу замечу, что LME49990 у вас включена в режиме, который не соответствует требованиям ДШ, в частности, по размаху питающих напряжений. Она имеет право вообще не работать, а не только избыточно шуметь.

Как бороться с этими шумами?

Строгое следование требованиям ДШ, тщательный монтаж, меры против паразитных обратных связей и наводок, экранирование, использование качественных компонентов, фильтрация питания и т.д. По-другому - никак.

Как усиливают например биопотенциала мозга, там же бешеное усиление и вроде шумов нет.

Есть. Шум, который уже не виден на картинке сигнала, существенно больше шума, который уже не слышен при воспроизведении этого сигнала. Кроме того, напряжение шума, приведенное ко входу, пропорционально квадратному корню из ширины полосы усиливаемых частот. При измерении биопотенциалов мозга, полоса существенно уже, чем при усилении звука.

Без него схема превращается в генератор.

Это - свидетельство неправильного монтажа.

Мне он нужен для частотной коррекции, отфильтровывает низкие частоты.

Тогда его нужно включить в разрыв сигнального провода, идущего от микрофона к усилителю. При указанных номиналах (50 ом, 4 мкФ) нижняя частота полосы пропускания равна примерно 800 Гц. Это правильно?

Почему нулевое?

Найдите в литературе, что такое "виртуальный ноль" в схеме инвертирующего включения ОУ.

Поменял на постоянный резистор, ничего не изменилось.

Если стоит цель получить минимальный уровень шумов, важно учитывать вклад каждого компонента.

[Михаил_]

Михаил_, на некоторые Ваши вопросы ответы имеются здесь: http://cxem.net/beginner/beginner96.php .

Да, я изучал эту статью.

Кто знает, каким образом взаимосвязаны внутренние шумы усилителя с сопротивлением источника сигнала ?

Плотность шума напряжения (типовое значение) у 538УН3 - 2.1нВ/√Гц, у LME49990 - 0.88 нВ/√Гц, разница примерно 7.5 дБ - на слух нерадикальна.

Видимо вы правы. Зато в цене на микросхемы очень даже заметна разница

При измерении биопотенциалов мозга, полоса существенно уже, чем при усилении звука.

Ясно

Тогда его нужно включить в разрыв сигнального провода, идущего от микрофона к усилителю.

После вашего замечания я тоже набрёл на эту мысль.

При указанных номиналах (50 ом, 4 мкФ) нижняя частота полосы пропускания равна примерно 800 Гц. Это правильно?

Подбирал на слух. Что бы отсеять стуки и различные вибрации от работающего холодильника или стиральной машинке несколькими этажами выше. А каким образом производить расчёты ?

Вообще, изначально я видимо вопрос поставил несколько неправильно. Суть задачи - получить максимальное усиление сигнала с микрофона с отсутствием явно слышимых «тепловых» шумов схемы.

Может что посоветуете дельного по этому поводу ? Стоит использовать микросхемы усилители или самому собирать усилитель на транзисторах ?