Юный техник, 2015 № 10

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Микрофонный усилитель без проводов питания

Любителям звукотехники, особенно высококачественной, хорошо известно, что входные цепи усилителей звуковой частоты (УЗЧ) надо тщательно экранировать, а входные сигналы к ним подводить только экранированными проводами, «шнурами», или кабелями. При плохой экранировке громкоговорители или акустические системы (АС) воспроизводят трудноустранимый фон переменного тока, отнюдь не способствующий качественному прослушиванию речи или музыки.

Фон этот обусловлен электромагнитными наводками от проводов сети, которыми фактически «опутана» любая современная квартира. Амплитуда наводки немалая — я прикоснулся ко входу осциллографа рядом с компьютером, на котором пишутся эти строки, и получил сильно искаженную синусоиду с частотой 50 Гц и амплитудой около 20 В!

Представьте, что ваши УЗЧ и АС воспроизводят частоты от 30…40 Гц и имеют чувствительность по входу в милливольты, и дальнейшие пояснения станут излишними.

Радиолюбителям хорошо известен старинный способ проверки УЗЧ вообще без приборов — надо прикоснуться пальцем, пинцетом или отверткой ко входному разъему — раздался в громкоговорителе громкий рев — значит, все в порядке, усилитель «жив».

Особенно важна хорошая экранировка микрофонов, ведь развиваемое ими напряжение звукового сигнала очень мало — единицы, а то и доли милливольта. В то же время микрофон желательно подключать достаточно длинным кабелем, как раз и подвергающимся наводкам.

Простейший экранированный кабель содержит только один изолированный провод, окруженный экранирующей оплеткой, которая соединяется с корпусом (землей) УЗЧ и служит вторым проводом. Такое решение еще допустимо для электретных бытовых микрофонов, развивающих значительное напряжение ЗЧ, но часто бывает неприемлемо для более качественных и менее чувствительных (т. е. развивающих меньшее напряжение) динамических и ленточных микрофонов.

Дело в том, что напряжение помехи, наводимое на внешней поверхности оплетки, оказывается приложенным с одной стороны к земле УЗЧ, а с другой — через катушку микрофона и центральный провод — ко входу УЗЧ.

Для решения проблемы для микрофонов и в ряде других ответственных случаев используют двойной экранированный провод, по сути, витую пару, заключенную в оплетку (рис. 1).

Рис. 1

Катушка микрофона или другой источник сигнала с симметричным выходом подключается к выводам «+» и «-» в левой части рисунка и не имеет контакта с оплеткой. Если у микрофона металлический корпус, то его как раз и следует соединить с оплеткой (вывод «0»). На стороне УЗЧ (приемник, справа на рисунке), и только там, один из сигнальных проводов (в данном случае «-») уже можно соединить с оплеткой и корпусом УЗЧ. Напряжение помех, наводимое на оплетку, в этом случае не попадает на вход УЗЧ.

Существует и другой радикальный путь уменьшения наводок — усилить сигнал непосредственно у микрофона. Во сколько раз мы усилим сигнал, во столько же раз уменьшится и относительный уровень наводок, они ведь не зависят от того, что и с каким уровнем передается по кабелю! Это позволяет использовать более простые и значительно более дешевые кабели.

Но микрофоны с размещенными в их корпусе предусилителями требуют для подключения к УЗЧ 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 — центральный проводник кабеля, — так же, как это часто делают в антенных усилителях. Именно такой способ подачи питания и применен в предлагаемом вниманию читателей микрофонном усилителе.

Его принципиальная схема приведена на рисунке 2.

Усиитель рассчитан на работу от электретного микрофона любого типа. 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 R2, R3. Усиленное напряжение звуковой частоты выделяется на нагрузочном резисторе R5 и поступает далее на базу транзистора VT2, входящего в составной эмиттерный повторитель, собранный на транзисторах VT2 и VT3.

Эмиттер последнего транзистора VT3 соединен с центральным проводом соединительного одножильного экранированного кабеля и верхним контактом разъема ХР1 (выходом усилителя). Оплетка кабеля соединена с общим проводом. Заметим, что наличие на выходе усилителя эмиттерного повторителя с малым внутренним (выходным) сопротивлением заметно снижает уровень наводок на микрофонный вход УЗЧ.

Около входного разъема УЗЧ или другого устройства, к которому подключается микрофон, смонтированы еще две детали: нагрузочный резистор R6, через который подается питание, и разделительный конденсатор С3, 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 транзисторы VT2 и VT3 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 R2, R3 так, чтобы напряжение на верхнем контакте разъема ХР1 было равно половине напряжения питания. Любопытно, что режим практически нельзя изменить, изменяя 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 на выход усилителя. При этом ток через резистор R5 постоянен и почти не подвержен колебаниям со звуковой частотой. Иными словами, усилительный каскад оказывается нагруженным на генератор тока, то есть на очень большое сопротивление.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя тоже весьма велико, и в результате коэффициент усиления оказывается очень большим. При негромком разговоре перед микрофоном амплитуда выходного напряжения может достигать нескольких вольт. Цепочка R4, С2 не пропускает переменную составляющую сигнала звуковой частоты к цепи питания микрофона и делителя напряжения.

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

Налаживание сводится к подбору резисторов делителя R2, R3 до получения на выходе половины напряжения питания. Полезно еще подобрать и резистор R1 под конкретный микрофон, ориентируясь по наилучшему звучанию сигнала. Если входное со

противление радиоаппарата, с которым используется данный усилитель, менее 100 кОм, емкость конденсатора С3 следует соответственно увеличить, чтобы не ослаблять нижние частоты звукового спектра.

Этот микрофонный усилитель проектировался для работы в составе любительской радиостанции. Там, кроме проблемы сетевых наводок, вызывающих фон переменного тока, существует еще проблема радиочастотных наводок от собственного передатчика, вызывающих сильные искажения сигнала, а порой и самовозбуждение всей системы.

Обе проблемы были успешно решены благодаря этому усилителю. Но для телефонной радиопередачи не нужны частоты звукового спектра ниже 300 Гц, поэтому емкости разделительных конденсаторов С1 и С3 были выбраны довольно малыми. Для аудиофилов и любителей «сочных басов» эти емкости можно выбрать 0,33 мкФ и 1 мкФ соответственно. Тогда нижняя граничная частота полосы пропускания усилителя опустится ниже 30 Гц.

В. ПОЛЯКОВ, профессор