Przedwzmacniacz mikrofonowy o wysokiej jakości

Przedwzmacniacz zaprojektowano z przeznaczeniem do pracy stacjonarnej. Umożliwia przyłączenie mikrofonów dynamicznych o różnej czułości oraz pojemnościowych z wbudowanym przedwzmacniaczem, dostarczając napięcie ich zasilania w standardzie Phantom (+48 V). Dzięki regulowanemu wzmocnieniu (40, 50, 60 dB) możliwości odwrócenia fazy sygnału oraz podstawowej filtracji niskich częstotliwości, powinien sprawdzić się w wielu aplikacjach, a wbudowany wskaźnik poziomu sygnału ułatwi jego prawidłowe użytkowanie. Do bardziej wymagających aplikacji przewidziano możliwość zastosowania transformatora mikrofonowego.

Przedwzmacniacz składa się dwóch bloków funkcjonalnych:

1. Płytki przedwzmacniacza mikrofonowego opartego o układ wzmacniacza różnicowego SSM2019 firmy Analog Devices.
2. Płytki zasilacza dostarczającego napięcia symetrycznego do zasilania układu audio i napięcia +48 V do zasilania mikrofonów.

Schemat ideowy płytki przedwzmacniacza mikrofonowego pokazano na rysunku 1. Symetryczny sygnał wejściowy ze złącza MIC jest doprowadzony do przełącznika PH (PHase) umożliwiającego – w zależności od potrzeb – odwrócenie fazy wzmacnianego sygnału, a następnie przez kondensatory separujące CE2, CE3 i diody D1…D4 zabezpieczające wejścia wzmacniacza do układu U1 (SSM2019).

Rysunek 1. Schemat płytki przedwzmacniacza mikrofonowego

Układ U1 to wysokiej jakości układ wzmacniacza z wejściem różnicowym, przeznaczony do aplikacji audio. Charakteryzuje się niskim poziomem szumów, szerokim pasmem przenoszenia oraz możliwością ustalenia wzmocnienia poprzez dobór jednego rezystora dołączonego do wyprowadzeń RGx. W modelu wzmocnienie wybierane jest przełącznikiem GAIN, a ustalane za pomocą rezystorów R…R9 na około 40, 50 lub 60 dB.

Przedwzmacniacz ma tor zasilania Phantom +48 V konieczny do współpracy z mikrofonami z wbudowanym przedwzmacniaczem. Napięcie jest załączane przełącznikiem PHV (Phantom Voltage). Obecność zasilania sygnalizuje dioda V48. Kondensator CE1 filtruje zasilanie, a poprzez rezystory R1 i R2 są zasilane linie sygnałowe. W podstawowej konfiguracji bez transformatora mikrofonowego na płytce przewidziano zwory Z1 i Z2, które powinny być zwarte, a sygnał z mikrofonu doprowadzony do IN– (1), IN+ (3), GND (5).

Wzmocniony w U1 sygnał jest doprowadzony do potencjometru regulacji poziomu OUTLEV poprzedzonego wyłącznikiem LCF (Low Cut Filter), który poprzez zmianę pojemności sprzęgającej C4 lub C4+C5 umożliwia filtrowanie dolnoprzepustowe wzmacnianego sygnału np. w celu wyeliminowania drgań lub zaburzeń o niskiej częstotliwości. Przed doprowadzeniem do wyjścia OUT sygnał jest buforowany przez U2 (NE5532). Z wyjścia przedwzmacniacza po buforowaniu w drugiej połówce U2 jest pobierany sygnał pomiarowy dla wskaźnika wysterowania opartego o układ skali diodowej sterującej 5 diodami LED (w skali logarytmicznej) U3 typu KA2284 (lub odpowiednik). Układ wskazuje poziomy –10, –5, 0, 3, 6 dB, które dla ułatwienia odczytu mają wyróżnione 3 dB (LED żółta) i 6 dB (LED czerwona). Potencjometr montażowy służy do kalibrowania wskazań. Diody D1 i D2 obniżają zasilanie U3, zmniejszając występujące w nim straty mocy. Płytka przedwzmacniacza jest zasilana napięciem symetrycznym ±15 V i +48 V poprzez złącze PSU z zasilacza, którego schemat pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat ideowy płytki zasilacza przedwzmacniacza mikrofonowego

Układ jest typowy – wykonano go z użyciem dwóch stabilizatorów LM317 z napięciem wyjściowym ustalonym na 15 V. Napięcia +48 V dostarcza stabilizator na tranzystorze Q1 i diodach Zenera DZ1, DZ2. Aby uniknąć konieczności nawijania nietypowego transformatora, napięcia przemiennego dostarczają typowe transformatory: TS1 typu TEZ6 dla zasilacza ±15 V i TS2 typu TEZ2 dla +48 V. Transformatory zabezpieczone są bezpiecznikiem F1 (100 mA „T”) oraz opcjonalnie warystorem VR. Napięcie sieciowe 230 V jest doprowadzone do złącza AC.

Układ zmontowano na dwóch płytkach drukowanych, których schematy montażowe pokazano na rysunku 3 i rysunku 4.

Rysunek 3. Schemat montażowy płytki przedwzmacniacza

Rysunek 4. Schemat montażowy płytki zasilacza

Montaż jest typowy i nie wymaga opisywania. Podczas montażu w pierwszej kolejności należy przykręcić do płytki potencjometr OUTLEV, a następnie przylutować go do odpowiednich pól lutowniczych. Ostateczny montaż przełączników i diod LED trzeba przeprowadzić po przykręceniu do frontu obudowy, co zapewni odpowiednią estetykę i trwałość montażu. W zależności od typu zastosowanej gałki konieczne może być docięcie osi potencjometru.

Po sprawdzeniu poprawności montażu konieczne jest uruchomienie i regulacja układu. W pierwszej kolejności należy sprawdzić działanie zasilacza i występowanie napięć zasilających ±15 V (z dokładnością do 0,2 V) i 48 V (z dokładnością do 2 V) na złączu PSU płytki zasilacza. Jeżeli wszystko jest w porządku, taśmą IDC10 (1:1) należy połączyć zasilacz z płytką przedwzmacniacza. Do wejścia układu przedwzmacniacza należy doprowadzić sygnał z generatora 1 kHz z regulowanym tłumieniem (pomiędzy IN+ a GND, IN– połączyć z GND poprzez rezystor 100 Ω), a do wyjścia oscyloskop. Następnie ustawić potencjometr OUTLEV w pozycji maksymalnej (skręcony w prawo), przełącznik GAIN w pozycji 40 dB, wyłączyć filtr LCF i zasilanie Phantom PHV. Zmieniając poziom sygnału wejściowego z generatora, tłumikiem ustawić poziom sygnału wyjściowego OUT, na ok. 1,1 VRMS. Następnie, potencjometrem MTR, ustawić wskaźnik wysterowania, aby zaświeciła się LED P3 (+3 dB). Dalsze próby można przeprowadzić przy podłączonym mikrofonie. Należy sprawdzić działanie przełączników (uwaga na możliwość sprzęgania się mikrofonu) i przedwzmacniacz jest gotowy do użytkowania.

W urządzeniu przewidziano możliwość zastosowania dodatkowego transformatora mikrofonowego np. Carnhill VTB9045. Opis połączenia wejścia w wersji bez i z transformatorem mikrofonowym umieszczono na rysunku 5.

Rysunek 5. Schemat podłączenia wejścia mikrofonowego

Połączenie charakteryzuje się jednostkowym wzmocnieniem napięciowym (0 dB).

Jeżeli zależy nam na większym wzmocnieniu, możliwe podłączenia VTB9045 umieszczono w tabeli 1.

W zależności od zastosowanego transformatora konieczne może być dodatkowe obciążenie wyjścia równoległym obwodem RC, którego parametry są podane w notach aplikacyjnych.

Adam Tatuś, EP