Wzmacniacz mikrofonowy

Uniwersalny wzmacniacz mikrofonowy może bezpośrednio współpracować z popularnymi dwu- i trzykońcówkowymi mikrofonami elektretowymi. Bardzo dobrą jakość dźwięku osiągnięto m.in. dzięki zastosowaniu elementów o wysokich parametrach: kondensatorów z serii Elite i niskoszumnego wzmacniacza operacyjnego NE5532. Dzięki temu moduł ma na tyle dobre parametry, że nadaje się doskonale do współpracy z dobrej jakości mikrofonami dynamicznymi.

Schemat wzmacniacza pokazany jest na rysunku 1. Jak widać, układ jest zasilany pojedynczym napięciem. Dodatkowy obwód R1, C2, R2 przewidziany jest do zasilania mikrofonów elektretowych. Moduł zawiera dwa stopnie o regulowanym wzmocnieniu.

Wzmocnienie pierwszego stopnia (U1A) jest płynnie regulowane potencjometrem POT1 w zakresie 1...10×. Wzmocnienie drugiego stopnia można zmieniać skokowo za pomocą zwory JP2. Jeśli kołki JP2 nie są zwarte, wzmocnienie jest największe, wyznaczone przez stosunek R8/R5. Gdy jumper JP2 równolegle do R8 dołączy rezystor R6 albo R7, wzmocnienie będzie mniejsze. Równoległe połączenie R7 (9,1 kΩ) z rezystorem R8 (22 kΩ) daje rezystancję 6,4 kΩ, czyli 3,2× większą niż rezystancja wypadkowego połączenia R6, R8 oraz 3,4× mniejszą od rezystancji R8. Przy podanych wartościach elementów wzmocnienie drugiego stopnia będzie mieć wartość: 10× (bez zwory), 2,9× (dołączony R7), 0,91× (dołączony R6).

W ten sposób całkowite wzmocnienie można precyzyjnie regulować w zakresie 0,9...100×. Taki zakres całkowicie wystarczy do współpracy z typowymi mikrofonami, także dynamicznymi, ale kto chciałby zwiększyć wzmocnienie maksymalne do 600× (55 dB), może zmniejszyć wartość R11, nawet do 360 Ω (przez co wzmocnienie pierwszego stopnia wzrośnie nawet do 28×), a także zmniejszyć wartość R5, nawet do 1 kΩ (przez co wzmocnienie drugiego stopnia wzrośnie do 22×).

W wersji podstawowej (także w zestawie) przewidziany jest wzmacniacz operacyjny NE5532 - układ opracowany specjalnie do zastosowań w sprzęcie audio i do dziś często stosowany także w sprzęcie profesjonalnym. W module celowo wykorzystano dwa stopnie aktywne - każdy ze stopni daje duży zapas wzmocnienia i gwarantuje szerokie pasmo i znakomite parametry dynamiczne. Pomiary wykazały, że nawet przy największym wzmocnieniu (100×, czyli 40 dB) pasmo sięga powyżej 25 kHz.

Zniekształcenia nieliniowe są znikome. Przy wzmocnieniu maksymalnym w sygnale wyjściowym o wartości międzyszczytowej 5 V (co daje 1,8 Vsk) zniekształcenia nieliniowe były mniejsze od 0,09%. Przy wzmocnieniu 20× (26 dB) zniekształcenia i szumy (THD+N) tego prostego układu były mniejsze niż 0,03%.

Moduł będzie też bardzo dobrze pracował z popularnym wzmacniaczem operacyjnym TL072 oraz TL082. Te wzmacniacze mają wprawdzie większe szumy, ale przy współpracy z mikrofonem elektretowym nie ma to znaczenia z uwagi na duży sygnał uzyskiwany z takich mikrofonów. Pobór prądu spadnie wtedy do około 3 mA (w porównaniu do około 10 mA z NE5532), co ma znaczenie w przypadku zasilania bateryjnego. Dalsze zmniejszenie poboru prądu możliwe jest po zastosowaniu układu TL062.

Pobór prądu zmniejszy się do około 0,5 mA, a dzięki dwom stopniom wzmocnienia, nawet przy maksymalnym wzmocnieniu, pasmo nadal będzie szersze niż 20 kHz. Alkaliczna bateria 9-woltowa o pojemności 400...500 mAh wystarczy na wiele godzin pracy takiego bardzo oszczędnego wzmacniacza.

W mało wymagających zastosowaniach, gdzie stosowany jest mikrofon elektretowy, można śmiało wykorzystywać TL072, TL082 i TL062. Jedynie do współpracy z mikrofonem dynamicznym dobrej jakości warto zastosować układ NE5532, który zapewni wtedy doskonałe parametry i umożliwi pełne wykorzystanie zalet tego mikrofonu.

Wzmacniacz został zmontowany na płytce drukowanej, pokazanej na rysunku 2. Montaż jest typowy i nie powinien przysporzyć problemów. Pod układ scalony warto dać podstawkę, co znakomicie ułatwi eksperymenty i porównanie parametrów układu z różnymi wzmacniaczami operacyjnymi. Standardowo jako POT1 stosowany będzie miniaturowy potencjometr montażowy.

Opcjonalny, zewnętrzny potencjometr można dołączyć do złącza JP3 oznaczonego POT*, wtedy nie lutujemy potencjometru miniaturowego. Ze względu na ewentualne zakłócenia zewnętrzne przewody takie powinny być jak najkrótsze. Tak włączony potencjometr będzie służył do płynnej regulacji wzmocnienia, a nie jako typowy regulator głośności (bo nie można zmniejszyć nim wzmocnienia do zera).

Prezentowany moduł ma duże wzmocnienie, więc może łatwo "zbierać" różnorodne zakłócenia, także przez obwody wejściowe, dlatego mikrofon warto dołączać przewodem ekranowanym. Rysunek 3 pokazuje przykłady dołączania mikrofonów elektretowych. Zasilanie dla mikrofonu trzykońcówkowego należy pobrać wprost z kondensatora C2, pozostawiając zworkę JP1 w pozycji ELK (zwarte piny 1-2). W przypadku wykorzystania mikrofonu dynamicznego zworę JP1 należy pozostawić w pozycji DYN (zwarte piny 2-3) i choć układ nie ma wejścia symetrycznego, naprawdę warto zastosować symetryczny przewód, podłączony według rysunku 4.

Układ można zasilać pojedynczym napięciem o wartości z szerokiego zakresu od 7 V do 24 V. Pobór prądu wyznaczony jest głównie przez wzmacniacz operacyjny. Należy pamiętać, że zakres maksymalnych napięć wyjściowych zależy od napięcia zasilania.

Czym wyższe napięcie zasilania, tym większy zapas przy ewentualnym przesterowaniu.