Главная » Помощь » Малошумящие усилители низкой частоты. Малошумящий микрофонный усилитель HaLA3161. Использование инструментального усилителя AD8428 для снижения шумов

Малошумящие усилители низкой частоты. Малошумящий микрофонный усилитель HaLA3161. Использование инструментального усилителя AD8428 для снижения шумов

Усилители, основное предназначение которых - усиление слабых сигналов с минимальными собственными шумами на выходе устройства, называют малошумящими.

Такие усилители обычно используют во входных цепях - радиоприемников, звуковоспроизводящей радиоаппаратуры, например, в микрофонных усилителях, в – устройствах, воспринимающих сигналы от высокочувствительных датчиков, в измерительной и медицинской аппаратуре.

КР538УНЗ (близкий аналог микросхемы LM387N фирмы NSC, с иной цоколевкой) представляет собой сверхмалошумящий низкой частоты, рис. ЗОЛ, табл. 30.1 . Выпускается КР538УНЗ (К538УНЗ) в корпусах трех разновидностей. Ниже приведены примеры использования микросхемы, выполненной в корпусе DIP8.

Рис. ЗОЛ. Типовая включения микросхемы КР538УНЗ

Верхняя частотная граница усиливаемых сигналов при отключении потенциометра R1 (рис. 30.1) достигает 3 МГц. Коэффициент усиления в пределах от 100-350 до 3000 можно плавно регулировать подстройкой этого потенциометра. Одновременно в той же пропорции снижается верхняя граница полосы усиливаемых частот. Рекомендуемое напряжение питания - 6 В (5,0-7,5 В) при токе потребления до 5 мА. Работоспособность микросхемы сохраняется при снижении напряжения питания до 3 В. Максимальное выходное напряжение для разновидности микросхемы с литерой «А» достигает 0,5 В, для «Б» - 0,3 В при выходном токе до 3 мА; нагрузки - 2 кОм. Максимальное входное напряжение - менее 0,2 В. Нормированное напряжение шумов на частоте 1 кГц при сопротивлении источника сигнала до 500 Ом не превышает 2 нВ/Гц~ 0,5 . Коэффициент гармоник при выходном напряжении до 0, 1 В - менее 1,5%.

Рис. 30.2. Упрощенный вариант включения микросхемы КР538УНЗ

Рис. 30.3. Вариант на микросхеме КР538УНЗ

Характеристики на микросхеме КР538УНЗ при варьировании напряжения питания

Таблица 30.1

Параметр

Уровень шума, дБ

Рис. 30.4. малошумящего с цепями частотной коррекции

Рис. 30.5. малошумящего магнитофонного усилителя на микросхеме КР538УНЗ

Максима;1ьно упрощенный вариант включения микросхемы КР538УНЗ приведен на рис. 30.2, рис. 30.3 .

На микросхеме КР538УНЗ с дополнительно встроенными цепями частотной коррекции показана на рис. 30.4.

Малошумящего усилителя портативного магнитофона приведена на рис. 30.5 . Учитывая специфику работы устройств, вместо регулирующего коэффициент усиления потенциометра (R1, рис. 30.1) включен корректирующий (L1C2), настроенный на частоту 12,5 кГц.

Программируемый малошумящий ОУ, предназначенный для применения в бытовой радиоэлектронной аппара-

Существует немало усилителей, для которых одним из основных необходимых параметров является требование обеспечить минимальный шум на выходе. Обычно такие схемы используются для усиления сигналов от различных датчиков, а также в приемниках прямого преобразования, где основное усиление осуществляется на низких частотах. Увеличение шумов приводит к невозможности различать слабые сигналы на фоне шума.

Внутренние шумы усилителя возникают при прохождении тока через пассивные и активные элементы схемы.
От построения схемы (схемотехники) также в немалой степени зависят шумовые характеристики. При разработке усилителя, имеющего большое отношение сигнал/шум, кроме оптимального выбора вида схемы, важно правильно подобрать элементную базу и оптимизировать режим работы каскадов.

Выбор компонентов схемы

В реальном усилителе источником внутренних шумов являются:
1) тепловые и токовые шумы резисторов;
2) фликкер-шумы конденсаторов, диодов и стабилитронов;
3) флуктуационные шумы активных элементов (транзисторов);
4) вибрационные и контактные шумы.

Резисторы

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов.

Тепловые шумы вызваны движением электронов в токопро-водящем веществе, из которого изготовлен резистор (этот шум увеличивается с увеличением температуры). Если на резистор не действует напряжение, то ЭДС шумов на нем (в мкВ) определяется из соотношения:

Eш=0,0125 x f x R,
где f -полоса частот в кГц; R -сопротивление в кОм.

Токовые шумы возникают при протекании через резистор тока. В этом случае шумовое напряжение появляется из-за эффекта флуктуации контактных сопротивлений между проводящими частицами материала. Его величина линейно зависит от приложенного напряжения. Поэтому шумовые свойства резисторов характеризуются уровнем шума, представляющим собой отношение действующего значения переменной составляющей напряжения шумов Em (мкВ) к приложенному напряжению U (В): Em/U.

Частотный спектр обоих видов шумов непрерывный ("белый шум"). И если у теплового шума он равномерно распределен до очень высоких частот, то у токового шума начинает спадать уже примерно с 10 МГц.

Общая величина шума пропорциональна квадратному корню сопротивления, поэтому для его уменьшения величину сопротивлений в схеме надо также уменьшать.
Иногда с целью снижения шумов, вызванных резисторами, прибегают к их параллельному (или последовательному) включению, а также устанавливают большей мощности, чем это требуется для работы. Кроме того, можно применять из них те типы, в которых за счет технологии изготовления этот параметр меньше.

У непроволочных резисторов токовые шумы значительно больше тепловых. Общий уровень шума для разных типов резисторов может находиться в диапазоне от 0,1 до 100 мкВ/В.

Для сравнения различных резисторов (постоянных и подстроечных из группы СП) максимальные значения шумов приведены в таблице 1

Тип резисторов Технологическое исполнение Уровень шума, мкВ/В БЛТ буроуглеродистые 0,5 С2-13 С2-29В металлодиэлектрические 1,0 С2-50 металлодиэлектрические 1,5 МЛТ ОМЛТ С2-23С2-33 металлодиэлектрические 1...5 С2-26 металлооксидные 0,5 СП3-4
СП3-19
СП3-23 пленочные компазиционные 47...100
25...47
25...47
Таблица 1 - Шумовые свойства резисторов

Как видно из таблицы, подстроенные резисторы значительно больше шумят. По этой причине их лучше применять с небольшими номиналами или же вообще исключить из схемы.
Шумовые свойства резисторов можно использовать для выполнения широкополосного генератора шума.

В качестве рекомендаций по выбору резисторов для сборки малошумящего усилителя можно отметить, что наиболее удобно использовать типы: С2-26, С2-29В, С2-33 и С1-4 (бескорпусное чип-исполнение). В последнее время в продаже появились малошумящие импортные металлодиэлектрические резисторы, по конструкции аналогичные С2-23, но с более низким коэффициентом шума (0,2 мкВ/В).

Существенно снизить шумы у резисторов можно путем их сильного охлаждения, но такой способ слишком дорогой и применяется очень редко.

Конденсаторы

В конденсаторах источником фликкершумов является ток утечки. Наибольшие токи утечки имеют оксидные конденсаторы большой емкости. Причем утечка увеличивается с увеличением емкости и снижается с увеличением допустимого номинального рабочего напряжения.

Справочные данные по наиболее распространенным оксидным конденсаторам приведены в таблице 29.
Наименьшие токи утечки среди полярных конденсаторов имеют: К53-1А, К53-18, К53-16, К52-18, К53-4 и другие.
Оксидные конденсаторы, установленные на входе в качестве разделительных, способны существенно увеличить шумы усилителя. Поэтому желательно избегать их применения, заменяя на пленочные (К10-17, К73-9, К73-17, КМ-6 и др.), хотя это и приведет к существенному увеличению размеров конструкции.

Тип конденсатора Технология изготовления Рабочая температура, С Ток утечки, мкА К50-6
К50-16
К50-24
алюминиевые оксидно-электролитические -10...+85
-20...+70
-25...+70 4...5000
4...5000
18...3200 К52-1
К52-2
К52-18 танталовые оксидные объемно-пористые -60...+85
-50...+155
-60...+155 1,2...8,5
2...30
1...30 К53-1
К53-1А
К53-18 танталовые оксидно-полупроводниковые -80...+85
-60...+125
-60...+125 2...5
1...8
1...63
Таблица 2 - Справочные параметры конденсаторов

Диоды и стабилитроны

При прямом прохождении тока шумы у диодов минимальны. Наибольший шум обеспечивает ток утечки (при действии обратного напряжения), и чем он будет меньше, тем лучше. Довольно большие шумы у стабилитронов. Это свойство даже иногда используют для выполнения простейших генераторов шума для детских игрушек (имитаторы шума прибоя, звуков костра и др. -Л16, Л17). Для получения максимального шума в таких схемах стабилитроны работают на малых токах (с большим добавочным резистором).

Трнзисторы

В самом транзисторе основными видами шумов являются тепловой и генерационно-рекомбинационный, спектральная плотность мощности которых не зависит от частоты.

Чтобы снизить уровень шума, для работы во входных каскадах у нас в стране обычно применяют малошумящие биполярные транзисторы с нормируемым коэффициентом шума (Кш). Такими являются: (п-р-п) КТ3102Д(Е), КТ342В и (p-n-р) КТ3107Е(Ж, Л) и ряд др. Тут следует отметить, что применение малошумящих высокочастотных биполярных транзисторов в диапазоне низких частот, как правило, бывает нецелесообразно. У таких транзисторов нормируется коэффициент шума только в области высоких частот, а в диапазоне ниже 100 кГц они могут шуметь не меньше любых других. Кроме того, у таких транзисторов возможно проявление склонности к возбуждению (автогенерации).

При необходимости получить большое входное сопротивление во входном каскаде усилителя нередко применяют полевой транзистор КП303В(А). Он изготовлен с затвором на основе р-n перехода (каналом n-типа) и имеет нормируемый коэффициент шума.

Контактные шумы

возникают при некачественной пайке (с нарушением температурного режима) или в местах соединения разъемов. По этой причине не рекомендуется выполнять подключение входных цепей малошумящего усилителя через разъемные соединения. Я также встречался с ситуацией, когда транзисторы после повторной пайки больше шумели в той же самой схеме.

Вибрационные шумы

могут проявляться при эксплуатации устройства на подвижных объектах или в местах с повышенной вибрацией от работающего оборудования. Они возникают из-за передачи механических колебаний на обкладки конденсаторов, между которыми имеется разность потенциалов (так называемый "пьезо-микрофонный эффект"). Это наблюдается даже в малогабаритных керамических конденсаторах (К10, К15 и др.) повышенной емкости (более 0,01 мкФ). Особенно сильно такая помеха может проявляться в разделительных конденсаторах, установленных на входе усилителя. Сигнал помехи при механических вибрациях имеет форму коротких остроконечных импульсов, спектр которых находится в диапазоне низких частот. Для борьбы с такого вида помехами можно применять амортизацию всей конструкции. В оксидных конденсаторах эти помехи не возникают.

При выборе деталей для сборки малошумящей схемы необходимо принимать во внимание их срок изготовления. Производитель гарантирует параметры только в течение определенного срока хранения. Это обычно не более 8... 15 лет. Со временем происходят процессы старения, проявляющиеся в снижении сопротивления изоляции, у конденсаторов уменьшается емкость и возрастают токи утечки. Особенно сильно меняют свои характеристики со временем оксидные конденсаторы. По этой причине лучше, по возможности, избегать их применения в цепях прохождения сигнала.

Рассмотрены схемы и конструкции высокочувствительных микрофонов в комплексе с самодельными малошумящими усилителями низкой частоты (УНЧ).

Конструирование чувствительного и малошумящего усилителя (УНЧ) имеет свои особенности. Наибольшее влияние на качество воспроизведения звуков и разборчивость речи оказывают амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя, уровень его шумов, параметры микрофона (АЧХ, диаграмма направленности, чувствительность и т.д.) или заменяющих его датчиков, а также их взаимная согласованность с усилителем. Усилитель должен иметь достаточное усиление.

При использовании микрофона - это 60дб-80дб, т.е. 1000-10000 раз. Учитывая особенности приема полезного сигнала и его низкую величину в условиях сравнительно значительного уровня помех, которые существуют всегда, целесообразно в конструкции усилителя предусмотреть возможность коррекции АХЧ, те. частотной селекции обрабатываемого сигнала.

При этом необходимо учитывать, что наиболее информативный участок звукового диапазона сосредоточен в полосе от 300 Гц до 3-3.5 кГц. Правда, иногда с целью уменьшения помех эту полосу сокращают еще больше. Использование полосового фильтра в составе усилителя позволяет значительно увеличить дальность прослушивания (в 2 и более раз).

Еще большей дальности можно достичь использованием в составе УНЧ селективных фильтров с высокой добротностью, позволяющих выделять или подавлять сигнал на определенных частотах. Это дает возможность значительно повысить соотношение сигнал/шум.

Элементарная база

Современная элементная база позволяет создавать качественные УНЧ на основе малошумящих операционных усилителей (ОУ), например, К548УН1, К548УН2, К548УНЗ, КР140УД12, КР140УД20 и т.д.

Однако, несмотря широкую номенклатуру специализированных микросхем и ОУ, и их высокие параметры, УНЧ на транзисторах в настоящее время не потеряли своего значения. Использование современных, малошумящих транзисторов, особенно в первом каскаде, позволяет создать оптимальные по параметрам и сложности усилители: малошумящие, компактные, экономичные, рассчитанные на низковольтное питание. Поэтому транзисторные УНЧ часто оказываются хорошей альтернативой усилителям на интегральных микросхемах.

Для минимизации уровня шумов в усилителях, особенно в первых каскадах, целесообразно использовать высококачественные элементы. К таким элементам относятся малошумящие биполярные транзисторы с высоким коэффициентом усиления, например, КТ3102, КТ3107. Однако в зависимости от назначения УНЧ используются и полевые транзисторы.

Большое значение играют и параметры остальных элементов. В малошумящих каскадах электронных схем используют оксидные конденсаторы К53-1, К53-14, К50-35 и т. п., неполярные - КМ6, МБМ и т. п., резисторы - не хуже традиционных 5% МЛТ-0.25 и МЛ Т-0.125, лучший вариант резисторов - проволочные, безиндуктивные резисторы.

Входное сопротивление УНЧ должно соответствовать сопротивлению источника сигнала - микрофона или заменяющего его датчика. Обычно входное сопротивление УНЧ стараются сделать равным (или немного больше) сопротивлению источника-преобразователя сигнала на основных частотах.

Для минимизации электрических помех целесообразно для подключения микрофона к УНЧ использовать экранированные провода минимальной длины. Электретный микрофон МЭК-3 рекомендуется монтировать непосредственно на плате первого каскада микрофонного усилителя.

При необходимости значительного удаления микрофона от УНЧ следует использовать усилитель с дифференциальным входом, а подключение осуществлять витой парой проводов в экране. Экран подключается к схеме в одной точке общего провода максимально близко к первому ОУ. Это обеспечивает минимизацию уровня наведенных в проводах электрических помех.

Малошумящий УНЧ для микрофона на К548УН1А

На рисунке 1 представлен пример УНЧ на основе специализированной микросхемы - ИС К548УН1А, содержащей 2 малошумящих ОУ. ОУ и УНЧ, созданный на базе этих ОУ (ИС К548УН1А), рассчитаны на однополярное напряжение питания 9В - ЗОВ. В приведенной схеме УНЧ первый ОУ включен в варианте, который обеспечивает минимальный уровень шумов ОУ.

Рис. 1. Схема УНЧ на ОУ К548УН1А и варианты подключения микрофонов: а - УНЧ на ОУ К548УН1А, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона, г - подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 1:

  • R1 =240-510, R2=2.4к, R3=24к-51к (подстройка усиления),
  • R4=3к-10к, R5=1к-3к, R6=240к, R7=20к-100к (подстройка усиления), R8=10; R9=820-1.6к (для 9В);
  • С1 =0.2-0.47, С2=10мкФ-50мкФ, С3=0.1, С4=4.7мкФ-50мкФ,
  • С5=4.7мкФ-50мкФ, С6=10мкФ-50мкФ, С7=10мкФ-50мкФ, С8=0.1-0.47, С9=100мкФ-500мкФ;
  • ОУ 1 и 2 - ОУ ИС К548УН1А (Б), два ОУ в одном корпусе ИС;
  • Т1, Т2 - КТ315, КТ361 или КТ3102, КТ3107 или аналогичные;
  • Т - ТМ-2А.

Выходные транзисторы данной схемы УНЧ работают без начального смещения (с Iпокоя=0). Искажения типа “ступенька" практически отсутствуют благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей второй ОУ микросхемы и выходные транзисторы. При необходимости изменения режима выходных транзисторов (Iпокоя=0) схему необходимо соответствующим образом откорректировать: включить в схему резистор или диоды между базами Т1 и Т2, два резистора по 3-5к с баз транзисторов на общий провод и провод питания.

Кстати, в УНЧ в двухтактных выходных каскадах без начального смещения хорошо работают уже устаревшие германиевые транзисторы. Это позволяет использовать с такой структурой выходного каскада ОУ с относительно низкой скоростью нарастания выходного напряжения без опасности возникновения искажений, связанных с нулевым током покоя. Для исключения опасности возбуждения усилителя на высоких частотах используется конденсатор СЗ, подключенный рядом с ОУ, и цепочка R8С8 на выходе УНЧ (достаточно часто RC на выходе усилителя можно исключить).

Малошумящий микрофонный УНЧ на транзисторах

На рисунке 2 представлен пример схемы УНЧ на транзисторах . В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию внутренних шумов УНЧ. Здесь целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током.

Это могут быть, например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные.

Рис. 2. Схема УНЧ на транзисторах и варианты подключения микрофонов: а УНЧ на транзисторах, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона, г - подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 2:

  • R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=750,
  • R6=150к, R7=150к, R8=33к; R9=820-1.2к, R10=200-330,
  • R11=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В),
  • R12=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2 мА);
  • С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15мкФ-1мкФ, С3=1800,
  • С4=10мкФ-20мкФ, С5=1мкФ, С6=10мкФ-50мкФ, С7=100мкФ-500мкФ;
  • Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные,
  • Т4, Т5 - КТ315 или аналогичные, но можно и МП38А,
  • Т6 - КТ361 или аналогичные, но можно и МП42Б;
  • М - МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т - ТМ-2А.

Использование подобных транзисторов позволяет обеспечить не только устойчивую работу транзисторов при малых коллекторных токах, но и достичь хороших усилительных характеристик при низком уровне шумов.

Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (МП38А и МП42Б и т.п.). Настройка схемы сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах: 1,5В - на коллекторе Т2 и 1,5В - на эмиттерах Т5 и Т6.

Микрофонный усилитель на ОУ с дифференциальным входом

На рисунке 3 представлен пример УНЧ на ОУ с дифференциальным входом . Правильно собранный и настроенный УНЧ обеспечивает значительное подавление синфазной помехи (60 дб и более). Это обеспечивает выделение полезного сигнала при значительном уровне синфазных помех.

Следует напомнить, что синфазная помеха - помеха, поступающая в равных фазах на оба входа ОУ УНЧ, например, помеха, наведенная на оба сигнальных провода от микрофона. Для обеспечения корректной работы дифференциального каскада необходимо точно выполнить условие: R1 =R2, R3=R4.

Рис.3. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и варианты подключения микрофонов: а - УНЧ с дифференциальным входом, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона, г - подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 3:

  • R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6), R8=10, R9=1,2к-2.4к;
  • C1=0.1-0.22, C2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
  • ОУ - КР1407УД2, КР140УД20, КР1401УД2Б, К140УД8 или другие ОУ в типовом включении, желательно с внутренней коррекцией;
  • D1 - стабилитрон, например, КС133, можно использовать светодиод в обычном включении, например, АЛ307;
  • М - МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т - ТМ-2А.

Резисторы целесообразно подобрать с помощью омметра среди 1%-резисторов с хорошей температурной стабильностью. Для обеспечения необходимого баланса рекомендуется один из четырех резисторов (например, R2 или R4) выполнить переменным. Это может быть высокоточный переменный резистор-подстроечник с внутренним редуктором.

Для минимизации шумов входное сопротивление УНЧ (значения резисторов R1 и R2) должно соответствовать сопротивлению микрофона или заменяющего его датчика. Выходные транзисторы УНЧ работают без начального смещения (с 1покоя=0). Искажения типа "ступенька” практически отсутствуют благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей второй ОУ и выходные транзисторы. При необходимости схему включения транзисторов можно изменить.

Настройка дифференциального каскада: подать синусоидальный сигнал 50 Гц на оба входа дифференциального канала одновременно, подбором величины RЗ или R4 обеспечить на выходе ОУ 1 нулевой уровень сигнала 50 Гц. Для настройки используется сигнал 50 Гц, т.к. электросеть частотой 50 Гц дает максимальный вклад в суммарную величину напряжения помехи. Хорошие резисторы и тщательная настройка позволяют достичь подавления синфазной помехи 60дб-80дб и более.

Для повышения устойчивости работы УНЧ целесообразно зашунтировать выводы питания ОУ конденсаторами и на выходе усилителя включить RC-целочку (как в схеме усилителя на рисунке 1). Для этой цели можно использовать конденсаторы КМ6.

Для подключения микрофона использована витая пара проводов в экране. Экран подключается к УНЧ (только в одной точке!!) максимально близко от входа ОУ.

Улучшеные усилители для чувствительных микрофонов

Применение в выходных каскадах УНЧ низкоскоростных ОУ и эксплуатация кремниевых транзисторов в усилителях мощности в режиме без начального смещения (ток покоя равен нулю - режим В) может, как это уже отмечалось выше, привести к переходным искажениям типа “ступенька”. В этом случае для исключения данных искажений целесообразно изменить структуру выходного каскада таким образом, чтобы выходные транзисторы работали с небольшим начальным током (режим АВ).

На рисунке 4 представлен пример подобной модернизации приведенной схемы усилителя с дифференциальным входом (рисунок 3).

Рис.4. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и с низким уровнем искажений выходного каскада.

Элементы для схемы на рисунка 4:

  • R1=R2=20к (равно или немного выше максимального сопротивления источника в рабочем диапазоне частот),
  • RЗ=R4=1м-2м; R5=2к-10к, R6=1к-Зк,
  • R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6),
  • R8=10, R10=10к-20к,R11=10к-20к;
  • С1 =0.1-0.22, С2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
  • ОУ - К140УД8, КР1407УД2, КР140УД12, КР140УД20, КР1401УД2Б или другие ОУ в типовом включении и желательно с внутренней коррекцией;
  • Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные;
  • D2, D3 - КД523 или аналогичные;
  • М - МД64, МД200, МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т - ТМ-2А.

На рисунке 5 представлен пример УНЧ на транзисторах . В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию шумов УНЧ. Схема во многом аналогична схеме на рисунке 2. Для увеличения доли полезного сигнала низкого уровня на фоне неизбежных помех в схему УНЧ включен полосовой фильтр, обеспечивающий выделение частот в полосе 300 Гц -3.5 кГц.

Рис.5. Схема УНЧ на транзисторах с полосовым фильтром и варианты подключения микрофонов: а - УНЧ с полосовым фильтром, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 5:

  • R1=43к-51к, R2=510к (подстройка, Uкт2=1.2В-1,8В),
  • R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=8.2к,
  • R6=8.2к, R7=180, R8=750; R9=150к, R10=150к, R11=33к,
  • R12=620, R13=820-1,2к, R14=200-330,
  • R15=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В), R16=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2мА);
  • С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15-0.33, С3=1800,
  • С4=10мкФ-20мкФ, С5=0.022, С6=0.022,
  • С7=0.022, С8=1мкФ, С9=10мкФ-20мкФ, С10=100мкФ-500мкФ;
  • Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные;
  • Т4, Т5 - КТ3102, КТ315 или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП38А,
  • Т6 - КТ3107 (если Т5 - КТ3102), КТ361 (если Т5 - КТ315) или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП42Б (если Т5 - МП38А);
  • М - МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
  • Т - ТМ-2А.

В данной схеме также целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током коллектора (Iк0), например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные. Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (устаревшие транзисторы МП38А и МП42Б и т.п.).

Настройка схемы, как и в случае схемы УНЧ на рис.11.2, сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах Т2 и Т5, Т6: 1,5В - на коллекторе Т2 и 1,5В - на эмиттерах Т5 и Т6.

Конструкция микрофона

Из большого листа плотной бумаги с ворсом, под бархат, изготавливается труба диаметром 10-15 см и длиной 1.5-2 м. Ворс, как можно догадаться, конечно, должен быть не снаружи, а внутри. В один конец этой трубы вставляется чувствительный микрофон. Лучше если это будет хороший динамический или конденсаторный микрофон.

Однако можно воспользоваться и обычным, бытовым, микрофоном. Это может быть, например, динамический микрофон типа МД64, МД200 или даже миниатюрный МКЭ-3.

Правда, с бытовым микрофоном результат будет несколько хуже. Конечно, микрофон необходимо подключить с помощью экранированного кабеля к чувствительному усилителю с малым уровнем собственных шумов (рис.1 и 2). Если длина кабеля превышает 0.5 м, то лучше воспользоваться микрофонным усилителем, имеющим дифференциальный вход, например, УНЧ на ОУ (рис.

Это позволит уменьшить синфазную составляющую помех - различного рода наводки от ближайших электромагнитных устройств, фон 50 Гц от сети 220 В и т. д. Теперь о втором конце данной бумажной трубы. Если этот свободный конец трубы направить на источник звука, например, на группу разговаривающих людей, то можно услышать речь. Казалось бы ничего особенного.

Именно для этого и существуют микрофоны. И труба для этого совершенно не нужна. Однако удивительно то, что расстояние до разговаривающих может быть значительным, например, 100 и более метров. И усилитель, и микрофон, снабженный такой трубой, позволяют все достаточно хорошо слышать на таком значительном удалении.

Расстояние может быть даже увеличено при использовании специальных селективных фильтров, позволяющих выделять или подавлять сигнал в узких полосах частот.

Это дает возможность повысить уровень полезного сигнала в условиях неизбежно существующих помех. В упрощенном варианте вместо спецфильтров можно применить полосовой фильтр в УНЧ (рис. 4) или воспользоваться обычным эквалайзером - многополосным регулятором тембра, в крайнем случае - традиционным, т.с. обычным, двухполосным, регулятором тембра НЧ и ВЧ.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е - Электроника и шпионские страсти-3.

На любые приемные устройства аппаратуры связи воздействуют шумы, которые можно разделить на две большие группы:

  • внешние
  • внутренние.

У систем связи с космическими объектами основная доля суммарных шумов приходится на внутренние шумы приемника. При создании таких систем учитывают два важных фактора:

  • Возможности повышения мощности передатчиков и параметров антенн ограниченны (определяются энергетикой ретрансляторов: вес, мобильность).
  • Уровень принимаемых сигналов сопоставим с уровнем внутренних шумов приемных устройств.

Поэтому, для увеличения дальности и качества связи в технике связи, работающей в области СВЧ, применяют малошумящие усилители (МШУ), т.е. устройства с малым уровнем собственных шумов.

В качестве МШУ используются:

  • Параметрические усилители (ПУ);
  • Усилители на туннельном диоде (УТД);
  • Транзисторные усилители;
  • Молекулярные усилители (квантовые парамагнитные усилители - КПУ).

В военной технике связи широкое распространение получили ПУ, УТД, Транзисторные МШУ.

Как и все усилители МШУ характеризуются рядом параметров:

  • Коэффициент шума (Кш);
  • Ширина полосы рабочих частот (D F);
  • Средняя рабочая частота (Fраб);
  • Коэффициент усиления (Ку).

Особое значение в характеристике МШУ имеет Кш. Кш (шум-фактор) определяет уровень шума, генерируемого в усилителе и показывает, во сколько раз он ухудшает соотношение сигнал/шум по мощности, по сравнению с идеальным МШУ

Малошумящий усилитель (LNA) - электронный усилитель, используемый, чтобы усилить возможно очень слабые сигналы (например, захваченный антенной). Это обычно располагается очень близко к устройству обнаружения, чтобы уменьшить потери в feedline. Эта активная договоренность антенны часто используется в микроволновых системах как GPS, потому что коаксиальный кабель feedline очень с потерями в микроволновых частотах, например, потеря 10%, прибывающих из немногих метров кабеля, вызвала бы 10%-е ухудшение отношения сигнал-шум (SNR). LNA - ключевой компонент, который помещен во фронтенд схемы радиоприемника. За формулу Фрииса полное шумовое число (NF) фронтенда управляющего во власти первых нескольких стадий (или даже только первая стадия). Используя LNA, эффект шума от последующих стадий получить цепи уменьшен выгодой LNA, в то время как шум самого LNA введен непосредственно в полученный сигнал. Таким образом необходимо для LNA повысить желаемую власть сигнала, добавляя как можно меньше шум и искажение, так, чтобы поиск этого сигнала был возможен на более поздних стадиях в системе. У хорошего LNA есть низкий NF (например)., достаточно большая выгода (например). и должен иметь достаточно большой пункт межмодуляции и сжатия (IP3 и P1dB). Дальнейшие критерии управляют полосой пропускания, прямотой выгоды, стабильностью и напряжением постоянным отношением волны (VSWR) входа и выхода. Для низкого шума у усилителя должно быть высокое увеличение в его первой стадии. Поэтому JFETs и HEMTs часто используются. Их ведут в режиме тока высокого напряжения, который не является энергосберегающим, но уменьшает относительную сумму шума выстрела. Схемы соответствия входа и выхода для узкополосных схем увеличивают выгоду (см. продукт Полосы пропускания выгоды).
Дизайн LNA Низкие шумовые усилители - стандартные блоки любой системы связи. Четыре самых важных параметра в дизайне LNA: выгода, шумовое число, и нелинейность и соответствие импеданса. Дизайн для LNA базируется, главным образом, на S-параметрах транзистора. Шаги, требуемые в проектировании LNA, следующие Есть два широко используемых типа устройств S-параметр и нормальное устройство. S-параметр - встроенное устройство, которое не требует никакого типа внешнего смещения, потому что это фиксировало S-параметры. Нормальные устройства походят на другие транзисторы, к которым может быть применен внешний уклон. В проектировании LNA дизайн S-параметра наиболее используется.
Преобразователь Одна из решающих стадий в проектировании Низкого Шумового Усилителя является надлежащим выбором преобразователя. У отобранного преобразователя должны быть максимальная выгода и минимальное шумовое число (NF). Проверка стабильности Проектируя любой усилитель, важно проверить стабильность устройства, выбранного, или усилитель может функционировать как генератор. Для определения стабильности вычислите фактор Стабильности Роллета, (представленный как переменная K) использование S-параметров в данной частоте. Для транзистора, чтобы быть стабильными, параметры должны удовлетворить K> 1 и | ∆ | ЗаявленияLNAs используются в различных заявлениях как Радио ИЗМА, Клеточные Телефонные трубки / Телефонные трубки PC, Приемники GPS, Беспроводные телефоны, Беспроводная LAN, Беспроводные Данные, Автомобильный RKE и спутниковая связь.

Спутник В системе спутниковой связи антенна получения наземной станции соединится с LNA. LNA необходим, потому что полученный сигнал слаб. Полученный сигнал обычно немного выше фонового шума. Спутники ограничили власть, таким образом, они используют низкие передатчики власти. Спутники также отдаленны и несут потерю пути; низкие спутники земной орбиты могли бы находиться далеко; геосинхронный спутник находится далеко. Большая измельченная антенна дала бы более сильный сигнал, но создание большей антенны может быть более дорогим, чем добавление LNA. LNA повышает сигнал антенны дать компенсацию за feedline потери, идущие с (наружной) антенны на (внутренний) приемник. Во многих спутниковых системах приема LNA включает блок частоты downconverter, который перемещает спутниковую частоту передачи информации из космоса (например,), у которого были бы большие feedline потери для более низкой частоты (например,) с ниже feedline потери. LNA с downconverter называют малошумящим блоком downconverter (LNB). Спутниковая связь обычно делается в частотном диапазоне (например, метеорологические спутники Новичков) к десяткам GHz (например, спутниковое телевидение).
Работа напряжением поставки Обычно LNA требуют менее операционного напряжения в диапазоне.
Работа током поставки LNA требуют тока поставки в диапазоне мамы, ток поставки требует для LNA, зависит от его дизайна и применения, для которого это должно использоваться.
Операционная частота Частотный диапазон операции LNA очень широк. Они могут работать от.
Диапазон рабочей температуры LNA, как другие устройства полупроводника, определен для операции в определенном диапазоне температуры. Диапазон температуры, где LNA работает лучше всего, обычно.
Шумовое число - также один из важных факторов, который определяет эффективность особого LNA. Следовательно, мы можем решить, какой LNA подходит для особого применения. Низкое шумовое число приводит к лучшему приему сигнала.
Высокая выгода С низким шумовым числом у LNA должна быть высокая выгода для обработки сигнала в почтовую схему. Согласно требованию высоко извлекают пользу, LNA разработаны для применения изготовителя. Если у LNA не будет высокой выгоды тогда, то сигнал будет затронут в шумом в самой схеме LNA и возможно уменьшен, таким образом, высокая выгода LNA будет важным параметром LNA. Как выгода NF LNA также меняется в зависимости от операционной частоты.

2008г. Email: *****@***ru Тел. моб. + Сайт: www. us8igi. *****

Схема УНЧ, АРУ и S- metra показана на рис.2. Предварительный УНЧ выполнен на малошумящем операционном усилителе DA1 - NE5532, первый каскад на DA1.1. Входное сопротивление 3.3 кОм, коэффициент усиления 19dB. Емкость С2 корректирует АЧХ по высоким частотам. Второй каскад выполнен на DA1.2, представляет собой активный фильтр нижних частот, коэффициент усиления около 3dB.

Коэффициент усиления предварительного УНЧ 22dB. АЧХ предварительного УНЧ (DA1.1, DA1.2) показана на рис.1

рис1. АЧХ предварительного УНЧ (DA1.1, DA1.2)

Входное сопротивление оконечного УНЧ выполненного на DA3 (TDA2003) равно 70 кОм.

Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом около 3 Вт, при напряжении питания 12в.

АРУ выполнено на DA2.1, DA2.2, DA2.4 (LM324) рис.2. Работает АРУ следующим образом.

Низкочастотный сигнал снимается после предварительного УНЧ. Поскольку входное сопротивление схемы АРУ равно 5,6 кОм (равное сопротивлению резистора R14), то на усиление НЧ тракта трансивера она практически не повлияет. Коэффициент усиления первого каскада 170:1, определяется соотношением резисторов R15/R14. Постоянная составляющая напряжения на выходе первого каскада (1 ножка DA2) равна половине питания, т. е. 6v, приложена к аноду диода VD1. Если ползунок подстроечного резистора R18 («порог») установлен в крайнее нижнее по схеме положение, то напряжение с ползунка резистора R18 равное 6v, через резистор R30 прикладывается к катоду диода VD1. В результате диод находится в закрытом состоянии и открывается только усиленным сигналом, амплитуда которого превышает приблизительно 0,6v. Это и есть порог (в данном случае нижний), т. е. АРУ не будет отрабатывать на тихие станции, которые не дают амплитуду сигнала на аноде диода VD1 выше «порога». Увеличивая напряжение на катоде диода VD1, с помощью резистора R18, можно отрегулировать «порог» срабатывания АРУ.


Рис.2

Далее сигнал усиливается вторым каскадом АРУ. Коэффициент усиления этого каскада и определяет на сколько приглушать станцию, уровень сигнала которой превысил «порог». Напряжение на выходе АРУ, при отсутсвии сигнала или слабого сигнала, не превышающего «порог», регулируется резистором R21 в пределах 7в-10в. От сигнала превышающего «порог», постоянная состовляющая напряжения на выходе АРУ уменьшается, вплоть до ноля вольт. А на сколько, это определяет положение движка резистора R23, которым регулируется «глубина» АРУ. Выходное сопротивление АРУ приблизительно равно выходному сопротивлению ОУ.

S- metr особенностей не имеет. Сигнал после усиления первым каскадом усиливается дополнительно на DA2.3, и после выпрямления по схеме удвоения напряжения на диодах VD3, VD4, через резистор R29 подается на стрелочный индикатор. Резистор R28 определяет скорость нарастания напряжения на выходе, а R29 определяет ток через стрелочный индикатор.

На рис.3 показана схема включения АРУ и S-metra в схему трансивера, а также как отключить АРУ, при необходимости.

Рис.3 Включение АРУ и S-metra в схему трансивера

Резисторы R3 и R4 возможно понадобятся для регулировки отклонения стрелки S-metra. Резистором R1 нужно выставить напряжение +7в-+9в, равное напряжению на вых. АРУ без сигнала.

На передней панели можно установить переключатель на два положения и отключать АРУ, когда это нужно. Причем благодаря внешнему делителю на R1 (рис.2), при выключении АРУ сигнал принимаемой станции не «выплывает как бы из-за угла», а сразу звучит в полную громкость.

Могу добавить, что первоначально задумывал переменные резисторы «порог» и «глубина» устанавливать на переднюю панель, но практика показала, что однажды отрегулировав их положение для комфортного приема, больше не крутишь. Тогда и принял решение разместить их на печатной плате.

Микрофонный усилитель двухкаскадный с коррекцией АЧХ по высоким частотам, выполнен на LM358 (DA1.1 показан на рис.4).

Рис.4 Микрофонный усилитель.

Размещение элементов на печатной плате показано на рис.5. Размеры платы 65х80мм.

Рис.5 Размещение элементов на плате



Предыдущая статья: Следующая статья:

© 2015 .
О сайте | Контакты
| Карта сайта