Подробности Создано 21.10.2014 07:27

Основополагающий компонент, без которого не было ни одного современного электронного устройства - транзистор. Чтобы понять как работает этот полупроводниковый прибор, соберем простейший усилитель на одном транзисторе.

Так как целью было ознакомление с работой транзистора, а не сборка конечного устройства для использования в быту, я не стал выбирать и специально покупать какой-то определенный транзистор, а взял тот, который оказался под рукой - П307В. Скачал из интернета так называемый даташит(datasheet) для П307 из которого узнал что данный тип транзистора имеет n-p-n структуру, низкочастотный, маломощный и подходит для применения в усилителях.

Как известно из школьной программы физики, транзистор - это, образно выражаясь, слоеный пирог, состоящий из трех слоев полупроводникового материала. Полупроводник - это такой материал, который отличается сильной зависимостью своей проводимости от концентрации примесей и других факторов. Самый распространенный полупроводник - это кремний.

В зависимости от вводимой в полупроводник примеси, он становится p-типа или n-типа. Транзисторы могут иметь n-p-n или p-n-p структуру. Центральный слой полупроводника называется базой, а два крайних - эмиттер и коллектор. На схемах они обозначаются следующим образом:

Принцип работы транзистора сводится к тому что малыми токами, подаваемыми на базу, можно управлять большими токами, протекающими между эмиттером и коллектором.

Транзисторы n-p-n типа управляются (активируются) положительным напряжением, которое прикладывается к базе транзистора относительно эмиттера.

Транзисторы p-n-p типа управляются отрицательным напряжением, которое создается на базе относительно эмиттера.

У электронщиков есть одна крылатая фраза: "Никто не умирает так тихо и незаметно как транзистор". Если на выводы транзистора подать слишком большой ток, то он сразу же выйдет из строя. Допустимые токи для разных транзисторов можно узнать в даташите, для маломощных обычно не более 20мА.

Проверить транзистор можно при помощи обычного мультиметра. Включаем мультиметр в режим измерения сопротивления в диапозоне тысяч Ом, подсоединяем красный щуп к базе, а общий - черный щуп, попеременно, к эмиттеру, потом к коллектору, прибор должен показывать сопротивление, в моем случае порядка 300 Ом. Далее подсоединяем общий щуп к базе, а красный щуп попеременно к эмиттеру, потом к коллектору, прибор не должен показывать сопротивление, как будто это диэлектрик. Если все-же показывает сопротивление в обоих направлениях, то p-n переход пробит. То есть от базы к эмиттеру и от базы к коллектору ток должен проходить только в одном направлении. Переходы база - эмиттер и база - коллектор при проверке транзистора можно сравнить с двумя диодами, соединенными между собой. Транзисторы p-n-p структуры проверяются аналогично, но направления проводимости будут противоположными.

Кроме транзистора понадобились микрофон, динамик, переменный резистор и источник питания.

динамик у меня оказался под рукой этот, но можно взять любой, даже обычные наушники-капельки

переменный резистор на 20кОм, постоянные резисторы на 10кОм и 300Ом

источник питания - два аккумулятора по 3.7v, соединенные последовательно, что дает в сумме 7.4v

Все манипуляции с электронными компонентами очень удобно делать на макетной плате, не требующей пайки. Для включения детали в схему нужно просто воткнуть ее в отверстия платы. Макетную плату дешевле всего заказать на Алиэкспрессе, я покупал вот эту макетную плату в комплекте с usb адаптором питания и набором перемычек

Для начала я решил проверить работу транзистора в режиме ключа. Резистор для предохранения от превышения тока на светодиоде - 200 Ом, хотя источник питания не достаточно мощный чтобы вывести светодиод из строя. Таким образом эмиттерно-коллекторная цепь собрана, но светодиод не светится. для того чтобы ток потек, нужно приложить небольшое положительное сопротивление к базе. Для этого я взял два проводника, один подсоединил к плюсу, а второй - к базе, и замкнул их пальцем, так чтобы они не касались друг-друга. То есть использовал сопротивление небольшого участка кожи пальца. Сопротивление пальца довольно большое и ток сильно уменьшился, но даже этого небольшого тока на базе транзистора хватило чтобы приоткрыть переход эмиттер-коллектор и светодиод начал светиться.

Чтобы из простого электронного ключа на одном транзисторе сделать усилитель микрофона, необходимо вместо светодиода подключить динамик, а к базе - резистор и микрофон.

Тут я столкнулся с двумя трудностями, во-первых я не знал с каким сопротивлением на базе будет нужный ток. Именно от этого так называемого "тока смещения на базе транзистора" будет зависеть усиление, то есть громкость в динамике. Поэтому я решил взять переменное сопротивление. Путем подбора оказалось что усилитель работал с сопротивлением в диапазоне от 11кОм до 33кОм, за этими пределами в динамике не было слышно ничего. Наибольшая громкость достигалась примерно при 14кОм. Это значение зависит от входного сигнала, в данном случае от применяемого микрофона.

Данный усилитель будет работать, если динамик подключать в разрыв между эмиттером и минусом так и между плюсом и коллектором.

Хотя этот усилитель делался только в целях ознакомления с работой транзистора, он вполне работоспособен и ему можно найти применение. Звуки перед микрофоном отчетливо слышны в динамике.

Простой микрофонный усилитель для компьютера своими руками

Это статья посвящена конструкции простого микрофонного усилителя, который можно использовать для усиления сигнала электретного или динамического микрофона.

При минимальном количестве деталей, такой усилитель позволяет улучшить соотношение сигнал/шум и увеличить усиление сигнала микрофона по сравнению с усилителем встроенной аудиокарты. https://сайт/

Всё собираюсь записать свой первый видео урок. Уже изготовил . Но, первая же попытка записать голос споткнулась о невероятно высокие шумы и недостаточный коэффициент усиления микрофонного усилителя встроенной аудио карты.

Самые интересные ролики на Youtube

При отключении режима «Microphone Boost», удалось снизить шумы, но уровень усиления стал таким низким, что записать что-либо стало невозможно.

Я уже было решил купить отдельную аудио карту, но обнаружилось, что хорошая аудио карта стоит очень дорого, а бюджетная за 10$, хотя и имеет более низкий уровень шумов, но также обладает микрофонным усилителем с не очень высоким коэффициентом усиления.

Так что, взялся я за изготовление простенького микрофонного усилителя.

Первые же опыты с макетами микрофонных усилителей показали, что уровень шумов можно снизить, а усиление повысить.

Остаётся только диву даваться тому, как умудряются разработчики компьютерного железа выдавать на гора такие "перлы", тогда как всего несколько копеечных деталей решают проблему шума и усиления.

Конструкция и детали.

При выборе схемы усилителя, я ориентировался в основном на простоту эксплуатации и минимальное количество деталей затраченных на постройку. Задача изготовить супер-пупер усилитель с рекордными показателями не ставилась.

После макетирования нескольких схем на совдеповских микросхемах, я остановился на микросхеме К538УН3А (КР538УН3А). https://сайт/

Причины следующие:

Почему именно DL123A (CR-P2)? Из-за токсичной начинки, корпуса этих элементов изготавливают из нержавеющей стали и тщательно герметизируют, что исключает разрушение корпуса и повреждение схемы усилителя. Последнее часто случается при использовании солевых и щелочных (алкалиновых) элементов. (Алкалайновые элементы GP повредили мой любимый Maglite).

Технические параметры К538УН3А.

Ниже публикую технические данные взятые из бумажного справочника по аналоговым микросхемам, так как в сети не нашёл подробной информации об этой микросхеме.

Микросхема представляет собой сверхмалошумящий широкополосный усилитель сигналов частотой до 3МГц. Шумовые характеристики усилителя оптимизированы для работы с низкоомными генераторами сигналов. Коэффициент усиления фиксирован внутренним делителем, но имеется возможность его внешней регулировки. Усилитель предназначен для применения в качестве предварительного усилителя воспроизведения в аппаратуре высшего класса, а также в качестве усилителя для низкоомных датчиков. Корпус 2101.8-1 (DIP8) или 301.8-2.

Электрические параметры.

Номинальное напряжение питания – +6В.

Ток потребления при Uп = 6В, Т = -45… +70С, не более – 5мА.

Коэффициент усиления напряжения с внутренней обратной связью при Uп = 6В, f = 1МГц, Uвх. = 1мВ, Rн = 10кОм, Т = +25С:

не менее – 200,

не более 300,

типовое значение – 250.

Коэффициент усиления напряжения без внутренней обратной связи при Uп = 6В, f = 1МГц, Uвх = 1мВ, Rн = 10кОм, Т = +25С, типовое значение – 3000.

Нормированное напряжение собственного шума при Uп = 6В, f = 1МГц, Uвх = 1мВ, Rг = 500Ом, Rн. = 10кОм, Т = +25С, не более – 5нВ/√Гц, типовое значение – 2,1нВ/√Гц.

Максимальное выходное напряжение Uп = 6В, Rн = 2кОм, Кг = ≤ 10%, Т = -45С, не менее 0,5В, типовое значение – 1В.

Верхняя частота среза при Uп = 6В, Rн = 2кОм, Kу = 100, Т = +25С, типовое значение – 3МГц.

Входное сопротивление – 10кОм.

Предельные эксплуатационные данные.

Максимальное напряжение питания – 7,5В.

Максимальное входное напряжение – 200мВ.

Минимальное сопротивление нагрузки (кратковременное) – 0 Ом.

Температура окружающей среды, длительное воздействие: –45… +70С, кратковременное воздействие: –60… +125С.

Назначение выводов микросхемы К538УН3А.

Корпус 2101.8-1.

1. Питание.
2. Не используется.
3. Коррекция.
4. Вход.
5. Вывод регулировки коэффициента усиления.
6. Подключение фильтра ОС по постоянному току.
7. Общий.
8. Выход.

Корпус 301.8-2.

Несколько устаревший вариант исполнения микросхемы.

Типовая схема включения микросхемы.

1. C2 – фильтр питания.
2. C5 – разделительный.
3. C6 – корректирующий.
4. C8 – фильтр ОС по постоянному току.
5. R4 – регулировка ОС по переменному току.

Представленная схема микрофонного усилителя может усиливать сигнал, как электретного, так и динамического микрофона.

Величина резистора R4 определяет коэффициент усиления микросхемы DA1.

Максимальный коэффициент усиления достигается при R4 = 0.

Для оперативной регулировки и ограничения уровня входного сигнала при перегрузке используется потенциометр R3.

Резистор R2, диод VD2 и светодиод HL1 представляют собой делитель напряжения, на котором формируется 2,2В для питания электретного микрофона. Резистор R1 является нагрузкой электретного микрофона. Светодиод HL1 также осуществляет функцию индикатора питания.

Схему можно значительно упростить, если рассчитывать только на использование динамического микрофона. Нужно только иметь в виду, что при использовании пассивного динамического микрофона с малой чувствительностью, может понадобиться увеличить коэффициент усиления, что приведёт к некоторому повышению уровня шумов микрофонного усилителя.

Печатные платы.

На изображениях печатных плат, представлен вид со стороны элементов. Дорожки просвечиваются сквозь плату.

На картинке пример разводки печатной платы универсального микрофонного усилителя.

1. Вход.
2. Верхний по схеме конец потенциометра R3.
3. Движок потенциометра R3.
4. Анод светодиода HL1.
5. Корпус.
6. Питание +6В.
7. Выход.
8. Корпус.

Пример разводки печатной платы усилителя динамического микрофона.

1. Вход.
2. Корпус.
3. Питание +6В.
4. Выход.
5. Корпус.

Сам я изготовил печатную плату исходя из размеров имеющихся в моём распоряжении элементов управления и корпуса.

Корпус.

Для размещения конструкции хорошо бы выбрать металлический корпус. Если используется пластмассовый корпус, то всю конструкцию желательно поместить в экран. Экран можно изготовить из жести консервной банки от сгущенного молока. Эти банки всё ещё покрывают оловом, и они прекрасно паяются (их даже не нужно лудить). И вкусно и полезно… для самодельщика. Корпус регулятора уровня сигнала должен соединяться с экраном всего усилителя.

На картинке корпус из дюралюминия и печатная плата в сборе. На плате два независимых усилителя с раздельным управлением питанием. Чтобы можно было записать стерео сигнал с использованием двух произвольных микрофонов, усилитель каждого канала снабжён отдельным входным гнёздом.

Элементы управления установлены прямо на печатной плате. Регулировка коэффициента усиления осуществляется один раз путём подбора постоянных резисторов при настройке усилителя.

Микрофонный усилитель в сборе. Микрофонный усилитель соединяется с компьютером экранированным кабелем, на конце которого находится разъём Джек 3,5мм (Jack 3,5mm).

Сравнительные испытания.

При сравнительном испытании, регуляторы устанавливались в такое положение, которое бы обеспечило одинаковый уровень записанного сигнала, как при использованием микрофонного усилителя, так и без него.

Зелёный - уровень шума.

Малиновый - вид шума.

На графике уровень шумов микрофонного усилителя встроенной аудио карты в режиме «Microphone Boost».

Уровень записи – 1,0.

Уровень шума около -80Дб.

Для того чтобы получить минимальный уровень шумов, я установил максимальный уровень сигнала резистором R3. Это позволило использовать усилитель линейного входа аудио карты с небольшим уровнем усиления.

На этом графике уровень шумов самодельного микрофонного усилителя.

Уровень записи 0,05.

Уровень шума около -110Дб.

Драйверы аудиокарат обычно не позволяют устанавливать уровень записи с такой высокой точностью.

Установить уровень записи с точностью до долей процента можно с помощью бесплатного портативного аудиоредактора Audacity, ссылка на который есть в «Дополнительных материалах».

Саму запись или трансляцию звука можно производить при помощи любых других программ.

Как правильно подключить динамический микрофон к кабелю.

Имея в наличии стерео микрофон от старого катушечного магнитофона, я хотел было записать стерео звук. Но, не тут то было…

Чувствительность динамических микрофонов уступает чувствительности электретных, что предъявляет к первым повышенные требования по экранированию от помех и наводок. Однако эти требования часто игнорируются производителем. Именно так обстояло дело с моими микрофонами. Подключены к кабелю они были по-разному, но каждый неправильно по-своему.

1. Корпус.
2. Вывод катушки.
3. Вывод катушки.

На рисунке видно, что у левого микрофона вообще оказался не подключенным корпус, а у правого, один из выводов катушки был подключен к корпусу. Оба эти подключения выполнены неправильно, особенно если учесть, что был применён кабель с экранированной витой парой.

На картинке показано, как правильно подключить динамический микрофон к микрофонному усилителю с асимметричным входом.

А это подключение микрофона к микрофонному усилителю с симметричным входом.

Наиболее дешёвые динамические микрофоны подключают с использованием однопроводного экранированного кабеля. На рисунке схема такого подключения.

Если вы слышите наводки в виде фона с частотой 50Гц, то микрофон лучше подключить с использованием экранированной витой пары.

Пунктирной линией на схемах показан металлический корпус микрофона, который следует соединить с экранирующий оплёткой кабеля. Выводы катушки нужно соединить с витой парой. Не все бюджетные динамические микрофоны позволяют это сделать безболезненно. Часто один из проводов катушки уже подключен к металлическому корпусу микрофона.

Не пытайтесь самостоятельно перепаивать провод катушки к другому контакту. Катушка намотана проводом 0,05мм и тоньше. Для сравнения - толщина волоса человека 0,03-0,04мм. Любое неосторожное касание выводов катушки неминуемо приведёт к обрыву. Кроме того, выводы катушки дополнительно покрывают клеем, что также усложняет задачу.

Ура! Заработало!

Get the Flash Player to see this player.

Пятисекундная стерео запись сделанная при помощи двух динамических микрофонов и самодельного микрофонного усилителя. (Нужно кликнуть по картинке).

Величина резистора в цепи обратной связи R4 = 50 Ом.

Уровень сигнала микрофонного усилителя - максимум.

Уровень записи по линейному входу аудио карты = 0,2.

Микросхема INA217 разработана специально для использования в предварительных усилителях высококачественных студийных микрофонов, и имеет низкий уровень искажений, а также малошумящий входной тракт усилителя. Устройство идеально подходит для источников слабых аудио сигналов, таких как низкоомные микрофоны. Да и многие промышленные, измерительные и медицинские приборы тоже используют ее благодаря низкому уровню шума и широкой полосе пропускания. Уникальная особенность схемы - уменьшение искажений сигнала до очень низкого уровня, даже при высоком коэффициенте усиления.

Регулятор PR1 - регулировка усиления звука. Таблица зависимости коэффициента усиления от его сопротивления и структурная схема показана ниже:

Микросхема требует двухполярное питание +/-15 В постоянного тока. Iпотр: 10 мА. Подробнее про электрические параметры питания INA217 -

Другая особенность микросхемы - дифференциальный входной сигнал, что наряду с низким уровнем шума и искажений, обеспечивает превосходную производительность в профессиональных микрофонных усилителях. Неравномерность усиления (разбаланс) сведен фактически к нулю. Операционный усилитель OPA2137 используется в качестве обратной связи для устранения напряжения смещения. Фантомное питание не входит в саму схему и нарисовано только для справки. Цена INA217 в розничной продаже от 5 долларов.

Для сборки схемы чувствительного микрофона нам понадобится:

1. Транзистор BC547 или КТ3102, можно попробовать КТ315.
2. Резисторы R1 и R2 номиналом 1 кОм. Для увеличения чувствительности R1 под капсюль, номиналом от 0,5 – 10 кОм.
4. Дисковый керамический конденсатор номиналом 100-300 пФ. Его можно не включать, если изначально никаких «шипов» или возбуждений усилителя не будет.
5. Электролитический конденсатор 5-100 мкФ (6,3 -16 В).

Первым делом определим полярность подключения микрофона-капсюля. Делается это простой: минус всегда подключен к корпусу. Затем собираем схему, хоть навесным монтажом, хоть на мини плате. Вся чувствительность предварительного усилителя будет зависеть от коэффициента усиления транзистора и подобранного резистора R1. Обычно усилитель собирается и работает сразу, его чувствительности должно хватать с запасом.

Запись сделана на капсюль без схемы предварительного усилителя.

Запись сделана на капсюль со схемы предварительного усилителя.

Разницу видно не вооруженным глазом. Теперь микрофон не обязательно вешать на шею и в него кричать. Можно вполне поставить его на стол и говорить без лишних усилий. Ну а если чувствительность окажется слишком большой, то её всегда можно без проблем убавить настройками в операционной системе.

Предлагаемая для сборки схема - это малошумящий предварительный усилитель, который усиливает сигнал от электретного микрофона для достаточного уровня, чтоб далее подавать его на аудио линию к УМЗЧ или звукозаписывающего устройства. Здесь используется ОУ OPA172 с очень низким уровнем шума в качестве усилителя для преобразования выходного тока от микрофона на уровень сигнала. Схема работает от стандартного напряжения 9 В, так что хорошо будет питать её от батарей. Ведь даже используя простую Крону, МУ проработает почти 100 часов. На литиевых АКБ срок службы увеличится раз в 10.

Схема усилителя и список деталей

Особенности схемы микрофонного УНЧ

• Напряжение питания 9 В
• Потребление тока около 3 мА
• Микрофон установлен сразу на плате
• Очень маленькая и узкая печатная плата МУ

Плата с планарными радиоэлементами столь мала, что её можно спрятать в корпус небольшого студийного микрофона, или даже в штекер аудиовхода! Если не жалко увеличить ток потребления на 1 миллиампер - снабдите устройство светодиодом для индикации включения, так будет пользоваться гораздо удобнее.

В настройке схема не нуждается, но при желании подкорректировать усиление и АЧХ под свои нужды - измените номиналы цепочки обратной связи R2 C2. Второй вариант