О микрофонах

Эти микрофоны питаются от сети а так же могут передавать радиосигнал.

Отличными микрофонами могут служить ДСП-плиты столов, шкафов и книжных полок с жестко приклеенными к ним пьезокристаллами. Тоненькие провода протягиваются под обоями либо в плинтусах и обычно покидают комнату вместе с телефонной или радиотрансляционной линией. Явным недостатком тут является необходимость предварительного проникновения в намечаемое помещение при довольно долгом, вплоть до нескольких часов, пребывании там, хотя иной раз подобное мероприятие удается обеспечить под прикрытием жилищного ремонта.

Эти подсоединяемые к усилителю микрофоны могут иметь самую разнообразную конструкцию, соответствующую «акустическим щелям», обнаруженным в интересующем помещении. Тяжелый динамический капсюль, например, можно опустить в вентиляционную трубу с крыши, а плоский кристаллический микрофон — подвести под дверь снизу. Подобной лазейкой могут быть и электрические розетки, которые в смежных комнатах часто бывают спареными. Через защитную коробку с одной из них открывается доступ к другой, а через нее — ив близлежащее соседнее помещение. Иногда в неприметном для глаз месте (где-нибудь в углу либо на уровне плинтусов) сверлят в стене отверстие диаметром 1,5—3 мм или пользуются замочной скважиной для подведения микрофонов. Для таких изощренных вариантов существует специфичный тонкотрубковый, или «игольчатый», микрофон, звук к которому подводится через довольно тонкую трубку (рис. 2.3) длиной до 30 см.



Ниже приведены принципиальные схемы и описания конкретных изделий, которые могут быть использованы в качестве встроенных микрофонов или устройств акустического контроля.

Чувствительный микрофон с усилителем на малошумящих транзисторах

Конструирование чувствительных усилителей для прослушивания речи имеет свои особенности. Одна из практических схем микрофонного усилителя приведена на рис. 2.4. Это устройство содержит двухкаскадный усилитель низкой частоты на малошумящих транзисторах VT1 и VT2, корректирующий фильтр на транзисторе VT3 и оконечный усилитель, собранный по двухтактной бестрансформаторной схеме, на транзисторах VT4—VT6. Акустическое усиление сигнала звуковой частоты приведенным устройством составляет 85 дБ, начальный ток потребления — 1,8 мА, полоса усиливаемых частот — от 0,3 до 3 кГц, максимальный выходной уровень сигнала — 124 дБ.
Сигнал с микрофона Ml типа «Сосна» через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1. Поскольку чувствительность усилителя звуковой частоты ограничена внутренними шумами транзисторов, то для уменьшения игумов в первых каскадах усилителя использованы малошумяще транзисторы типа КТ3102.



Усилительные каскады на транзисторах VT1 и VT2 охвачены глубокой отрицательной обратной связью, которая позволяет обеспечить устойчивую работу каскадов и более линейную АЧХ. Нагрузкой второго каскада усилителя является переменный резистор R3, он же является и регулятором громкости. Сложный RC-фильтр, состоящий из элементовR3, С5, R6, С6, R7, С7, отсекает «шумовые» ВЧ-составляющие, принимаемые микрофоном, и оставляет только сигналы в полосе частот до 4 кГц. Этот диапазон обеспечивает наибольшую разборчивость речевой информации.

С выхода фильтра сигнал поступает на оконечный усилитель звуковой частоты (УЗУ), выполненный на транзисторах VT4, VT5 типа КТ315 и транзисторе VT6 типа КТ361. Нагрузкой усилителя служит головной телефон типа ТМ-2А или ТЭМ. Резисторы в схеме используются типа МЛТ-0,125. Резистор R3 — СПЗ-41 или другой небольших габаритов.

Настройка устройства сводится к подбору сопротивлений резисторов R1 и R16, соответственно, и установке напряжения в точках А и В, равного половине напряжения питания.

Микрофон на специализированной микросхеме

В отличие от предыдущего устройства, собранного на дискретных элементах, предлагаемое устройство собрано на широко распространенной микросхеме типа К237УН1 и предназначено для обнаружения слабых акустических сигналов. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 2.5. В схеме использован электретный микрофон типа МКЭ-333. Сигнал с микрофона Ml поступает на вход микросхемы 1 типа К237УН1, которая представляет собой усилитель низкой частоты. Усилитель включен по типовой схеме. Транзисторы VT1 типа КТ315 и VT2 типа КТ361 включены по схеме эмиттерных повторителей и служат для усиления сигнала по току. В качестве нагрузки используется телефон типа ТМ-2А. Настройка УЗЧ заключается в получении максимальной мощности сигнала на выходе микросхемы DA1 путем изменения сопротивления резистора ЯЗ. Сопротивление резистора R3 подбирают таким, чтобы при номинальном напряжении питания 9 В и отсутствии сигнала звуковой частоты на входе микросхемы DA1 потенциал на выводе 1 микросхемы DA1 находился в пределах 3,75—3,85 В.



В случае неустойчивой работы усилителя, его самовозбуждения, необходимо между выходом микрофона Ml и конденсатором С2 включить резистор сопротивлением 2—68 кОм.

Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 3—9 В, потребляемый при этом ток составляет 2—6 мА.
Вместо микрофона возможно подключение многовитковой катушки индуктивности. Она подключается между точками А и В. Микрофон Ml и резистор R1 при этом отключаются. В последнем случае возможна регистрация переменных магнитных полей.


Выносной микрофон с питанием от пинии связи

Дистанционная передача информации возможна при использовании проводных линий связи, которые соединяют выносной чувствительный микрофон и оконечный усилитель. Поскольку выходной сигнал, снимаемый непосредственно с микрофона, имеет небольшую амплитуду, то передавать его по линии связи просто нецелесообразно. Это связано с тем, что на длинных соединительных проводах наводятся разного рода помехи, имеющие значительную амплитуду. Чтобы передавать сигнал по этим проводам, последний необходимо усилить до некоторой величины. Для усиления сигнала используется чувствительный микрофонный усилитель, расположенный в непосредственной близости с микрофоном. Питание такого усилителя осуществляется по проводам линии связи.

Ниже приведена схема выносного микрофона с питанием от линии связи, рис. 2.6. В устройстве используется динамический или электромагнитный микрофон. Коэффициент усиления по напряжению усилителя, собранного по схеме, составляет около 3500. Передача сигнала может осуществляться на десятки и сотни метров.



Сигнал с микрофона Ml поступает на усилитель, собранный на транзисторах VT1, VT2 и VT3. Между выходом и входом усилителя введена отрицательная обратная связь по напряжению, образованная резисторами Rl, R2, R3 и конденсатором С/. При этом начальный ток, протекающий через усилитель по цепи, постоянен и зависит от напряжения источника питания и сопротивления нагрузочного резистора R 7. Сигнал, усиленный усилителем, вызывает измене-ние выходного тока усилителя, что приводит к изменению напряжения на нагрузке. Это напряжение поступает на УЗЧ через конденсатор С2. УЗЧ может быть использован любой. Резистор R6 нужен для согласования внутреннего сопротивления микрофонного усилителя с сопротивлением линии связи. Выпрямительный мост VD1 типа КЦ407 необходим для предотвращения выхода устройства из строя вследствие ошибочного подключения источника питания. Транзистор VT4, включенный по схеме «аналога» стабилитрона, предотвращает скачки напряжения на усилителе в момент подключения питания. Кроме того, он позволяет получить симметричное ограничение выходного сигнала при перегрузках усилителя, что исключает появление четных гармоник, особенно неприятных для слухового восприятия.

В устройстве используются резисторы типа МЛТ-0,125 (кроме R6 и R7). Транзисторы VT1, VT4 могут быть типов КТЗ15, КТЗ12, КТ201, КТ342, КТЗ102. Транзистор VT2 — КТ361, КТ345, КТ3107. Транзистор VT3 — КТ608, КТ603, КТ630, КТ626, КТ940. Диодный мост VD1 можно заменить четырьмя диодами типов КД102, КД103.

Настройка сводится к установке необходимого коэффициента усиления путем подбора сопротивления резистора R3. При изменении сопротивления резистора R3 от 0 до 20 кОм можно получить коэффициент усиления от 3500 до 10. Питание усилителя осуществляется от источника постоянного тока напряжением от 12 до 60 В. Ток, протекающий через устройство, не должен выходить за пределы 0,5—60 мА. Его значение устанавливается подбором сопротивления R 7.

Если сопротивление обмотки электромагнитного или динамического микрофона Ml по постоянному току менее 600 Ом, то его желательно включить в цепь эмиттера транзистора VT1. В качестве линии связи используется экранированный или обычный провод. В последнем случае провода желательно свить между собой.


Малогабаритный выносной микрофон с низкий питающим напряжением

Схема, приведенная на рис. 2.7, в отличие от выше описанной, работает при более низком питающем напряжении. Выносная часть устройства имеет малые размеры. Длина соединительного кабеля составляет 15—30 м.
Устройство разделено на две части. Одна из них собрана на транзисторе VT1 типа КТЗ 15 по схеме с общим коллектором, а вторая — на транзисторе VT2 по схеме с общим эмиттером. Сигнал, снимаемый с электретного микрофона с усилителем типа МКЭ-3, поступает на базу транзистора VT1. Нагрузкой этого каскада служит резистор R3, расположенный во второй части устройства. Это сопротивление необходимо для обеспечения питания входного каскада на транзисторе VT1 при минимальном количестве соединительных проводов. Сигнал, снимаемый с резистора R3, через конденсатор СЗ поступает на УЗЧ, собранный на транзисторе VT2 типа КТ315.



Обе части устройства соединены экранированным проводом. Причем отрицательное напряжение источника питания и сигнал звуковой частоты поступают по центральной жиле провода, а положительное напряжение — по оплетке.

В качестве микрофона Ml можно использовать любой электретный микрофон с усилителем. Транзистор VT1 типа КТ315 лучше заменить малошумящим транзистором КТЗ102. Резисторы в схеме должны быть типа МЛТ-0,125. В качестве источника питания используется аккумуляторная батарея на напряжение 6—9 В.

Настройка устройства заключается в установке режимов работы транзисторов VT1, VT2 путем подбора сопротивлений резисторов R2 и R4 соответственно. При этом ток коллектора каждого транзистора должен быть 0,1—0,2 мА.

Выносной микрофон с усилителем, обеспечивающим дальность передачи сигнала до 100 м.

 Это устройство является улучшенным вариантом предыдущего. Оно позволяет передавать сигнал на расстояние до 100 м. Изменения в предлагаемой схеме касаются микрофонного блока. Схема устройства приведена на рис. 2.8. Транзистор VT1 типа КТ361, на базу которого через конденсатор С2 поступает сигнал с микрофона Ml, вместе с резисторами R2—R4 образует однокаскадный микрофонный усилитель. Транзистор VT2 типа КТЗ15 является эмиттерным повторителем и выполняет функцию динамической нагрузки первого каскада. Ток, потребляемый микрофонным усилителем, не превышает 0,4— 0,5 мА, так что его можно питать от источника питания УЗЧ. Усилитель работоспособен в интервале питающих напряжений 3—9 В.



Резисторы для устройства применяются типа МЛТ-0,125. Микрофон Ml — любой электретный микрофон со встроенным усилителем. Вместо транзисторов VT1 и VT2 можно использовать транзисторы типа КТЗ 107 и КТЗ 102 соответственно.

Настройка УЗЧ состоит в установке путем подбора сопротивления резистора R3 возможно большего напряжения выходного сигнала.
Соединение микрофонного блока с основным выполняется экранированным проводом, но возможно использование и обычного провода или провода типа «лапша». При использовании длинного соединительного кабеля наблюдается ухудшение качества воспроизведения сигнала из-за больших наводок на проводах.


Выносной микрофон с питанием от трехпроводной симметричной линии связи

Как уже говорилось ранее, кабели, связывающие микрофон с основным УЗЧ, очень часто становятся источником дополнительных шумов. Снижение уровня полезного сигнала, как правило, происходит на соединительном кабеле большой длины, которое можно компенсировать УЗЧ, но при этом одновременно будут усилены и шумы.

Нижеприведенная схема устройства с передачей сигнала по симметричной линии отличается от ранее рассмотренных. В этом случае шумы на уровне усиленного сигнала маскируются в большей степени.

Принципиальная схема микрофонного усилителя дана на рис. 2.9.
Сигнал, снимаемый с микрофона Ml типа МКЭ-3 «Сосна», поступает на усилитель, собранный на транзисторе VT1. Коэффициент передачи каскада, выполненного на транзисторе VT1, приблизительно определяется соотношением сопротивлений резисторов R3 и R4. Сигнал, усиленный транзистором VT1, поступает на базу транзистора VT2. А так как фаза сигнала на коллекторе транзистора VT2 противоположна фазе сигнала на эмиттере, то и сигнал, поступающий в линию, тоже противофазный.



Входной каскад правой части схемы, собранный на транзисторах VT3, VT4, представляет собой сумматор со сдвигом фазы на 180°. Таким образом, противофазный полезный сигнал складывается в фазе и на выходе образуется полезный сигнал с удвоенной амплитудой. А возникающие одинаковые по фазе шумы и помехи в каждом из проводов линии взаимно уничтожаются в сумматоре. Суммарный сигнал подается на базу транзистора VT5 типа КТ361. Этот каскад имеет коэффициент усиления 4. С нагрузки этого каскада, резистора R12, сигнал подается на оконечный УЗЧ или магнитофон.

В устройстве используются резисторы типов МЛТ-0,125. Транзисторы VT1—VT3 могут быть типов КТ315 и КТ342, транзисторы VT4, VT5 — КТ361, КТ3107. В качестве микрофона Ml может быть использован любой электретный микрофон со встроенным усилителем.

Настройка усилителя заключается в подборе сопротивления резистора R 7. При этом необходимо контролировать напряжения, указанные на принципиальной схеме.

Для подключения выносного микрофона необходим экранированный кабель с двумя внутренними жилами.


Микрофонный усилитель с дифференциальным входом

Такой недостаток, как питание выносного микрофона по трем проводам, можно устранить. Принципиальная схема устройства с двухпроводной соединительной линией, имеющая лучшие выходные характеристики, чем выше описанная, приведена на рис. 2.10. В качестве предварительного усилителя используется дифференциальный операционный усилитель.



Работа выносного микрофона (левая часть схемы) подробно изложена при описании работы схемы, представленной на рис. 2.8. Остановимся на подробном описании правой части схемы, основу которой составляет операционный усилитель DA1 типа КР1407УД2, включенный по схеме дифференциального усилителя. Он представляет собой малошумящий операционный усилитель с малым током потребления. Схема имеет коэффициент ослабления синфазных входных напряжений около 100 дБ. Это свойство и используется для подавления помех, наводимых в проводах и имеющих синфазный характер. Полезный сигнал и помеха снимаются с нагрузочных резисторов R6 и R 7 и через конденсаторы СЗ и С4 поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы микросхемы DA1 соответственно. Вследствие этого сигнал помехи ослабляется в микросхеме на 100 дБ. Полезный звуковой сигнал усиливается операционным усилителем в 10 раз. Коэффициент усиления сигнала можно изменять путем изменения сопротивления резисторов R8 и R9. Увеличение их номиналов приводит к увеличению коэффициента усиления, определяемого как отношение R3IR4 (R9/R5). Сигнал, усиленный микросхемой, с выхода 6 через конденсатор С6 поступает на основной УЗЧ или магнитофон.

Резисторы R10, R11 и конденсатор С5 создают искусственную среднюю точку, в которой напряжение равно половине напряжения источника питания. Это обусловлено тем, что для питания устройства используется однополярное питание, а для нормальной работы операционного усилителя необходимо двухполярное. РезисторЛ/3 устанавливает необходимый ток потребления микросхемы.

Микросхему DA1 можно заменить на операционный усилитель типа КР140УД1208. Но возможно и применение любого другого операционного усилителя, включенного по типовой схеме со своими цепями коррекции. Резистор R13 в этом случае из схемы исключается.
При исправных деталях устройство начинает работать без дополнительных регулировок. Увеличить (уменьшить) усиление можно подбором сопротивлений R8 и R9.



Если левую часть схемы заменить схемой, приведенной на рис. 2.11, а из правой части убрать резисторы R6 и R7, то можно записывать на магнитофон телефонный разговор при снятой телефонной трубке.