Схемы чувствительных удаленных проводных микрофонов

Родители, имеющие маленьких детей, по достоинству могут оценить устройства, облегчающие дистанционный контроль. Малогабаритный микрофон, подключаемый с помощью экранированных проводов к миниатюрному усилителю на одном-двух ОУ (можно использовать сдвоенные ОУ), провода и громкоговоритель (динамик) могут существенно облегчить жизнь.

Эти же схемы устройств можно использовать в охранных целях. Микрофон помещается в контролируемом помещении, а громкоговоритель располагается, конечно, в другом месте: там, где осуществляется прослушивание. При этом прослушивание может быть периодическим или постоянным.

Первый вариант микрофна

Усилитель и громкоговоритель (динамик) расположены вместе, а микрофон расположен у источника звука (например, в детской комнате) на расстоянии 5-10-20 м. При таком значительном удалении целесообразно микрофон подключать к дифференциальному входу усилителя.

Подключение микрофона к усилителю следует осуществлять с помощью экранированных проводов. Такая структура системы целесообразна в тех случаях, когда источник электропитания электронной схемы усилителя (УНЧ) находится в месте расположения громкоговорителя.

На рисунке 1 представлены примеры реализации схем микрофонного УНЧ на ОУ с удаленным микрофоном:

Рис.1. Схемы микрофонных УНЧ на ОУ с удаленным микрофоном: а - УНЧ с однопроводным входом, б - УНЧ с дифференциальным входом.

Элементы для схемы на рисунке 1, а :

• R1=5k-10k (определяет входное сопротивление, входное сопротивление должно быть равным выходному сопротивлению источника сигнала или немного выше),
• R2=500k-1m (усиление каскада - R2/R1),
• R3 и R4 отсутствуют, R0=2k-100k (регулятор громкости), R5=5k-10k,
• R6=50k-100k (усиление каскада - 1+R6/R5), R7=5k-10k,
• R8=1k, R9=5k-IOk (R9=R7), R10=200-500,
• Rll=200-500 (R11=R10), R12=0.2-1, R13=0.2-1 (R13=R12),
• R14=10 (цепочка RMC обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=500k-1m (обеспечивает нормальную работу ОУ даже при кратковременных нарушениях контакта в R0);
• С1=0.5-1мкФ, С2=0.1-0.5, С3=0.1-0.5, С4=0.1-0.5, С5=0.1-0.5, C6-0.1 ;
• D1,D2 -КД523 и др.;
• Т1,Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1 ,А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Монтаж и настройка удаленного микрофона. Соотношение величин резисторов R2 и R1 определяет усиление каскада на ОУ1 (А1). Изменением R2 можно задается необходимое усиление для данного каскада С помощью резистора R8 устанавливается начальный ток через транзисторы Т3 и Т4 - 10мА-20мА. С2, С3, С4, С5 подключаются максимально близко к ОУ.

Для D1, D2 необходимо обеспечить тепловой контакт с Т3, Т4. R2 С2 и R5 СЗ определяют нижнюю частоту диапазона работы УНЧ (1/Т, где Т=6.28RС): 1мкФ и 10к - 16Гц, 0.5мкФ и 10к - 32Гц, 0.5мкФ и 5к - 64Гц и т.д. Микрофон к УНЧ подключается экранированным проводом (один провод в оплетке-экране).

Элементы для схемы на рисунке 1, 6 :

• R1=RЗ=Зк-5к (определяет входное сопротивление, входное сопротивление должно быть равным выходному сопротивлению источника сигнала или немного выше),
• R2=R4=500к-1м (Uвых=(U2-U1)R2/R1 при R1 =RЗ, R2=R4),
• R0=2к-100к (регулятор громкости), R5=5к-10к,
• R6=50к-100к (усиление каскада - 1+R6/R5), R7=5к-10к, R8= 1 к,
• R9=5к-10к (R9=R7), R10=200-500, R11=200-500 (R11=R10),
• R12=0.2-1, R13=0.5-1 (R13=R12), R14=10 (цепочка R14С обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=500к-1м (обеспечивает нормальную работу ОУ даже при кратковременных нарушениях контакта в R0);
• С1=0.5-1мкФ, С2=0.1-0.5, С3=0.1-0.5, С4=0.1-0.5, С5=0.1-0.5, С6=0.1;
• D1, D2 - КД523 идр.;
• Т1,Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3 ,Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1, А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Для обеспечения корректной работы дифференциального каскада необходимо точно выполнить условие; R1=R3, R2=R4. Эти резисторы целесообразно подобрать с помощью омметра среди 1% (или лучше) резисторов с хорошей температурной стабильностью.

Для обеспечения необходимого баланса целесообразно один из четырех резисторов (например, R2 или R4) выполнить переменным (высокоточный подстроечник). Настройка дифференциального каскада: подать синусоидальный сигнал 50 Гц (электросеть частотой 50 Гц дает максимальный вклад в суммарную величину напряжения помехи) на оба входа дифференциального канала одновременно, подбором R3 или R4 обеспечить на выходе ОУ 1 нулевой уровень сигнала 50Гц.

Хорошие резисторы и тщательная настройка позволяют достичь подавления синфазной помехи 60дб-80дб и более. Для минимизации шумов входное сопротивление УНЧ (значения резисторов R1 и R3) должно соответствовать сопротивлению микрофона (или другого датчика). Микрофон к УНЧ подключается витой парой в экране (два провода в оплетке-экране).

Выходную мощность усилителей на рисунке 1 можно повысить, если использовать в составе данных устройств более мощные транзисторы. При этом можно использовать следующие элементы:

• R12=R13=0.3-0.5;
• Т1,Т2 - КТ503, КТ502 или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ817, КТ816 или другие аналогичные парные транзисторы.

Второй вариант микрофона

Микрофон и усилитель расположены вместе у источника звука, а громкоговоритель на расстоянии 5-10-20 м. При “низкоомном выходе” усилителя, что является типичным для усилителей на ОУ, проблем с таким включением, как правило, нет.

Способ подключения микрофона к усилителю зависит от расстояния между ними и условий эксплуатации, например, от величины окружающих электромагнитных помех. При значительном удалении (более 0.5 м) микрофон следует подключать к усилителю с помощью экранированных проводов. При удалении более 1 м лучше использовать дифференциальный вход усилителя.

Если сравнивать с первым вариантом, то предложенная структура системы характеризуется меньшим уровнем внешних помех (основная помеха - фон 50 Гц и 100 Гц). Она целесообразна в тех случаях, когда источник электропитания находится в месте расположения микрофона.

На рисунке 2 представлены примеры реализации схем микрофонного УНЧ на ОУ с удаленным громкоговорителем: рисунке 2, а - УНЧ с однопроводным входом, рисунке 2, б - УНЧ с дифференциальным входом.

Рис. 2. Схемы микрофонных УНЧ на ОУ с удаленным громкоговорителем: а - УНЧ с однопроводным входом, б - УНЧ с дифференциальным входом.

Элементы для схем на рисунке 2, монтаж и настройка данных устройств совпадают с элементами, монтажом и настройкой, описанными для предыдущих схем, представленных на рисунке 1.

Третий вариант микрофона

Этот вариант предусматривает наличие двух усилителей. один - у микрофона, другой - у громкоговорителя. Такую структуру часто выбирают, когда не хотят передавать сигнал низкого уровня (микрофонного) на значительные расстояния.

В этом случае осуществляется передача сигнала после предварительного усиления, т.е. передача сигнала значительно большего уровня (после ОУ полезный сигнал может быть усилен до уровня в несколько вольт). Такой сигнал можно передавать на значительные расстояния, например, в десятки и даже сотни метров. Имеются схемы, обеспечивающие передачу питания для предварительного усилителя по сигнальным проводам, соединяющим выход первого усилителя со входом второго.

На рисунке 3 представлены примеры реализации схем микрофонного УНЧ на ОУ, состоящего из двух разнесенных УНЧ (каждая часть выделена пунктирным контуром).

Рис. 3. Схемы микрофонных УНЧ (каждый из двух УНЧ) на ОУ : а - УНЧ с однопроводным соединением двух УНЧ, б - УНЧ с дифференциальным соединением двух УНЧ.

Для схемы на рисунке 3 (а) усиление первой части УНЧ - R2/R1. Для схемы на рисунке 3 (б) усиление первой части УНЧ: для дифференциального сигнала (полезный сигнал от микрофона) - 1+2R2/R1, для синфазного сигнала (сигнал помехи, поступающий по микрофонным проводам) - 1. За счет усиления в первой части УНЧ коэффициент усиления первого каскада (ОУ А1) второй части УНЧ (УНЧ2) может быть значительно уменьшен, например, до 1.

В этом случае для А1 УНЧ2 на рисунке 3 (а) значения резисторов должны удовлетворять следующему условию: R1=R2 (2к-10к), а для А1 УНЧ2 на рисунке 3 (б) - R1=R2=RЗ=R4 (1к-5к). Для схемы на рисунка 3 (а) каскад с ОУ А1 выполняет роль каскада предварительного усиления для УНЧ2, при выборе коэффициента усиления для данного каскада равным 1 и при R0=2к-10к этот каскад (на ОУ А2) может быть полностью исключен из схемы.

Элементы для схем на рисунке 3 (а): для УНЧ1:

• R1=5к-10к (определяет входное сопротивление, входное сопротивление должно быть равным выходному сопротивлению источника сигнала или немного выше), R2=500к-1м (усиление каскада - R2/R1);
• два конденсатора по 0.1-0.5, подключенные к выводам питания ОУ А1;
• А1 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ;

для УНЧ2:

• R1=2к-10к (определяет входное сопротивление УНЧ2),
• R2=2к-10к (усиление каскада - R2/R1, здесь 1), RЗ и R4 отсутствуют,
• R0=2к-100к (регулятор громкости), R5=5к-10к,
• R6=50к-100к (усиление каскада -1+R6/R5), R7=5к-10к, R8=1к, R9=5к-10к (R9=R7),
• R10=200-500, R11=200-500 (R11=R10), R12=0.2-1, R 13=0.2-1 (R13=R12),
• R14=10 (цепочка R14С обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=500к-1м (обеспечивает нормальную работу ОУ даже при кратковременных нарушениях контакта в R0);
• С1=0.5-1мкФ, С2=0.1-0.5, С3=0.1-0.5, С4=0.1-0.5, С5=0.1-0.5, С6=0.1;
• D1, D2 - КД523 идр.;
• Т1,Т2 - КТЗ102, КТЗ107 или КТЗ15, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1,А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Элементы для схем на рисунке 3 (б) для УНЧ1:

• R1=1к-3к, R2=50к-150к (усиление каскада 1+2R2/R1);
• четыре конденсатора по 0.1-0.5, подключенные к выводам питания ОУ А1, А2;
• А1, А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ;

для УНЧ2:

• R1=RЗ=Зк-5к (определяет входное сопротивление, входное сопротивление должно быть равным выходному сопротивлению источника сигнала или немного выше),
• R2=R4=Зк-5к (Uвых=(U2-U1)R2/R1 при R1=RЗ, R2=R4, здесь R1=RЗ=R2=R4 и коэффициент усиления каскада - 1),
• R0=2к-100к (регулятор громкости), ЯR5=5к-10к, R6=50к-100к (усиление каскада - 1+R6/R5),
• R7=5к-10к, R8=1к, R9=5к-10к (R9=R7), R10=200-500, R11=200-500 (R11=R10), R12=0.2-1,
• R13=0,5-1 (R13=R12),
• R14=10 (цепочка R14С обеспечивает устойчивость УНЧ),
• R15=500к-1м (обеспечивает нормальную работу ОУ даже при кратковременных нарушениях контакта в R0);
• С1=0.5-1мкФ, С2=0.1-0.5, С3=0.1-0.5, С4=0.1-0.5, С5=0.1-0.5, С6=0.1;
• D1, D2 -КД523 и др.;
• Т1,Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или другие аналогичные парные транзисторы;
• Т3, Т4 - КТ815, КТ814 или другие аналогичные парные транзисторы;
• А1,А2 - ОУ К140УД8 или аналогичные ОУ.

Как и в схемах, приведенных на рисунке 1 и на рисунке 2 выходная мощность усилителей может быть повышена заменой ряда элементов.

Настройка приведенных на рисунке 3 усилителей сводится к установке требуемых коэффициентов усиления и минимизации уровня синфазных помех в дифференциальных каскадах. Некоторые рекомендации по выбору элементов, монтажу и методика настройки приведены в соответствующих разделах при описании схем, представленных на рисунке 1.

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