Основные технические характеристики

Применимые типы микрофо­нов...............................динамический/конденсаторный

Коэффициент усиления (регулируемый), дБ......... 12...52

Входное сопротивление, кОм.............................................. 1,77

Эквивалентный уровень входного шума (усиление 52 дБ, фильтр МЭК-А), дБВ... -125

Полный коэффициент гар­монических искажений (усиление 12 дБ, частота 1 кГц, входное напряжение 500 мВ), %..................... 0,017

Полный коэффициент гармонических искажений (усиление 52 дБ, частота 1 кГц, входное напряже­ние 15 мВ), %..................... 0,008

Граничные частоты полосы пропускания (на уровне -3 дБ), кГц:

· Мин. усиление (12 дБ).........................0,015...220

· Макс, усиление (52 дБ)........................ 0,015...40

Напряжение фантомного питания (IEC1938), В.......... 48±2

Выходное сопротивление, Ом.................................................... 75

Сопротивление нагрузки, не менее, кОм................................5

Питающее напряжение 50/60 Гц, В......................................... 18

Потребляемый ток, мА, не более......................................... 70

Размеры корпуса, мм.......... 122x46x90

Одним из основных параметров МПУ является эквивалентный уровень вход­ного шума — EIN. Для сравнения были измерены значения этого параметра для каждого из четырёх каналов микро­фонного интерфейса TASCAM US-600.

Среднее значение параметра оказа­лось на 5 дБ выше, чем у предлагаемо­го устройства. Поэтому именно этот МПУ используется в ООО "САУНД" с 2012 г. для измерения параметров сту­дийных микрофонов [7] в безэховой камере.

Принципиальная схема МПУ приве­дена на рис. 1. Устройство содержит два микрофонных канала и узел питания с выходами напряжения фантомного питания +48 В и напряжений +/-12 В для питания операционных усилителей.

Рассмотрим построение канала для левого микрофона (верхнего по схеме); канал для правого микрофона устроен аналогично. Входной сигнал от микро­фона с контактов 3 и 2 разъёма XLR че­рез контакты 1 и 2 соединителя ХР1 и разделительные конденсаторы С1, С2 поступает на входы дифференциально­го усилителя, выполненного на одном из операционных усилителей (ОУ) мик­росхемы DA1. Микросхема DA1 содержит два малошумящих ОУ, выполненных по биполярной технологии. Спектраль­ная плотность шума на частоте 1 кГц не превышает 1,5 нВ/SГц [8].

Через резисторы R1, R2 на контакты микрофона поступает напряжение +48 В фантомного питания. Диодные сборки VD1, VD2 являются ограничителями и защищают операционный усилитель от превышения напряжения. Резисторы R3—R6 обеспечивают одинаковые ко­эффициенты усиления (Кт = 6,17) и одинаковые входные сопротивления (RBX = 2,43 кОм) по обоим входам диф­ференциального усилителя. Конденса­тор СЗ обеспечивает устойчивость диф­ференциального усилителя на ультра­звуковых частотах.

Микросхема DA1 применена в корпу­се DMP-8, для которого напряжение пи­тания не должно превышать +/-7 В [8].

Так как питание ОУ устройства осу­ществляется от источника +/-12 В, для снижения напряжения питания микро­схемы DA1 использованы резисторы R8, R9, которые с конденсаторами C4, С5 образуют дополнительные фильтры по цепи питания.

Усиленный микросхемой DA1 сигнал поступает на второй каскад усиления, выполненный на ОУ DA2 по схеме ин­вертирующего усилителя. Коэффици­ент усиления изменяется резистором R11 в пределах К2 = 0,65...65; таким об­разом, результирующий коэффициент усиления составляет 4...400 (12...52 дБ).

Конденсатор С6 ограничивает сверху полосу усиливаемых сигналов и тем са­мым уменьшает напряжение шумов, конденсаторы С7, С9 — блокировочные по цепи питания DA2. С вывода 7 микро­схемы DA2 сигнал поступает на кон­такт 1 розетки XS1 (соединитель RCA) через цепь R13, С8, R14.

Узел питания формирует три напря­жения: +/-12 В и +48 В из переменного напряжения 18 В частотой 50 Гц, посту­пающего через контакты 1, 2 разъёма ХР2 с внешнего адаптера сетевого пита­ния (с понижающим трансформатором 230/18 В). Вынесение высоковольтного источника переменного напряжения с целью уменьшения наводок часто ис­пользуется даже в весьма дорогих и пре­стижных моделях многоканальных МПУ, например Focusrite Platinum OctoPre.

Напряжение фантомного питания +48 В формируется с помощью умножи­теля, выполненного на диоде VD5, диодной сборке VD6 и конденсаторах С15—С19, а также параметрического стабилизатора напряжения на элемен­тах R29, R30, VD7 и транзисторе VT1.

Резистор R27 ограничивает ток через диоды VD6, резистор R28 служит для разрядки вышеупомянутых конденсато­ров после выключения устройства. Кон­денсаторы С20, С21 уменьшают пульса­ции напряжения фантомного питания до приемлемого значения.

Напряжения +/-12 В формируются с помощью однополупериодных выпря­мителей на диодной сборке VD8 и кон­денсаторов С22, С23, а также стабили­заторов напряжений на микросхемах DA3, DA4. Светодиод HL1 выполняет функцию индикатора включения МПУ.

Конструкция и детали. МПУ собран на печатной плате, изготовленной из односторонне фольгированного стек­лотекстолита толщиной 1,5 мм, разме­рами 100x87 мм.

На рис. 2, рис. 3 по­казаны чертежи печатной платы МПУ и расположение элементов монтажа и электростатического экрана.

Уровень сетевых наводок зависит от разводки общего проводника платы, поэтому изменять заданную конфигура­цию печатных проводников нельзя. Площадки а и б печатной платы нужно со­единить изолированным медным проводом сечением не менее 1 мм².

Переменные резисторы R11, R23 и разъём XS1 впаивают выводами в пе­чатную плату, которую затем закреп­ляют на передней панели размерами 122x46 мм (рис. 4) с помощью гаек переменных резисторов. На задней па­нели таких же размеров установлены два микрофонных гнезда XLR, разъём ХР2 для подачи переменного напряже­ния 18 В и выключатель SA1 МПУ.

Передняя и задняя панели соедине­ны вместе с помощью двух дюралюми­ниевых крышек (верхней и нижней) и восьми винтов М3, ввёрнутых в торцы этих крышек. На рис. 5—рис. 8 приве­дены фото внешнего и внутреннего видов, поясняющие конструкцию пред­усилителя в сборе.

Проводники от контактов 1—3 микрофонных разъёмов XLR (не показанных на принципиальной схеме) левого и правого каналов припаи­вают к пятиконтактной розетке, соеди­няемой с разъёмом ХР1 на печатной плате. Для минимизации внешних наво­док корпус нужно соединить с общим проводом МПУ.

В конструкции использованы эле­менты для поверхностного монтажа типоразмера 0805. Конденсаторы С1, С2, С10, С11 — плёночные полипропиленовые, так как в качестве входных конденсато­ров МПУ не рекомендуется применять конденсаторы с ок­сидным и керамическим ди­электриком. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импорт­ные, блокировочные конденса­торы — керамические для поверхностного монтажа.

Некоторые трудности мо­жет представить приобрете­ние прецизионных (±1 %) ре­зисторов R1—R7, R15—R21.

Такие точные резисторы мож­но составить из двух сложен­ных и спаянных вместе резисторов (с номиналами из ряда Е24) для поверхностного монтажа. Обо­значим значение точного номинала резистора через R_T, а через R — имею­щийся номинал ближайшего, но боль­шего значения, и через Rn — подключае­мый параллельно для корректировки сопротивления. Значение параллельно подключаемого (корректирующего) ре­зистора рассчитывают по формуле Rn = R_T/(1 -R_T/R).

Для примера рассмотрим получение сопротивления резистора с точным но­миналом R_T = 7,87 кОм. Выбираем бли­жайший имеющийся номинал с допус­ком ±5 %, например, R = 8,2 кОм. По формуле рассчитываем номинал парал­лельного (корректирующего) резистора Rn = 7,87/(1 -7,87/8,2) = 195,6 кОм.

Выбираем ближайший номинал 200 кОм резистора с допуском ±5 %.

Параллельное соединение резисторов сопротивлением 8,2 кОм и 200 кОм даёт значение 7,877 кОм, что отличается от требуемого 7,87 кОм всего на 0,09 %.

Микросхема RC4558 может быть за­менена её аналогом RM4558 в корпусе SOIC, а транзистор VT1 — составным транзистором с предельным напряже­нием U_КБmах не менее 80 В.

Налаживание МПУ. Устройство, со­бранное из исправных элементов, как правило, работает без налаживания.

Тем не менее первые включения нужно производить без подключения микро­фонов. Испытания следует начать с узла питания.

Для оценки правильности сборки и работы этого узла можно сравнить значения постоянных напряжений и напряжений пульсаций, приведённые в таблице; они измерены в различных точках узла при напряжении 18,8 В от трансформатора адаптера питания. Напряжения постоянного и переменного тока измерены соответственно циф­ровыми мультиметром ВР-11 и милли­вольтметром B3-38B.

Числовые значения напряжений, приведённые в таблице, измерены при двух подключённых студийных конден­саторных микрофонах с фантомным питанием. Поэтому, если измерения при первом включении показали соответствие постоянных напряжений таб­личным значениям (с возможным откло­нением не более ±5 %), измерение пульсаций следует повторить уже при подключённых конденсаторных микрофонах.

Далее следует измерить постоянные напряжения на всех выходах ОУ. При безошибочном монтаже и исправных элементах эти напряжения должны быть около нуля (не более двух-трёх десятков милливольт).

Затем генератор 3Ч нужно подклю­чить через неполярный конденсатор 4,7 мкФ на 63 В к контактам 1, 3 разъёма ХР1 и установить частоту 1000 Гц и на­пряжение 15 мВ. К контактам 1, 2 разъ­ёма XS1 подключают милливольтметр и электронный осциллограф и измеряют коэффициенты усиления левого канала при максимальном и минимальном сопротивлении резистора R11, которые должны быть 400 и 4 соответственно.

Измерения повторяют при подключении звукового генератора к контактам 2, 3 разъёма ХР1. Результаты должны совпа­дать с предыдущими с погрешностью до ±1 %. Увеличивая напряжение генерато­ра 3Ч, измеряют размах выходного на­пряжения канала, при котором начина­ется ограничение сигнала. Размах дол­жен быть не менее 20 В.

Аналогичные измерения повторяют для правого канала МПУ, используя кон­такты 4, 3 (5, 3) разъёма ХР1 и контакты 3, 2 разъёма XS1. При желании можно измерить АЧХ каналов МПУ и коэффи­циент гармонических искажений на частоте 1000 Гц. Следует заметить, что при минимальном коэффициенте уси­ления любого из каналов напряжение на его входе не должно превышать 500 мВ ввиду ограниченного напряжения пита­ния ОУ DA1.

Изготовленную и настроенную плату МПУ следует тщательно промыть спир­тобензиновой смесью как со стороны корпусных деталей, так и со стороны элементов поверхностного монтажа.

Плату устанавливают в корпус, со­единив проводами разъём ХР1 с микро­фонными разъёмами XLR, имеющими обозначения на корпусе MIC1 IN, MIC2 IN. В целях безопасности и минимиза­ции сетевых наводок МПУ следует, по возможности, подключить к заземле­нию.

Окончательную проверку изготов­ленного МПУ проводят в процессе зву­козаписи сигналов двух студийных мик­рофонов с фантомным питанием по стандарту Р48 с использованием ПК.

Оценивают субъективное качество зву­козаписи, удобство работы, достаточ­ность ручной регулировки коэффициен­тов усиления и уровень сетевых наводок и шумов.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ16123—88. Микрофоны. Методы измерений электроакустических параметров.

2. IEC 268-15/DIN45596: 1981-08. Sound system equipment. Part 15. Preferred matching values for the interconnection of sound system components.

3. IEC 61938: 2013-06-27. Multimedia systems — Guide to the recommended characte­ristics of analogue interfaces to achieve intero­perability.

4. Филатов К. В., Филатов А. К. Частот­ные характеристики чувствительности попу­лярных микрофонов конца XX века. — Таганрог, ТРТУ, 2003. (Деп. в ВИНИТИ № 1334- В2003).

5. Chris Woolf. Powering Microphones. Microphone Data. LTD. 2010.

6. ГОСТ 23849—79. Аппаратура радио­ электронная бытовая. Методы электрических низкочастотных измерений.

7. Капсюли микрофонные конденсаторные измерительные М-101, МК-265, МК-233. — URL: http:www.izmeri.ru/10.html (18.04.17).

8. NJM2122M Datasheet. - URL: www. all-datasheet.com/datasheet-pdf/7268/NJRC/NJM2122M.html (18 04 17).