Förstärkning i mikrofon

av **RogerGustavsson** » 2006-09-29 16:11

Jag har fått två olika scheman för den interna förstärkaren i en elektretmikrofon.

http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/mikforstarkare.pdf

Här verkar finnas kunnigt folk. På vilket sätt skiljer sig förstärkningen (gain) i de två?

Data på transistorerna:

2SK118 http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/2SK118.pdf

2SK170 http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/2SK170.pdf

av **Sigurd_Ruschkowski** » 2006-09-30 09:49

SK170 är en mkt bra JFET som är gjord för audiobruk och anv i de bästa förstärkarna. En av mina favoritJFETar

Finns t o m på ELFA men dock bara GR-varianten.

SK118 däremot vet jag inte var man kan få tag på.

SK170 finns i tre varianter med olika Idss-intervall.

En snabb flukt på dina scheman ger
att första kopplingen har
53 dB

och andra koppling har
Av = gm * R = gm * 4700 = 2 * Idss / Up * 4700 = {beroende på val av Sk170 och dess Idss, låt oss ta Idss = 5mA och Up = 0,5V } =
= 94 ggr = 39 dB

Du bör INTE bara fokusera på gain och brus utan dina två kopplingar skiljer sig år rejält! Den ena är en simpel koppling och den andra är en kaskodkopplad variant. Jag skulle utan tvekan ta den mer komplexa kopplingen!
I alla fall om du är ute efter välljud

Sigurd

av **Flint** » 2006-09-30 10:06

Njae... Den första kopplingen ger nog bara spänningsförstärkning = 1 eftersom det är en emitterföljare (eller vad man nu heter när det gäller FET). Feten är alltså här bara en impedansomvandlare.

Den andra kretsen ger simulerat en förstärkning på 51.5dB eller 375ggr.

av **RogerGustavsson** » 2006-09-30 14:09

Njaha, två olika bud! Den första kretsen tror jag ger endast impedansomvandling. I en tidigare variant såg den kopplingen något annorlunda ut men utnivån var samma. Den första kretsen följs av en balanseringstrafo som tar ner utgångsimpedansen ytterligare. Dessvärre sjunker då nivån till 1.6 mV/94dB och kräver en förstärkning på upp till 500 gånger för att passa min utrustning.

Om den andra kretsen erbjuder så mycket mera förstärkning, är det ju bra. Telinga (som gör parabolmikrofoner) som använder den säger dock att innivån är begränsad men kan höjas med 6dB om man utesluter kondensatorn på 100 µF parellellt med motståndet på 270 Ohm. I mitt fall är max nivå vid mikrofonerna som regel 100 dB.

Tar gärna emot mera funderingar!

av **Flint** » 2006-09-30 15:26

Utan avkopplingskondensatorn på 100uF får jag simulerat +35dB / drygt 56ggr.
Å det blev ju lite mer än 6dB skillnad.

Det går ju också att höja matningsspänningen en bit för att höja klippgränsen. Men du kanske har batterimatning som sätter gränsen.

Måste lämna viss reservation för spicet för 2SK170 som jag hämtade nyss på nätet.
Jag har aldrig använt det tidigare och vet alltså inte om det går att lita på till 100%,
men som det verkar är det nog OK. Jag har jämfört med BF245A som jag känner bättre.

Spicet ser ut så här. Någon som har något bättre?

.MODEL 2SK170 NJF
+ VTO=-5.211e-001 BETA=3.683e-002 LAMBDA=4.829e-003
+ IS=1.000e-009, RD=0.000e+000 RS=0.000e+000
+ CGS=5.647e-011 CGD=2.562e-011
+ PB=4.860e+000 FC=0.5

av **RogerGustavsson** » 2006-09-30 15:54

56 gånger är inte dåligt. Innebär att mikrofonen borde ge 16x56=896 mV ut vid 100 dB in. Det vore jättebra eftersom man då inte behöver mera förstärkning in till ljudkortet som jobbar på normalt 775 mV för full utstyrning. Är det verkligen möjligt att denna enkla koppling kan göra detta med kvalité? Menar med låg förvrängning? Mikrofonen har också en dämpsats före förstärkningen som kan användas om ljudnivån skulle vara högre än min normala. Matningsspänningen tas från batterier och kan göras högre om så skulle vara befogat.

av **Flint** » 2006-09-30 16:17

Simulerad thd vid 785mV ut (kretsen utan 100uF)
Andraton -40dB
Tredjeton -46dB
Fjärdeton -49dB

Totalt alltså en dryg procent. Bäst att du själv avgör om det är bra eller inte. Mig duger det åt. Billig krets att få ihop. Värt att prova. Ska vi cadda kretskort?

av **RogerGustavsson** » 2006-09-30 16:29

Ultralågt är det förstås inte. Om man höjer matningsspänningen då? Antar att den där kretsen inte drar några större strömmar. Har tänkt köra med ett knippe Lithium-celler på 3V/125mAh. Kretskort? Gärna det! Fast de bör vara grymt små och runda för kretsen ska sitta nära mikrofonkapseln.

Den nuvarande kopplingen är något enklare och får lätt plats. Ser ut så här: http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/Nakamichi%201.JPG
Några varianter jag funderat på: http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/Nakamichi%205.JPG

av **Flint** » 2006-09-30 16:53

Matningsspänning 20V.
Andraton -44dB ca.0.6%
Tredjeton -47dB

Alltså inte så stor skillnad. Ökad matningsspänning höjer ju klippgränsen och den är vi en bit ifrån även med 9V.

Jag tror att distvärdena i verkligheten blir högre eftersom båda fetarna här har samma spice/egenskaper. I verkligheten har man matchningsfel också.

Kopplingen med "felvänd" trafo verkar märklig. Först några gångers spänningsförstärkning i feten och sen ner igen i trafon bara för att få impedansanpassning. Kanske lika bra att bara ha en fetbuffert då och en trafo 1:1 om man ens behöver trafo och balanserat. Bara en tanke.

Kretsarna med LT1115 tycker jag verkar vettiga. Där blir det nog tal om andra dvs. lägre distvärden. Men jag inser inte nyttan med motståndet på 2.2k som sitter parallellt med fetens sourcemotstånd.

av **RogerGustavsson** » 2006-09-30 17:51

Ja, det där motståndet på 2k2 är bara kvar från ursprungsschemat och ska väl inte behövas. Trafon måste bort om man vill skicka mera spänning ut. Felvänd är den väl inte, det är väl sänkning av impedansen den ska utföra för att ge kabeldrivningsförmåga? Den är dock väldigt liten. Tror jag har bilder på innanmätet. Har hittat dem:

Bild

Själva kretsen med 2SK118 sitter direkt efter den avskruvbara mikrofonkapslen (medföljer kula och njure). Tillsammans med utgångstrafon sitter basavskärningen, är i mitt fall obehövlig. En krets med t.ex. LT1115 och SSM2142 får utan vidare plats där kretsen med trafon sitter.

Tillbaka till Telinga-kretsen. Kan man förena hyffsad förstärkning (säg 25-30 dBoch låg distorsion vid linjenivå (775 mV) genom att ändra komponentvärden eller schemat på något sätt? Sedan hänger man på en aktiv balanserare typ SSM2142 eller DRV134 och får då 6 dB till. Då borde man väl kunna få linjenivå (775 mV) med låg distorsion?

av **Flint** » 2006-09-30 18:34

Utimpedansen från fetbufferten är låg. 55ohm, men signalen klipper tidig. Med belastning 40ohm lämnar steget 67mV vid -21dB andraton, dvs. 8.9% dist. Troligen 10-12%thd. Så den belastningen är nog inte att tänka på. Troligen inte under 1K men det har jag inte kollat. Bara gissat.

Då är idén med aktiv balanserare bättre. Den kan man nog driva högohmigt och därmed slippa fet nr.3, bufferten. Utimpedansen på SRPP-steget är 16K så lämplig belastning in på balanseringskretsen borde ligga runt150-200K. Hur det blir med bruset återstår att se (eller höra).

Jag har gjort ett försteg som har SRPP-kopplade BF245A. Ska kolla vad det presterar i dist när man släpper upp förstärkningen.

Kollat.
Mitt steg ligger på ung samma distvärde som din krets med 2SK170
vid samma förhållanden. Första övertonen på -47dB (0.44%) vid 600-800mV ut.
Men förstärkningen något lägre. Strax under 40dB men med avkopplingskonding.
Inte mycket att vinna där.

av **Sigurd_Ruschkowski** » 2006-09-30 20:09

Jepp,

det är en source follower - min miss :oops:

/Sigurd

Flint skrev:Njae... Den första kopplingen ger nog bara spänningsförstärkning = 1 eftersom det är en emitterföljare (eller vad man nu heter när det gäller FET). Feten är alltså här bara en impedansomvandlare.

Den andra kretsen ger simulerat en förstärkning på 51.5dB eller 375ggr.

av **Flint** » 2006-09-30 20:48

Sånt händer.

av **RogerGustavsson** » 2006-09-30 22:13

Flera scheman. Den [img]härhttp://www.scotthelmke.com/alice-schematic.jpg[/img] får väl modifieras för batteridrift eftersom den kör på 48V från fantommatning (som tas ner till 12V). Vilken förstärkning har den? Skulle man inte kunna hänga på en OPA1632 efter den för att få lite mera nivå? http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opa1632.pdf
THS4131 verkar vara släkt med den http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ths4131.pdf, databladet är lite mera innehållsrikt för den. Figur 38 verkar passande.

av **Flint** » 2006-09-30 22:37

Den var kul. Jag har feten så den ska jag simulera.
Är det tänkt att 48V tas från XLR-kontakten och driver hela kretsen?
Så måste det nästan bli?

Bild

av **Flint** » 2006-09-30 23:25

Jodå, "Alice" mår bra men ger knappt någon förstärkning.
Feten ger fasvändingen och trissorna sitter som emitterföljare.
Färstärkning 1.6ggr vid 2x100K belastning
och 1.5ggr vid 2x100ohm belastning.

OP-fasvändarna verkar nog ändå mycket bättre.
Allting färdigt liksom och ultralåg dist.
Kostigt men jag har aldrig hört någon beskriva hur dom låter.

Japp, 38 skulle sitta fint men med dom värden som står där blir
det för lågohmigt för SRPP-steget att driva direkt. Lägt R - lågt brus.
Om man däremot behåller buferten, den tredje feten, går det nog bra.
Särskilt om man ökar motstånden runt IC:n några snäpp i värde .
Det borde inte öka bruset alltför mycket.

av **Sigurd_Ruschkowski** » 2006-10-01 16:54

Kan du tänka dig att använda micförstärkare i OPampformat
istället?
Gör livet lite enklare. Superlågt brus och lika låg dist.

Tex
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ina163.html

eller

http://focus.ti.com/lit/ds/sbos003/sbos003.pdf

eller

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ina166.html

eller

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ina217.html

Om du vill styra gain digitalt kan du prova:
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/pga2500.html

Om du har svårt att få tag i dessa OPampar, hör bara av dig.

Mvh
Sigurd

av **Sigurd_Ruschkowski** » 2006-10-01 16:58

Du kanske ska löpa hela linan ut?
Tex med Borbelys promicamp:

Bild

I och för sig bara SE out men det fixar man lätt till med en 1632.

Sigurd

av **RogerGustavsson** » 2006-10-01 21:18

Den förstärkare jag tänker mig är alltså den i mikrofonhöljet. Jag skulle vilja ha mera nivå ut från mikrofonen, gärna upp till linjenivå (775 mV) vid ca 100 dB vid mikrofonen, för att på så sätt slippa en vanlig mikrofonförstärkare. I "nödfall" räcker det med en hyfsad nivå för att slippa använda max förstärkning i efterföljande ljudkort. I nuläget lämnar mina mikrofoner 3.2 mV ut vid 100dB och kräver en lågbrusande mikrofonförstärkare innan ljudkortet. Ljudkortetets egna mikrofonsteg klarar inte så låga nivåer utan att tillföra brus. Borbelys förstärkare går sålunda fetbort. Så här kan man också bygga antar jag:
Bild

Har hittat ännu ett förslag i gömmorna, det gäller att passa på när man har fått någon på kroken.... Bild

Här måste väl till ytterligare ett steg med kabeldrivförmåga?

av **Flint** » 2006-10-01 22:06

Den vänstra av de två undre.

Förstärkning runt 22dB. Stämmer fint.

Utimpedans runt 10K. (Lämplig belastningimp. 100K ?)

Dist vid 3.2mV in. Andraton 0.166%

Faller på för låg förstärkning (3.2mV x 13 = 41.6mV)
och för hög utimpedans.

Den högra borde ha liknande egenskaper.

Verkar som om det borde bli en fetbuffert följt av en IC i någon form.

av **Sigurd_Ruschkowski** » 2006-10-03 08:47

Jag tror att du försöker hitta någon enkel lösning på ett problem som många redan har kommit fram till inte har någon enkel lösning:
att försöka få ur extremt hög gain med ett el två steg utan att få problem med brus eller dist.

Ditt översta schema med en INA och en DRV OPamp ser bra ut men jag tror du kan skippa JFETen. Borde räcka med en INA217 tex och sedan en DRV. Fast jag skulle använda en OPA1632 istället för en DRV134.

Jag skulle även försöka få fram en pluc- och en minusspänning.

Sigurd

RogerGustavsson skrev:Den förstärkare jag tänker mig är alltså den i mikrofonhöljet. Jag skulle vilja ha mera nivå ut från mikrofonen, gärna upp till linjenivå (775 mV) vid ca 100 dB vid mikrofonen, för att på så sätt slippa en vanlig mikrofonförstärkare. I "nödfall" räcker det med en hyfsad nivå för att slippa använda max förstärkning i efterföljande ljudkort. I nuläget lämnar mina mikrofoner 3.2 mV ut vid 100dB och kräver en lågbrusande mikrofonförstärkare innan ljudkortet. Ljudkortetets egna mikrofonsteg klarar inte så låga nivåer utan att tillföra brus. Borbelys förstärkare går sålunda fetbort. Så här kan man också bygga antar jag:

Har hittat ännu ett förslag i gömmorna, det gäller att passa på när man har fått någon på kroken....
Här måste väl till ytterligare ett steg med kabeldrivförmåga?

av **Flint** » 2006-10-03 09:18

Sigurd_Ruschkowski
Hur hög ing.imp. har INA217?

av **RogerGustavsson** » 2006-10-03 11:50

Flint!

Är inte Sigurd men jag svarar ändå. Databladet som han länkar till ovan säger 60 MOhm. Jag har såväl INA217 som SSM2142 liggandes. INA103 och INA163 är väldigt lik INA217 datamässigt.

Jag har ritat några fler scheman som jag laddar upp senare (datorn på jobbet tillåter inte ftp). Hoppas du kan göra någon analys, själv är jag bara lekman...

Roger

av **Flint** » 2006-10-03 12:06

RogerGustavsson
60Meg låter bra, men vid vilken frekvens? Jag har tittat på inimpedansen på några av dina fetkretsar och vissa har legat betydligt lägre, framförallt vid högre frekvenser(ingångskapacitans ?).
Jodå, mosa på med mera kopplingar du så ska jag simulera men jag vet inte alltid om resultaten går att lita på till 100%. Men jag säger till när jag mistänker något.

av **RogerGustavsson** » 2006-10-03 14:54

Sigurd_Ruschkowski skrev:Jag tror att du försöker hitta någon enkel lösning på ett problem som många redan har kommit fram till inte har någon enkel lösning:
att försöka få ur extremt hög gain med ett el två steg utan att få problem med brus eller dist.

Ditt översta schema med en INA och en DRV OPamp ser bra ut men jag tror du kan skippa JFETen. Borde räcka med en INA217 tex och sedan en DRV. Fast jag skulle använda en OPA1632 istället för en DRV134.

Jag skulle även försöka få fram en pluc- och en minusspänning.

Sigurd

JFET:en tror jag inte man kan skippa. Mikrofonkapsel måste vara följt av ett steg med extremt hög inimpedans, helst 1-5 GOhm. INA217 håller enligt databladet 60 MOhm och det skulle innebära att kapselns kapacistans på ca 56 pF skulle resultera i en lågfrekvensavskärning vid ca 47 Hz. JFET:en används som regel endast för impedansomvandlingen men det finns de som även lägger på förstärkning. Telinga-lösningen (som använder samma kapslar som jag) verkar ha en rejäl förstärkning som tydligen ger en förhållandevis låg utstyrningsgräns. Det handlar trots allt inte om några extrema förstärkningsgrader jag är ute efter, 50-100 gånger är ändå rätt rimligt i några steg. Använder idag en Nakamichi-mixer som ger 500 gångers förstärkning och den innehåller inte många komponenter. Dessvärre blir det otympligt att släpa med den och ingångarna är inte balanserade vilket kan vara bra ur störningssynpunkt. Nu verkar det trots allt möjligt att höja nivån redan i mikrofonen och på så vis förenkla kedjan av komponenter vid inspelningstillfällena. Jag har heller inget större behov av reglerbar förstärkning i mikrofonförstärkaren.

Roger

av **Flint** » 2006-10-03 15:06

Det var därför jag syftade på en fetbuffert och en IC. Bufferten har högre inimp. än ett spänningsförstärkande fetsteg. Men det behöver simuleras mer innan jag vet vad jag pratar om.

av **RogerGustavsson** » 2006-10-03 18:53

Sammanställning av önskelista

1. Intern förstärkare i mikrofonhöljet.
2. Matning från batteri(er).
3. Impedansbalanserad utgång.
4. Max nivå från mikrofonkapslel 8-16 mV.
5. Förstärkning 50-100 ggr.

A.
Utgångspunkt för nedanstående schema är Telinga-kretsen med den lägre förstärkningen (ca 56 ggr). Skulle möjligen kunna fungera. Hänger man sedan på en aktiv balanserare som SSM2142 eller DRV134, höjs förstärkningen med 2 ggr. Kan man möjligen sänka förstärkningen i första steget något? Hur gör man? Kan då lite nivåer klaras i kretsen? Var ligger gränserna för in- och utnivåer vid hyggliga distorsionvärden? SSM2142 behöver rejäl insignal för att inte brusa, 1V in ger S/N på 94 dB. http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/telinga.pdf

B.
Utgångspunkt för detta schema är Alice-kretsen utan utgångsteget. Efter ingångsteget med 2N4416 kan man väl hänga på en INA217 följd av SSM2142? Vad gör man med de streckade komponenterna från Alice-schemat? http://user.faktiskt.io/RogerGustavsson/alice.pdf

Gemensamt för A och B.
Hur stort behöver man göra motståndet till jord på ingången? 5 GOhm resp. 1 GOHm, ger väl lågfrekvensavskärning vid ca 0.6 resp. 3 Hz? Det är lättare att hitta små 1 GOhm-motstånd….

OPA1632 som tidigare nämnts verkar kräva låg impedans hos steget före, tvärt om vad som gäller för denna applikation där utimpedansen verkar bli hög från FET-stegen.

av **Flint** » 2006-10-03 19:25

Noterat. Kan ta lite tid. Vill du ha bilder?

av **RogerGustavsson** » 2006-10-03 19:54

Ja, varför inte. Du kan ju skicka dem till mig, adress nedan i fotnoten.

av **Flint** » 2006-10-04 11:56

Har du en 2SK170 hemma så att du kan göra en testkoppling? Jag vill kolla att mitt spice stämmer.