Логотип

Узконаправленный микрофон

категория

Простые радиосхемы начинающим

материалы в категории

В. МОСЯГИН, г. Великий Новгород
Радио, 2002 год, № 5

Для записи голосов птиц, животных, шума моря и т. п. необходим микрофон, обладающий узкой диаграммой направленности и эффективно отсекающий посторонние шумы. Задачу можно решить с помощью устройства, описанного в этой статье.

Микрофон содержит предварительный усилитель, уровень выходного сигнала которого достаточен для подключения его к магнитофону. Направленность микрофона значительно повышает соотношение полезного сигнала к акустическим помехам на входе усилителя и позволяет качественно усиливать и записывать звуки отдаленных источников.

Узконаправленный микрофон состоит из собственно микрофона динамического типа (МД-38, МД-45, МД-200) и малошумя-щего усилителя, размещенных в специальном цилиндрическом футляре. Характеристика указанных микрофонов в диапазоне частот 50... 15000 Гц имеет неравномерность 8...12 дБ. При уровне выходного сигнала 0,2...0,5 В требуемый коэффициент усиления по напряжению микрофонного усилителя ≈ 50...55 дБ, а соотношение сигнал/шум ≈ не хуже 60...65 дБ. Коэффициент нелинейных искажений ≈ не более 0,2 %. Усилитель должен обладать хорошей температурной стабильностью и потреблять незначительный ток от источника питания, в качестве которого используется аккумуляторная батарея либо батарея гальванических элементов.

Этим требованиям отвечает усилитель, схема которого приведена на рис. 1. За его основу взят усилитель воспроизведения от магнитофона-приставки "Маяк-001 ≈ стерео".

Узконаправленный микрофон

Первый каскад собран на кремниевом малошумящем транзисторе VT2, второй ≈ на операционном усилителе (ОУ) DA1. Микрофон ВМ1 включен непосредственно в цепь базы транзистора VT2, работающего в режиме микротоков, что позволяет получить необходимое соотношение сигнал/шум.

Особенностью усилителя является использование двух независимых цепей ООС. Первая из них, состоящая из R5, VT1, С2, R1, С1, обеспечивает температурную стабилизацию режима работы входного каскада по постоянному току, а вторая (СЗ, R4) формирует требуемую частотную характеристику усилителя. Коэффициент передачи усилителя по напряжению (50 дБ) примерно равен отношению сопротивлений резисторов R4 и R2, он может быть изменен подбором одного из них (например, R4) практически без изменения режима работы устройства по постоянному току. Конденсатор СЗ определяет верхнюю частоту усиливаемого сигнала, которая составляет 15 кГц.

Делитель R6 ≈ R9 служит для создания искусственной средней точки и подачи требуемого напряжения смещения на неинвертирую-щий вход ОУ DA1 (вывод 5). Цепь R2C1 определяет нижнюю границу усиливаемых частот, которая выбрана около 20 Гц. С выхода усилителя (вывод 10 ОУ) усиленный сигнал поступает через конденсатор С7 на регулятор уровня ≈ переменный резистор R10, а с его движка ≈ на разъем Х2. Контакты 2 и 4 разъема являются выключателем питания. Когда магнитофон подключают к разъему, через эти контакты на усилитель поступает питание от батареи GB1. Усилитель потребляет от источника ток около 2,5 мА, работоспособность его сохраняется при снижении напряжения питания до 5 В.

Детали предварительного усилителя, кроме резистора R10, размещены на печатной плате (рис. 2) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Резисторы R1 ≈ R9 ≈ МЛТ, С1-4, С2-33, переменный R10 ≈ СПЗ-4. Конденсаторы С1, С2, С4 ≈ С8 ≈ зарубежные, подобные К50-35; СЗ, С6 ≈ КТ1, КД. На месте VT1 можно использовать транзисторы КТ3102 с буквенными индексами А ≈ В, Д, КТ342Б, КТ358Д, а на месте VT2 ≈ КТ3107 с индексами Л, Ж, с несколько худшими результатами ≈ Д, И, К. ОУ DA1, кроме указанного на схеме, подойдет К153УД2, а также КР140УД608, К140УД6, КР140УД708, К140УД7 с учетом различия в цоколевке. Кроме того, в микросхемах, за исключением К153УД2, есть внутренние цепи коррекции, поэтому устанавливать конденсатор С6 не нужно.

Усилитель практически не требует налаживания, следует лишь проверить соответствие режимов работы приведенным на схеме. В зависимости от чувствительности используемого микрофона может понадобиться корректировка коэффициента усиления подбором резистора R4.

Конструкция микрофона, описанная в [1], показана на рис. 3. Ее основа ≈ цилиндрический футляр 1 диаметром 60...65 и длиной 450...600 мм, который нетрудно склеить из чертежной бумаги. Для уменьшения отражения звука от стенок футляр оклеивают изнутри слоем поролона 2. Микрофонный капсюль 3 прикрепляют к футляру проволочными кольцами 4 и резиновыми растяжками 5. Вблизи микрофона располагают усилитель 6, заключенный в экран, например, из белой жести от банки из-под сгущеного молока. Под усилителем находится батарея питания 10. Тыльную сторону футляра закрывают крышкой 7, на которой закрепляют разъем 9 и переменный резистор 8 (R10). Для удобства пользования к футляру прикрепляют ручку-скобу 11 из полистирола толщиной 5 мм. На ней крепят гайку 12, с помощью которой микрофон можно устанавливать на фотоштатив.

Узконаправленный микрофон позволяет записывать звуки с расстояния более 100 м. Еще лучшие результаты удается получить, если изменить конструкцию микрофона ≈ поместить его в центр параболического рефлектора или дополнительно снабдить набором резонансных трубок [2, 3].

В любом конструктивном исполнении увеличить дальность действия микрофона позволит сужение полосы пропускания усилителя. На рис. 4 приведена схема усилителя, работающего в "телефонной" полосе частот ≈ 280...3400 Гц.

Он собран на двух ОУ, входящих в состав малошумящего усилителя К157УД2. Каскады идентичны и представляют собой включенные последовательно инвертирующие усилители. Нижнюю границу полосы пропускания каждого из каскадов усилителя определяют элементы R1, С1 и R2, R3, С2, а верхнюю ≈ R4, СЗ и R5, С4. Конденсаторы С5, С6 служат для частотной коррекции ОУ, делитель R6R7 образует искусственную среднюю точку. Конденсаторы С7, С8 шунтируют цепи питания ОУ Переменный резистор R2 ≈ регулятор уровня сигнала, с его помощью коэффициент усиления устройства можно изменять в пределах 50...64 дБ.

К выходу усилителя (вывод 9 микросхемы DA1) могут быть подключены головные телефоны сопротивлением 16...100 Ом. При напряжении питания 6...9 В усилитель работает устойчиво и мощности, выделяющейся на нагрузке, вполне достаточно для прослушивания. Если будет применен ОУ другого типа, между его выходом и точкой соединения элементов R5, С4 и выводов 3, 5 разъема Х2 может понадобиться токоограничительный резистор сопротивлением 33...47 Ом.

Чертеж печатной платы и схема размещения на ней элементов приведены на рис. 5.

Конденсаторы С1 ≈ С4 могут быть серий К10-17, К10-47, К73-5, К73-9, К73-17; С5, С6 ≈ КТ1, КД. В качестве ОУ можно использовать КР1434УД1, являющийся аналогом К157УД2, а также К140УД20. В последнем варианте чертеж печатной платы придется подкорректировать, не забыв о токоограничиваю-щем резисторе на выходе второго ОУ (вывод 10 микросхемы К140УД20). Резистор R2 ≈ СП4-1, остальные элементы такие же, что и в предыдущей конструкции.

Данный усилитель также не требует налаживания, следует лишь убедиться в наличии нулевого напряжения между выводами 2 и 3, 5 разъема Х2.

ЛИТЕРАТУРА
1. Вдовикин А. И. Занимательные электронные устройства. — М.: Радио и связь, 1981.
2. Николаев Ю. Сверхчувствительный микрофон. — Радио, 1992, № 10,
3. Макаров Д. Шпионские страсти. — Радио, 1995, № 3, с. 40, 41; № 4, c. 44—46.

 

Почта сайта