Mikrofonförstärkare (diskret)

[Spisblinkaren]

Hej!

Jag har nu konstruerat en mikrofonförstärkare med endast transistorer.

Designen är en avknoppning från min mikrofonförstärkare medels OP (annan tråd).

Jag tycker konstruktion med diskreta transistorer är mycket mer intressant än att "fuska" med diverse IC såsom OP.

Jag är dock rätt kass på diskret elektronik och, ärligt talat, på elektronik överhuvudtaget

Men vissa saker tror jag mig förstå och kunna.

Så vad tror ni om bifogat schema?

Kan det fungera?

MVH/Roger
PS
Jag är mycket osäker på "TTL" då jag kopierat större delen från Philips Experimentlådor utan att för den skullen förstå nåt

Jag tror dock att tröskelspänningen går att räkna ut enligt kladd.

Bifogar OP-versionen som jämförelse.

[sebbe]

Måste fråga, vad använder man peak och ttl detekteringen?

Spännande trådar och jag såg att du hade det både i denna version och den andra, så jag vart nyfiken på vad man använder det till.

[Spisblinkaren]

Hej sebbe!

Kul att du frågar

Mikrofonförstärkaren (KMA) är tänkt att kunna kopplas till en Arduino UNO för vidare databehandling/presentation.

För att kunna återskapa 20kHz måste sampling ske med minst 40kHz (Nyquistteoremet).

UNO samplar dock inte så snabbt (tror den använder så kallad "successiv approximation", SA).

Så genom att skapa ett DC-värde (PEAK) motsvarande signalens toppvärde klarar UNO av att sampla ordentligt.

Dessutom kan man koppla en vanlig DVM (Digital Voltage Meter) på PEAK och mha tongenerator svepa intressant frekvensområde hos högtalare manuellt varvid man kan se toppar och dalar direkt i DVM.

PEAK gör alltså KMA användbar både ensamt och kopplad till UNO.

TTL har tre funktioner där den första är att när du med oscilloskop vill titta på SINE så kan du enkelt, pga stadig och rejäl nivå, trigga på TTL (läs att SINE kan "dippa" till väldigt låga nivåer när man mäter på vissa högtalare). Den andra är att den ger dig fasen på utkommande signal och den sista är att den ger dig frekvensen på signalen (som UNO lätt kan behandla då signalen är digital).

Den största vitsen med TTL, som jag ser det, är att den kan kopplas till en frekvensräknare av nåt slag samt att den håller reda på fasen hos utkommande signal (jämfört med inkommande signal där dock funktionsgeneratorn också måste ha "TTL").

MVH/Roger
PS
Det kan ju faktiskt vara som så att man inte ens mäter på just högtalare. Då vet man mao inte frekvensen. Om man inte släpar med sig ett oscilloskop i fält dvs

[Spisblinkaren]

Så, nu har jag uppgraderat schemat.

Jag har speciellt sett till så att PEAK-detekteringen kommer igång tidigare.

Nu krävs det alltså bara en SINE som överstiger 0,3Vp för att detektering ut skall kunna ske.

Eftersom jag förutser att alla utgångar kommer att, i förlängningen, kopplas till samma jord kan inte Germaniumtrissans Vbe trollas bort.

MVH/Roger
PS
Konstruktiv kritik efterlyses

Jag är speciellt nyfiken på om någon kan tala om för mig om TTL fungerar eller ej.

Jag undrar även över om mina virtuella jordar (0,7V & 1,4V) duger.

[Zhorts]

Du har alltid så... underliga projekt på gång. Oftast intressanta

Fördelen med att "fuska" med opampar är ju att de är bra - de innehåller ju minst ett tjugotal transistorer för att få bättre prestanda. Jämförelsevis kommer du nu med diskreta komponenter få mycket sämre brus- CMRR-, PSRR- och temperaturegenskaper. Men säkerligen tillräckligt bra för vad du ska göra ändå.

Ett problem med din virtuella jord är ju att den kommer vandra omkring beroende på belastning - 0.7V Vf på en diod är ju bara ett riktmärke, i verkligheten har du ju en exponentiell kurva, så Vf stiger med ökande ström. Jag antar att du är bekant med detta fenomen - säg till annars.
Så, ett enkelt sätt att stabilisera detta är ju då att se till att dra en tillräckligt stor tomgångsström, och lasta ner de virtuella jordarna till en känd nivå så att belastningsförändringarna är tillräckligt små för att bli obetydliga. Jag skulle nog minska ditt 1k motstånd där något, och även sätta ett motstånd parallellt med kondensatorerna där för att få en baslast i alla situationer. Sen, rent praktiskt, vore det väl inte fel med typ 100 nF parallellt också, för att fånga upp snabba transienter som 100 uF inte hinner med.
Ditt sätt är ju att fuska - frågan är ju om det är acceptabelt, eller om det blir för mycket fel.

TTL-genereringen ser ut att vara en differentiell förstärkare mot en fast spänningsdelning... så vitt jag kan se (det var inte i förrgår jag satt med detta senast) så borde det fungera.
Annars kan man ju "fuska" och ta ett tredje ingångsförstärkarsteg, vrida upp förstärkningen så långt man vågar så att det blir ordentlig distorsion (utgångssignalen börjar se ut som en fyrkantsvåg) och sedan kapa ner den med en zenerdiod till lämplig spänning. Med risk för självsvängning

[Spisblinkaren]

Tack Zhorts för ditt mycket trevliga inlägg!

Jag har inte riktigt samma förmåga att uttrycka mig så ödmjukt och trevligt som du så jag ber om ursäkt i förväg

Bifogar en självuppmätt bild på hur olika typer av dioder beter sig.

Man ser tydligt att alla dioder (utom Germanium) relativt snabbt "rätar ut sig".

Vid mina typ 7mA är t.ex 1N4148 tämligen rak och uppskattningsvis är den dynamiska resistansen c.a 0,1V/10mA=10 Ohm.

Denna resistans är faktiskt mindre än vad en allmän OP har (typ 100 Ohm har jag fått lära mig).

Efter att ha räknat på det i samband med mina nya rörslutstegsbyggen har jag kommit fram till att parallellande av lytar med 100nF vid audiofrekvenser (obs) är i praktiken meningslöst.

Detta av tre anledningar:

1) ESR hos lyten är mycket mindre än reaktansen hos 100nF (inom hela audioområdet)
2) Transienter i signalen har övertoner som alltid hamnar inom audioområdet (resten är liksom akademiskt).
3) De impedansmässiga förlusterna hos avkopplingen av ett förstärkarsteg är mha enbart en elyt mycket mindre än anod/kollektor/drain-motståndet.

Punkt 3) behandlar dock mest diskreta förstärkarsteg där avkoppling finns vid varje steg.

En OP har ju internt alla sina förstärkarsteg kopplad till rail så där får man "crosstalk" (vars dignitet dock fortfarande är debatterbar ) om inte avkopplingen är god.

Dock vill jag fortfarande hävda att enbart lytar räcker väldigt långt.

För mig är CMRR och PSRR samma sak (läser man databladen så är dess nivå dessutom oftast lika).

PSRR (Power Supply Rejection Ratio) är är dock tydligare för den säger hur mycket störningar i matningen undertrycks.

Den andra säger hur mycket störningar i "gemensam jord" undertrycks vilket alltid känns luddigt.

Det är f.ö intressant hur dessa parametrar alltid framhävs som så viktiga.

Jag har byggt rena Single-End (SE) förstärkare mha rör (och därmed "gemensam jord") och det går hur bra som helst.

Jag hör lite fladderbrus (tror jag det kallas) i ena kanalen men i den andra hörs inte brum ens om jag så stoppar in örat i högtalaren

Så är det inte lite lustigt att rörmässigt kan man bygga SE-steg men inte halvledarmässigt?

Nej, när det gäller halvledare ska man först och främst ha OP:ampar sen ska man ha mängder med CMRR till ingen nytta!

Jag menar, varför inte koncentrera sig lite mer på layout och typ av kablage?

Jag använter t.ex numera gärna partvinnad kabel med skärm där jag skickar signal genom ledare och retur genom skärm+ledare.

Att den är partvinnad gör den mindre känslig för B-fält och skärmen gör den mindre känslig för E-fält.

Slutligen måste jag säga att jag älskar din ide' om ett tredje förstärkarsteg.

Det är så enkelt och briljant att jag känner mig dum

Jag bifogar en skiss på en lösning.

Ingångssteget är mer av en switch än en förstärkare men mha en Germanium-trissa kan "hysteresen" sättas lika låg som för PEAK dvs 0,3Vp.

Jag har streckmarkerat möjligheten att faktiskt göra en förstärkare av enheten.

Vissa motståndväden måste dock då ändras.

Men grovt sett är förstärkningen nära kollektormotståndet delat med emittermotståndet.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Om jag ska bygga min mikrofonförstärkare diskret kommer jag bygga enligt bifogat.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Så, nu har jag byggt om mikrofonförstärkaren så att den mer liknar en rörförstärkare

Filterkondingarna på 1000uF tjänar i det här batteridrivna fallet ej längre som brum-dämpare utan mer som transient-buffer.

I rörsammanhang är det fascinerande hur dylikt arrangemang snabbt kan få ner brum till ohörbara nivåer.

Jag är av den uppfattningen att dessa transient-buffrar bidrar till ett bättre ljud.

Nu är det dock bara en mikrofon-signal jag ska förstärka (utan att lyssna på den) och detektera men det kan väl ändå anses viktigt att inte förvanska signalen på vägen.

Jag har idag kopplat upp TTL-arrangemanget.

Jag förstår ytterst lite av diskret elektronik (vilket gör det utmanande och roligt) så jag fick mäta och testa mig fram till nåt bra.

Det verkar som om 0,7V är mintröskeln (vilket nog inte är så konstigt) för hur jag än manipulerade med speciellt medkopplingen lyckades jag aldrig komma under 1V enligt skåpet (0,7V manuellt och enligt DVM).

Initialt hade jag problem med maxspänningen (jag hade tagit bort 10k över LED) så jag fick max 4V.

Matade allt med 5,6V och tänkte hmm, LED=1,6V, 5,6V-1,6V=4V.

Så jag satte dit 10k-motståndet som jag ursprungligen och helt korrekt ritat in.

Yes, maxspänning blev nu 5,6V.

Fast jag fick ett litet problem.

Det blev "hajfenor" på (den uppåtgående) signalen.

Trissan har svårt att strypa, tänkte jag.

Så jag bytte till 1k över LED istället.

Visst, ljusstyrkan minskade (dock fortfarande ok) men hajfenan försvann!

En annan finess jag testade mig fram till var att kortsluta eller inte kortsluta det ynkliga 47 Ohm-motståndet.

Icke kortslutet gav min 0,4V ut, kortslutet gav typ 0,1V ut.

Test av "Schmitt" gav dock att kortslutning kunde ge analoga värden ut medans 47 Ohm gav Schmitt-funktion.

Schysst, tänkte jag så jag kör väl med 47 Ohm trots 0,4V (tillräckligt TTL för mig ändå).

Jag bifogar alltså nu en diskret Schmitt-trigger (ST) som levererar H=5,6V, L=0,4V.

Den är även testad vid 20kHz och är då fortfarande väldig mycket fyrkant!

Jag bifogar en bild på detta.

Observera dock att tröskeln inte har höjts utan den högre skenbara nivån beror troligtvis på lite fasskift (gissningsvis pga 10k in på Vbe-kapacitansen).

Den enda lilla nackdelen med denna ST är att tröskelnivån (Vth) är så hög som nära en Volt.

Jag inbillar mig dock att man kan få ner den mha Germanium-transistorer.

Kanske jag kopplar upp med såna och testar en annan dag.

MVH/Roger
PS
Första bilden är tagen vid 1kHz, den andra vid 20kHz. Känsligheten är 2V/DIV för båda kanalerna. Fyrkanten är medvetet förskjuten DC-mässigt och är 0V vid "-1 Ruta". ST är matad med 5,6V

[Spisblinkaren]

Nu har jag riktigt tänkt efter och speciellt sett till så att

1) PEAK börjar vid mer eller mindre exakt 0V insignal.
2) TTL är supertrimmad och har blixtsnabb respons, liten hysteres samt endast 0,1V min ut och endast 0,1V tröskelspänning.

Hysteresen är liten men finns där då det tydligt och distinkt uppenbarar sig en puls eller icke puls nära tröskelspänningen.

Jag hade initialt lite problem med både hajfenor och fasförskjutning hos TTL.

Jag löste detta genom att gå ner en faktor tio i resistansvärden.

Speciellt blev det tydligt att Cbc hos BC546B var i överkant.

För just den lågimpediva strypningen hos högra trissan gav med 10k kollektormotstånd rejäl hajfena medans den mer eller mindre helt försvann med 1k.

C'et i BC står ju dock för lågfrekvenstrissa så jag funderade ett tag på att testa BF199 som jag har hemma men kände inte för att överdriva (mer ).

Den komparator jag nu har är jag fullkomligt nöjd med. Tack Philips!

Hur fick jag då upp känsligheten i TTL & PEAK, kan man fråga sig.

Jo jag tänkte och tänkte och likt Dr Snuggles kom jag på det

Jag skapar hela tre jordar (varav två virtuella).

Tre jordar hade jag visserligen även ovan men det schemat blev fel på den punkten.

Genom att ha tre jordar kan jag

1) Biasera PEAK-dektorns diod och trissa så att ytterligare spänning in (utöver bias) genast ger spänning ut (teoretiskt iaf).
2) Biasera TTL-komparatorn så att dess ordinarie 0,8V tröskelspänning reduceras till 0,1V.

Men för att få alltihop att fungera med gemensam (system-)jord ut på signalerna blev jag tvungen att koppla tre HP-filter på förstärkeriets utgång.

Strömförbrukningen hos min KMA är nu rätt hög (typ 20mA, vad har ett 9V-batteri för kapacitet egentligen )

Men TTL-komparatorn mha slöa trissor kräver det.

Jag har dock noga tänkt över rött 10k-motstånd och tror faktiskt det kan fungera.

Emitterföljaren kan nämligen "sourca" "hur mycket som helst" men bara sänka bias.

Konsekvensen blir faktiskt att om du lastar med samma motståndsvärde som i emitterkretsen får du fullt sving.

Nu emellertid, sänks (sink) det nämligen ström bara för SINE.

När SINE svänger negativt är nämligen både PEAK och TTL högimpediva/avstängda så jag gissar här lite kvalificerat ändå att det räcker med röd 10k.

Fast jag ska nog testa hela arrangemanget innan jag bygger det. Jag är lite osäker på om peakdektorns seriemotstånd (som jag ändrat till 1k) lyckas fånga toppen av en 20kHz-signal då ju urladdningstiden är så lång som 50ms och vid 20kHz kan man beträkta den spänningen som i det närmaste rak.

Dvs det finns ingen tid för den att ladda upp.

Fast jag tror jag har fel här.

För säg att du går från en låg frekvens's nivå. Du vrider sen på generatorn till 20kHz. Responsen hos högtalaren är garanterat (nästan iaf) lägre. Då sjunker nivån med tidskonstanten 50ms (T) tills 20kHz halvvågslikriktad sinus fångar upp den och laddar upp kondingen igen. Här får du ju lite tid på dig "initialt" och det borde räcka att den tiden är typ <50us/4. Samtidigt är T så stor att 20kHz mycket väl kan få ha flera perioder på sig för så länge 20kHz's toppar ligger över vad som befinner sig hos 100nF så kommer laddning adderas varje gång vilket blir många gånger i jämförelse med 50ms.

Betrakta det sista som en personlig tanke och ta det inte för allvarligt (även om rättelser är varmt välkomna!)

Jag är dock allvarlig när jag säger att den här mikrofonförstärkaren tänker jag bygga!

Och jag kommer bygga den mha gnuggisar

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Nu har jag uppdaterat min mikrofonförstärkare något.

Bifogat är vad jag kommer bygga.

Observera att det nu finns en MIC_OUT som är en rå oförstärkt mikrofonsignal där mikrofonen bara är fantommatad.

Det är denna signal som sedan avses kopplas till min KRA för vidare förstärkning.

Den interna mikrofonförstärkaren finns bara där av bekvämlighetsskäl men kan också användas seriöst.

Jag har tagit bort de hysteriska bufferlytarna då jag ju ändå matar allt med batteri...

Hade man matat grejerna via nätet så skulle jag emellertid rekommendera filtreringen (dock är det nog viktigare att filtrera fantommatningen än emitterföljaren...).

TP står för "Tele-Propp" och inte "Test Point" i mitt schema.

TP1 avser alltså byta den interna mikrofonen mot den externa vid ipluggandet.

TP2 sitter där mest av lämplighetsskäl (dvs KRA har också TP på avsedd ingång).

En anledning till att jag valt detta schema är att jag fortfarande inte lärt mig hur man caddar kretskort (och avser bygga det "Manhattan Style").

En annan anledning är att jag gillar det OP-befriade diskreta

MVH/Roger
PS
I första skedet avser jag bara koppla upp grejerna och mha extern batteridriven funktionsgenerator (KFG) och DVM på PEAK-utgången se hur pass jämn/ojämn min högtalarrespons är och då speciellt runt delningsfrekvensen. I förlängningen kommer KMA ingå i ett Arduino UNO-system som dels genererar signalen mha seriell D/A samt mäter PEAK-nivå (och eventuellt fasskillnad) för varje frekvens. Jag kommer dock inte kunna göra realtidssampling mha UNO pga dess klockfrekvens och/eller samplingsmetod (tror jag) så detta är anledningen till att jag här och nu skapar PEAK. I vilket fall som helst är det en bekväm funktion som bara kräver ett DC-instrument. Mha TTL på mikrofonförstärkaren korrelerat med TTL på funktionsgeneratorn kan jag sedan få fasgången hos högtalaren.

[Spisblinkaren]

Eftersom jag gillar att cadda i paint så bifogar jag härmed en mall på hur 100X100mm blir på min skärm.

I morgon kommer jag printa ut mallen och således ta reda på vilken skalfaktor som gäller.

Lite lustigt i detta preliminära fall var att efter att noga uppmätt X och sedan kopierat den (samt vridit den) så blev den typ 105 i y-led

Fattar inte mycket av det här men skalfaktorerna jag får av utprintningen i morgon borde lösa saken.

Eftersom jag (preliminärt åtminstone) avser gnugga detta så kan det verka menlöst att cadda på detta viset.

MEN jag kommer trots allt få planerat caddningen och kan sen välja om jag vill gnugga eller nyttja fotoresist.

Det är liksom ganska enkelt att printa ut till "OH".

Mindre enkelt att bygga en UV-lampa

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

X blev 103mm.

Y blev 98mm

Alltså, skalfaktor [1;1] (+/-3%).

Dock avser jag testa med "seriös paint" dvs inte med "EF paint" först.

Återkommer i morgon med data.

MVH/Roger

[superx]

Jag har byggt rena Single-End (SE) förstärkare mha rör (och därmed "gemensam jord") och det går hur bra som helst.

Jag hör lite fladderbrus (tror jag det kallas) i ena kanalen men i den andra hörs inte brum ens om jag så stoppar in örat i högtalaren

Så är det inte lite lustigt att rörmässigt kan man bygga SE-steg men inte halvledarmässigt?

Nej, när det gäller halvledare ska man först och främst ha OP:ampar sen ska man ha mängder med CMRR till ingen nytta!

Jag menar, varför inte koncentrera sig lite mer på layout och typ av kablage?

Mja, jag tycker inte detta stämmer. Det är klart att det funkar om man har väldigt låga krav, men i svårare situationer spelar de där grejerna roll. Alla SE-steg med rör som är seriösa använder transformatorer på ingången (och de har väldigt hög CMRR). Ska man bygga motsvarande grej med OP:ampar, men utan trafo, har man absolut nytta av CMRR för att klara av att undertrycka common-mode-störningar på den inkommande svaga mikrofonsignalen.

[Spisblinkaren]

Tack för ditt svar superx!

Mycket intressant.

Jag står dock på mig.

1) SE-design inom rörförstärkeri (ner till MC-nivåer) fungerar ypperligt (tom utan trafo).

2) Om glöden dessutom drivs med ren DC så gäller bara att matningen är bra filtrerad (baggis med ett par RC-steg).

Med kortsluten ingång och AC-glöd (obs) har jag nyligen mätt upp ett brum om ynka 2mV/50Hz hos mina RIAA (KRA).

Detta är alltså hela 48dB under Line (0,5V) samtidigt som ett så kraftigt alternerande magnetfält som "150mA" genereras alldeles i närheten av ingången.

Visst är det fantastiskt?

Fast visst är det klart att jag gjort vad man kan för att undvika "magnetiskt brum".

Jag har liksom dels tvinnad AC-matningen hårt dels sett till så att "loopen" kring ingången blivit så liten som möjligt.

Jag har dessutom använt partvinnad tråd med skärm (signal genom röd, retur genom vit+skärm) vilket dämpar både magnetiskt och elektriskt brum.

Men sen har jag inte gjort så mycket mer.

Jag har ett jordplan bara (vilket dock inte är så bara).

Och du säger nu alltså att vid ännu mindre störningar kommer resultatet bli sämre om jag använder min diskreta lösning och därmed inte använder CMRR?

Jag ska motbevisa detta indirekta påstående.

You just watch me

MVH/Roger
PS
Eftersom mitt uppmätta brum är av frekvensen 50Hz så kommer den från glöden (och inte "helvågsbryggan")

[Spisblinkaren]

Bifogat är lådan jag hade på hyllan och kommer använda.

Innermåtten som nyttjar maximalt djup är 33X50X63mm.

Jag kommer såga till ett kort som är 50X60mm.

Observera att lådan är av plast så skärmverkan kommer bli noll

Nu har jag piant-caddat kortet som jag avser printa ut på jobbet i morgon.

Sen blir det gnuggisar och hink-etsning varefter jag kommer prova att xerox-kopiera resultatet till "OH".

Förhoppningen är att kontrasterna är så goda att kortet faktiskt kan återanvändas mha fotoresist.

Jag kommer nyttja glasfiberlaminat för bästa kontrast.

MVH/Roger