Усилитель аналогового МЭМС микрофона

Cremator

Всем привет и с наступившим 2016 годом!
В поисках лучшего микрофона для экшн камеры нашел микрофоны МЭМС. Оказалось, они есть как цифровые, так и аналоговые. Выбор пал на аналоговый МЭМС микрофон SPU0410HR5H.
Схема включения микрофона довольно проста, но звук получаемый с него достаточно тихий. Попытался использовать схему на двух транзисторах, которая отлично себя зарекомендовала с электретными микрофонами, но вместо желаемого результата - тишина. Если подключить микрофон напрямую к камере, то звук есть, но очень тихий.
Про данный тип микрофонов на просторах интернета не так уж и много инфы, в основном дублирующиеся статьи с характеристиками и превосходством данных микрофонов над электретными.
Каким способом можно усилить звук с данного типа микрофонов?

Реклама

EMiq

Схема включения приведена в DS. Там же показано включение дополнительного инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления Ku= Rf / Rs. Резистор Rs лучше выбрать небольшим - например 2.2 кОм. Rf- подобрать по нужному усилению сигнала. Разделительный конденсатор тогда 4.7мкФ - 10 мкФ. Можно и 1-2 мкф. с уменьшением отдачи на низких частотах. Сигнал с микрофона скорее всего около 10 мВ. У электретного около 50-100 мВ. Нужно добавить усиление и все. На выходе усилителя не забыть тоже поставить разделительный конденсатор 1-2 мкф.

Реклама

Cremator

Спасибо за пояснение. Почему-то полагал, что с микрофона можно снимать обычный аналоговый сигнал, для которого применим простейший УНЧ на транзисторах.
Дело еще в том, что сам микрофон расходует заряд батареи, хоть и мизер, но все же, и если добавить ОУ, это так же увеличит расход батареи камеры. Но все же желание попробовать есть.
А следовательно, теперь меня интересует ОУ в самом маленькой корпусе, по типу SOT, (так как сама камера небольших размеров) и с минимальным потреблением, который можно было бы применить с данным микрофоном.
UPD
нашел на просторах TS971ILT, корпус не самый малый, но применяется для усиления данного типа микрофонов. Вот только потребление 2-2.8мА довольно много..

Так же нашел на просторах, в теме "прослушки", схему с применением МЭМС микрофона, усилителя на транзисторе + ОУ. Вроде как получается запредельное усиление

EMiq

Вы правильно полагали. С микрофона снимается обычный аналоговый сигнал. Выход микрофона - выход встроенного в него согласующего усилителя с выходным сопротивлением 300-400 Ом.Вопрос в том, как вы подаете сигнал на камеру? Какой у неё вход для микрофона? Если такой как в ноутбуке или на звуковой карте, то у данных входов почти всегда есть питание для электретных микрофонов через резистор 2 ,2 кОм на + 2,5-3,3 вольт внутри устройства . Поэтому большинство задач надо решать от обратного. Есть конкретные условия - ограничения задачи . Что необходимо добавить или изменить, чтобы решить задачу? Или , предположим, что задача решена. Какими свойствами должно обладать данное решение? Это и будет определять техническое задание.

Реклама

Cremator

Звук снимается сразу в проц камеры, питание 1.25В подтягивается делителем. Сейчас стоит пассивный усилитель на паре транзисторов, работает хорошо, но хочется лучше. При том же МЭМС микрофон, звук писался хоть и тихо, но если выкрутить громкость очень сильно было слышно четко голос без какого либо фонового шума. Вот такой сигнал бы я хотел усилить, чтобы он писался камерой уже с достаточным уровнем громкости.
Что касается аналогового сигнала, то это было понятно и из даташита, но не могу понять, почему он абсолютно не поддается усилению через пассивный транзисторный усилитель. Нужен согласователь, или внешнее питание?

Задачи следующие:
-получить добротный уровень звука
-минимум деталей
-smd детали
-свести к минимуму потребление в активном режиме

Реклама

EMiq

Приведенная схема должна работать. Питание на эту схему подаётся с разьема микрофона на контакт x1, т.к. эта точка внутри поддтянута через резистор 2.2ком к питанию, как я говорил выше. Сигнал снимается также с x1.Усиление схемы равно отношению резисторов у первого транзистора, т.е. около 100. Но требуется выставить режимы по постоянному току, с учётом того , что на переходе база эмиттер транзистора падает около 0.6 вольт. Максимальный ток, который может выдать вход микрофона в устройстве приёма сигнала равен, с учётом рабочей точки схемы микрофона в 1.25в ---( 2.5в-1.25в)/2.2ком=0,56 мА. С учётом этого надо рассчитать резисторы питания Вашего микрофона. У транзистора Т1 между КБ включается резистор 470ком- 1 Мег.Ом. Сигнал с микрофона на базу транзистора Т1 подаётся через конденсатор 0.1 МКФ. Питание микрофона отдельное от сигнала снимается с конденсатора (точка R3,R4). Резистор R4 не нужен. На выходе x1 резистором между КБ у транзистора т1 подбирается 1.25- 1.5 вольт.

Реклама

Cremator

Рассчитать резисторы питания МЭМС микрофона?
Все равно не совсем понимаю, от чего нельзя простоя снять сигнал с МЭМС микрофона и подать на вход транзисторного усилителя. По идее, без всяких согласований должно было бы слышно быть хотя бы треск, шум, или еще что, а у меня тишина. При этом, плата транзисторного усилителя полностью рабочая, запаиваю на вход электретный микрофон и слышимость отличная.

EMiq

У электретного микрофона внутри полевой транзистор с открытым стоком на выход, на который и подключается резистор нагрузки и питания 2,2 ком во внешней схеме( типовой ток потребления около 0,5-0,7 ма). На выходе микрофона устанавливается тогда напряжение 1.25- 1,5 в. Напряжение на выходе микрофона более 2.5 вольт при внешнем питании от 5 вольт приводит из практики к значительному сокращению срока службы импортного электретного микрофона. У Вашего МЭМС микрофона внутри уже обычный усилитель с низкоомным выходом и отдельным напряжением питания .Поэтому схема должна быть модифицирована с учётом этого факта и что у МЭМС микрофона минимальное питание 1,5вольт. Выставить на x1 напряжение 1,5-1,8 вольт. Уменьшить R1 в моей схеме до 1кОм, и R7- 390k. Усиление 24 dB.
При внешнем питании микрофона, поправил схему и перезалил файл.

Cremator

Пробовал запитать микрофон от 1.66В, но звука не было с него. При запитке от 3.3в звук слышен, но тихо. Хотя если выкрутить колонки на максимум, то голос слышно четко, без шумов. Потому микрофон будет подключаться к 3.3в линии. Я отталкиваюсь из доступных напряжений, которые есть на плате камеры, это 1.6 и 3.3в

З.Ы. Написал Вам в ЛС

UPD
В новой схеме R1 висит в воздухе.

EMiq

R1 не нужен. Оставил на схеме для сравнения схем.

Cremator

Правильно я понимаю из Вашей схемы, что питание микрофона происходит от 2.5в со входа схемы? Просто в моем случае, есть грубо говоря 1.25в на посадочном месте под микрофон и 3.3в на плате с вывода линейного стаба, откуда и буду питать МЭМС. Или как лучше сделать, попробовать найти тот самый подтягивающий резистор и поднять напругу на посадочном месте микрофона до 2.5в и питать от него схему усилителя и сам микрофон?

EMiq

Раз уж вы определились питать микрофон отдельно от 3.3 вольт, так и питайте. Только питание подайте от стабилизатора 3.3V через резистор 100 ом на конденсатор по питанию у микрофона. Резистор 2.2 ком на моей схеме - резистор подтяжки питания в типовой схеме входа на плате ноутбука по микрофонному входу. Если у Вас сделано по- другому, то учтите это при согласовании со входом Вашей схемы камеры. На крайний случай запитайте схему усилителя также от 3.3 вольт (у меня 2.5В) и на выходе ( эмиттер Т2) поставьте конденсатор на 1-2 мкф, с которого подайте сигнал на вход микрофона камеры. В этом случае резистор 2.2 ком должен быть уже на Вашей схеме.

Cremator

Разделяя питание получается где-то так:

Или опять не в ту степь? Микрофон применил уже МЭМС

EMiq

Вот моя схема. R5 можно 1 кОм. R3 = 47kOm- 100 kOm. C2 - 0.1uF-10uF.

Cremator

R6 10к в схеме эмулирует нагрузку от микрофона?

EMiq

Да. По току питания по выводу Vdd. Схема проверялась на модели при входном сигнале 7mV и выходном 130mV RMS. Полоса частот 80Гц-20кГц. Для уменьшения усиления при большем входном сигнале нужно увеличивать резистор номиналом 4.7 кОм в эмиттере первого транзистора.
Немного оптимизированная схема по искажениям. Питание может быть и 2,5В и 3,3В.

Cremator

Собрал по схеме выше. Исключил лишь подтягивающий резистор 2.2к, питание 3.3в подал в точке между R1 и R5. Ну и транзисторы использовал bc847c и bc857c т.к. они есть среди запасов.
В итоге - обрывистый писк, звука по прежнему нет.

Эх, работа ночью дает свои косяки.. Забыл установить R2 на плату.. В свое оправдание скажу, что плата 7*5мм, а резисторы 0402.
Звук есть, усиление отличное. Проверяю на стабильность чистоты.

UPD
В фоне присутствуют посторонние шумы и шипение http://www.ex.ua/526602845105 Возможно ли избавиться от него без снижения уровня усиления?

EMiq

Шум сильно убрать сложно, немного за счет полосы усиления. На шум влияет сопротивление R4=4.7kOm. Для уменьшения шума резистор должен быть 150-300 Ом, но в данной схеме этого не добиться, т.к. этот резистор влияет на рабочую точку схемы, усиление и искажения при заданном входном сигнале микрофона. Посторонние шумы - шумы цифровых устройств. Можно немного доработать схему, чтобы они уменьшились. Остальное зависит от качества монтажа Вашего устройства. Его желательно накрыть экраном из жести, соединенным с общим проводом схемы. Чуть добавил в схему фильтров:
З.Ы. Доработал схему - ввел обратную связь. Уменьшились искажения и резистор. в цепи эмиттера. Усиление стало незначительно меньше. Попробуйте. Параметры усилителя стали более критичны к напряжению питания.
При 2.5 В питания R5=1kOm
При 3.3.В питания R5=2.2kOm, чтобы на коллекторе Т2 было постоянное напряжение 0.8V.
Для уменьшения усиления так же увеличиваем R4 до 100-200 Ом.

Cremator

Пересобрал по новой схеме, а так же перекинул питания с 3.3в на 3в, пищащие помехи были из-за питалова. Теперь слышен постоянный фоновый шум. Такое ощущение, что нарушено соотношение сигнал шум. На двухтранзисторной схеме с электретным микрофоном решил такую же проблему подбором резисторов. В данном же случае не смог добиться желаемого результата.

Пример фонового шума www.ex.ua/402953329421

EMiq

Пересобрал по какой из схем?
Фон - какой? Какие режимы схемы по постоянному току? Должны быть близкими к тем, что на схеме.
Как подключена земля- общий провод? Есть ли экран схемы? Как все собрано и подключено? Экранированы ли провода сигнала?
Откуда берется питание +3в? Емкости 1000пф замени на 100пФ, хотя они не сильно на фон влияют-больше на устойчивость усилителя с общей обратной связью. У схемы с общей ОС шире полоса пропускания и ниже искажения сигнала. Если фон низкой частоты, можно уменьшить его уменьшением входной емкости до 47nF.