Фантомное питание

Схема на LT8362 для создания фантомного питания

Энергоэффективный блок питания может быть собран с использованием повышающего преобразователя на чипе LT8362, который имеет предел 60 В, 2 А и может работать на частотах до 2 МГц — и все это при размерах 3 х 3 мм.

Входной EMI фильтр на плате неплохо справляется с высокочастотным шумом, он дополнительно снабжен катушкой, которая последовательно соединена со входом. Ситуация, однако, не так хороша на выходе. Выходной фильтр EMI эффективно подавляет высокочастотные помехи, но мало влияет на шум в звуковом диапазоне. Этот шум в основном обусловлен 30-кратным усилением в контуре обратной связи, усиливающим шум эталонного напряжения в LT8362.

Второй подход состоит в увеличении выходного напряжения LT8362 на один или два вольта и добавлении линейного стабилизатора LDO к выходу. Правда для этого требуется стабилизатор LDO с высоким рабочим напряжением, который обычно стоит заметно больше, чем обычные с низким напряжением.

Как сделать своими руками?

Чтобы получить напряжение питания 48 В, используется отдельный трансформатор либо DC/DC-преобразователь. При использовании батареек полезно знать тот факт, что большинство микрофонов работает с напряжением менее 48 В. Для наглядности можно попробовать напряжение 9 В, постепенно увеличивая его до необходимого. Однако стоит помнить, что звук микрофона будет отличаться от того, что должен быть по умолчанию. В рассматриваемом случае достаточно 5 батареек – этого будет достаточно для обеспечения питания микрофону.

При использовании батареек необходимо закоротить их конденсатором, чтобы не было шумового эффекта. Можно установить конденсаторы номиналом 0,1 мкФ и 10 мкФ параллельно батарейкам.

Ниже рассмотрен пример того, как сделать блок фантомного питания своими руками, точнее, схему, по которой он будет работать.

Чтобы реализовать необходимую схему, понадобятся стабилизация и фильтрация помех, с чем отлично справляются линейные стабилизаторы LM317. Однако для этого потребуется переменное напряжение 32 В. Использование трансформатора выше 24 В оправдано, однако этого элемента может не оказаться под рукой. В этом случае на помощь придет умножитель на 4, выполненный на конденсаторах и диодах. А также стоит отметить, что выбор такого направления обоснован наличием общей для входа и выхода точки, которая является минусом. Благодаря этому схема значительно упрощается, к тому же налицо экономия денежных средств на покупке трансформатора.

Если посмотреть внимательно на схему ниже, то на ней четко видно, что общий ноль (стабилизатор LM317) или умножитель на 4 включен по стандартной схеме. VD2 – стабилитрон – защищает микросхему от перепада напряжений между входом и выходом. Этот перепад возможен в процессе заряда конденсатора С7 или некорректной установки R5 и является кратковременным. В этом случае происходит шунтирование микросхемы, тем самым предотвращается ее выход из строя.

Обратное напряжение необходимо выбирать не более 35 В, однако слишком маленькое – также нежелательно

Это необходимо для сохранения диапазона регулировки и стабилизации (особенно важно в том случае, когда трансформатор будет выдавать напряжение более 12 В). В нашем варианте нужный параметр выходного напряжения стабилизатора (48 В) можно выставить при помощи R5

С1-С4 совместно с VD1-VD4 образуют умножитель на 4. Для снижения фона далее находится двойная фильтрация: фильтр второго порядка (R1C5) и фильтр-стабилизатор на LM317. После микросхемы предусмотрен конденсатор С7 – это необходимо для предотвращения самовозбуждения схемы.

Резистором R5 необходимо задать подстроечное выходное напряжение. Резисторы R4 и R5 должны быть довольно мощными, поскольку в процессе работы они будут нагреваться. Номинал для R4 – 0,25 Вт, для R5 – 0,5 Вт.

Ниже представлена модифицированная схема. Здесь используется блок питания в качестве отдельного устройства. Фантомное питание в этом случае подается через ограничивающие резисторы R6 и R7 на сигнальные клеммы устройства (для конденсаторных микрофонов с XLR-разъемом это контакты 2 и 3, 1 – общий). Сигнал подается через разделительные конденсаторы С8 и С9 уже непосредственно на принимающее устройство.

Чтобы фон по питанию отсутствовал либо был минимальным, следует отрегулировать схему подстроечным резистором R5. В этом случае необходимо добиться того, чтобы фон был минимальным, а мощность – максимальной.

Линейный стабилизатор может работать как фильтр только в том случае, если на нем падает напряжение, которое будет равно амплитуде пульсации.

Блок фантомного питания 48V представлен в следующем видео.

Схема БП с умножителем выходной емкости для увеличения шумоподавления

Третий подход заключается в использовании того факта, что чувствительность выходного сигнала микрофона не очень сильно зависит от качества напряжения питания, поэтому фантомное питание не требует особо хорошей стабилизации напряжения. То есть можно подавить дополнительный конденсатор вместе с выходными конденсаторами на выходе, чтобы увеличить их эффективность в подавлении помех.

Вот осциллограммы до и после фильтра. Выходное напряжение от повышающего стабилизатора показывает примерно 0,2% уровень шума при измерении на конденсаторе C4 (перед фильтром). А выходной сигнал от конечного фильтра уже с гораздо меньшим уровнем шума в сигнале — 0,002%.

В этой схеме конденсатор емкостью 100 мкФ уменьшает пульсацию тока базы транзистора, поэтому его влияние на ток коллектора усиливается коэффициентом усиления транзистора. Работа схемы тем лучше, чем больше усиление транзистора. В крайних случаях, два транзистора могут использоваться по схеме Дарлингтона, которая дает усиление ещё выше.

Сигнальный шум имеет амплитуду от пика до пика около 80 мВ, что составляет около 0,2% от уровня сигнала (напряжения питания). Хотя этого может быть уже достаточно для многих целей, добавление простого фильтра, описанного выше, дает гораздо лучшую картину — достигнутый уровень шума составляет около 1 мВ. Это около 0,002%, что достаточно даже для самых требовательных аудио устройств.

Транзистор SBCP56-16T1G был выбран из-за высокого допустимого напряжения коллектора (100 В) и высокого коэффициента усиления при низких токах (25 для Ic = 5 мА). Выходное напряжение падает с 47,8 В при нагрузке 2 кОм до 47,5 В при нагрузке 500 Ом, чего вполне достаточно для применения в источниках питания конденсаторных микрофонов. Этот транзистор был выбран, а также испытан чисто экспериментально — можете проверить тут и другие.

Испытания проводились при входном напряжении питания 16 В, но всё будет аналогичным и для источника питания в диапазоне от 12 В до 24 В. В некоторых случаях может потребоваться питание от USB 5 В, что может быть достигнуто путем снижения частоты переключения LT8362 с 2 до 1 МГц. Также потребовалось бы увеличить L1 с примерно 10 мкГн до 15 мкГн и удвоить выходной конденсатор С4, чтобы сохранить те же эффективные характеристики.

   Обсудить статью МАЛОШУМЯЩИЙ БП ФАНТОМНОГО ПИТАНИЯ 48 В

Фантомное питание для микрофона: основы для повторения схемы

Фантомное питание для микрофона: капсюль электретного микрофона аналогичен тем, которые использовались в телефонах, кассетных магнитофонах и компьютерах. Этот элемент, фактически, является конденсатором с определенным фиксированным зарядом. Звуковое давление двигает диафрагму, вызывая изменения емкости. Это движение создает переменное выходное напряжение при очень высоком выходном сопротивлении источника. Сток внутреннего МОП-транзистора капсюля нагружен внешним резистором (Рисунок 1).

Низкий импеданс выхода

Резисторы R₁ и R₂ обеспечивают соответствующее выходное сопротивление и питание от источника 10 В. Основные характеристики этого простого капсюля превосходны, но для того, чтобы соответствовать профессиональным стандартам фантомного питания для микрофона, он требует дальнейшей обработки сигнала.

На выходе микрофона с фантомным питанием формируется низкоомный дифференциальный сигнал. Низкий импеданс выхода обеспечивает простой буфер на микросхеме IC₁. Инвертор с единичным усилением на микросхеме IC₂ получает питание от выхода IС₁. Смещением для неинвертирующего входа IC₂ служит хорошо отфильтрованное выходное напряжение микросхемы IC₁. Сдвоенный усилитель IС₁/IС₂ был выбран из-за его низких шумов и низких искажений. R₆ и R₇ предназначены для защиты от емкости длинной линии, радиочастотных помех и бросков напряжения, возникающих при «горячем подключении» к источнику фантомного питания.

Для исключения попадания постоянного напряжения фантомного питания на линии аудиосигнала на выходах усилителя включены разделительные конденсаторы С₂ и С₃. Размах выходного дифференциального напряжения ограничен уровнем примерно 2 В пик-пик, что обусловлено неспособностью источника питания обеспечить выходные токи операционных усилителей при более высоких напряжениях. Однако этот уровень является достаточным, поскольку он соответствует пределам линейного диапазона капсюля.

Источник фантомного питания 48 В

Микрофоны с фантомным питанием получают энергию для своих активных цепей от приемного конца схемы через те же провода, по которым передается звуковой сигнал. Источник фантомного питания 48 В подключается к обеим сигнальным линиям через резисторы R₁₀ и R₁₁ сопротивлением 6.8 кОм. Такое подключение позволяет микрофону с низким выходным сопротивлением передавать дифференциальный сигнал переменного тока при относительно «мягкой» импедан-сной характеристике источника фантомного питания. Питание на микрофон подается с сигнальных линий через резисторы R₈ и R₉. Стабилитрон D₁ регулирует питание микрофона и усилителя.

Кроме того, эти резисторы обеспечивают мягкую импедансную характеристику симметричной линии. Вы можете разместить микрофон в сотнях футов от источника фантомного питания и усилителя приемной стороны и при этом получить превосходные характеристики. На приемной стороне используется мало-шумящий инструментальный усилитель IC₃, состоящий из трех внутренних операционных усилителей. Его конфигурация и лазерная подгонка номиналов резисторов обеспечивают отличный коэффициент подавления синфазных сигналов (CMR).

Подавление шумов и фона

Высокий CMR подавляет шумы и фон шины питания, имеющие одинаковые амплитуды на обеих сигнальных линиях. Хотя низкий шум (1нВ/√Гц) и не нужен для микрофонов с высоким уровнем выходного сигнала, подобных тем, который описан здесь, он необходим для профессиональных ленточных и электродинамических микрофонов со слабыми выходными сигналами. Микрофоны этих типов являются строго пассивными электромеханическими генераторами и не нуждаются в источнике питания.

Фантомное питание для микрофона получило такое название оттого, что эти типы микрофонов «подвешены» на 48 В. Выпускаемые электретные капсюли имеют различные размеры и физические конфигурации. В частности, они могут быть как всенаправленными, так и направленными (с кардиоидной диаграммой направленности). Направленные капсюли имеют сзади вентиляционное отверстие; для получения надлежащих характеристик их следует устанавливать так, чтобы обеспечить свободный доступ как спереди, так и сзади.

Фантомное питание для микрофона и директ бокса 48V

Материалы по теме
1. Datasheet Panasonic WM-034CY
2. Texas Instruments INA163
3. Datasheet Texas Instruments OPA2227

Как сделать усилитель для микрофона своими руками

Чтобы сделать микрофонный предусилитель, который будет брать энергию не от батареек или же не тянуть длинные провода от другого источника питания, а чтобы его подзарядка происходила, непосредственно, от звуковой карты нужно сделать схему с фантомным источником подпитки.  То есть такую схему, где передача сигнала информации и питание устройства происходят совместно по общему проводу.

Такой вариант является самым оптимальным, потому что обычная батарейка часто садится, использование аккумулятора тоже требует его подзарядки время от времени. Использование блока питания тоже не совсем удобно, потому что здесь есть провода, которые могут мешать при необходимости передвижения и сторонние помехи. Эти факторы приводят к неудобству использования устройства.

Для этой цели необходимо иметь:

• резисторы;
• конденсаторы;
• транзистор;
• штекер и гнезда для подключения прибора;
• провода;
• корпус;
• микрофон;
• дополнительные инструменты – кусачки, паяльник, ножницы, пинцет, клеевой пистолет.