Микрофонный усилитель с ару
Предисловие
Кто из нас не мечтал побывать в роли Джеймса Бонда — неустрашимого и изобретательного «агента 007» и узнать, о чем говорят на встрече, на которую вас почему-то не пригласили или, что делается в кабинете директора компании, закрывшегося в кабинете с молоденькой секретаршей. На худой конец — неплохо было бы узнать, что говорят о вас коллеги, когда вас нет в офисе.
Увы, — тяга человека к чужим секретам и тайнам — извечна и неистребима. К услугам желающих выведать чужие секреты — целая индустрия, выпускающая огромный ассортимент средств получивших условное название — «шпионские штучки». Эти устройства обычно находятся «на передовой» достижений в электронике и являются высокотехнологичными изделиями.
Одними из средств, позволяющих удаленно контролировать акустическую обстановку в помещении являются миниатюрные (или не очень) радиомикрофоны. Эти изделия представляют собой радиопередатчики, работающие на различных частотах и излучающие мощность от единиц милливатт, до нескольких ватт. Устанавливаемые скрытно, или замаскированные под различные предметы эти устройства получили широкое распространение как в работе спецслужб, так и в криминально-бытовой практике.
В настоящей статье описывается технология изготовления миниатюрного радиомикрофона, изготовленного на современной элементарной базе и являющегося достаточно высокотехнологичным изделием, на 100% выполняющим свои функции. Изготовление подобных устройств в домашних условиях — ни чем и ни кем не запрещено, но применение для негласного «съема» информации — карается уголовным кодексом. Не забывайте об этом…
Общее описание
MAX17075 включает высоковольтный повышающий преобразователь, сильноточный операционный усилитель, два управляемых генератора подкачки заряда, схему управления работой вентилей-переключателей матрицы.
Повышающий преобразователь постоянного тока построен на основе импульсного стабилизатора с токовым управлением и частотой переключения 1.2МГц со встроенным мощным полевым транзистором. Он обеспечивает быстрый переходной режим при работе на импульсную нагрузку с эффективностью более 85%. Встроенный мощный полевой транзистор (160мОм)позволяет поднять выходное напряжение до 18В при номинале входного напряжения от 2.5В до 5.5В. Встроенная 7-разрядная цифровая схема дает возможность управления током запуска.
Включение и выключение генераторов подкачки заряда обеспечивает включение и выключение вентилей-формирователей жидкокристаллических дисплеев. Существует возможность подстраивать их выходное напряжение за счет резистивных делителей напряжения. Встроенный операционный усилитель управляет напряжением питания системной платы VCOM, а также обеспечивает защиту от тока короткого замыкания ±500мА, гарантирует скорость нарастания выходного напряжения 45В/мкс, ширину полосы частот (20MГц) и выходной сигнал с размахом, равным напряжению питания.
MAX17075 выпускаются в 24-выводных корпусах TQFN с расстоянием между выводами 0.5мм. Корпус имеет габариты 4мм x 4мм, при высоте монтажа 0.8мм. ИС работают в расширенном температурном диапазоне от -40°С до +85°С.
Отличительные особенности:
- Диапазон входного напряжения от 2.5В до 5.5В
- Повышающий преобразователь с токовым управлением
- Быстрый переходный режим
- Встроенный n-канальный полевой транзистор (20В, 3А, 0.16Ом)
- Поцикловое ограничение тока
- КПД до 87% (5В на входе и 13В на выходе)
- Частота преобразования 1.2MГц
- Точность установления выходного напряжения ±1%
- Высокоточный буфер 18В с управлением напряжением
- Выходной ток короткого замыкания ±500мА
- Скорость нарастания выходного напряжения 45В/мкс
- Полоса пропускания 20МГц -3дБ
- Выходной сигнал с размахом, равным напряжению питания
- Регулируемый генератор подкачки заряда для включения вентилей тонкоплёночных транзисторов жидкокристаллической матрицы
- Регулируемый генератор подкачки заряда для выключения вентилей тонкоплёночных транзисторов жидкокристаллической матрицы
- Высоковольтный переключатель, управляемый сигналом с логическим уровнем, для регулирования временной задержки
- Схема плавного старта и схема блокирования всех выводов с временной задержкой при ошибке
- Защита выхода от перегрузки и перегрева
Области применения:
Перспективы
Как видите, размер устройства можно еще уменьшить, применив кварцевый резонатор другого типоразмера и убрав из схемы подстроечный конденсатор — подобрав на его место постоянный. Также плату можно еще немного «оптимизировать», изменив топологию элементов.
В некоторых случаях необходима длительная работа радиомикрофона. В этом случае можно использовать более емкий литиевый элемент, например CR2450 (560 мАч.). У него немного больше диаметр и высота (относительно используемого в устройстве CR2032), поэтому контактную планку «+» придется немного изменить в соответствии с этими параметрами.
Еще одна полезная система, которой нет в нашем радиомикрофоне называется VOX. Она позволяет активировать передатчик только в случае, когда в помещении есть звук. Это позволяет значительно увеличить ресурс батареи и соответственно время автономной работы передатчика. На мой взгляд, система VOX может иметь схему приведенную ниже. Она достаточно проста для понимания и не нуждается в особых комментариях. Низковольтный логический элемент 2И-НЕ, включен как инвертор и управляет режимом передатчика (вводит его в «спящий» режим или выводит из него).
Схема радиомикрофона с VOX
Еще раз хочу сказать, что эта схема не опробована на практике (закончились MAXы) и возможно нуждается в подборе номиналов деталей, установке рабочей точки повторителя (отличной, от Uпит/2) и т.п.
Готовые изделия я храню в индивидуальных прозрачных пластиковых боксах, с новой батареей и маркировкой частоты.
Усилители
|
|
|||||
|
С помощью микрофонного усилителя, схема которого показана на рис. 11, можно поддерживать постоянный уровень выходного сигнала при изменении в значительных пределах громкости голоса лица, выступающ… С помощью микрофонного усилителя, схема которого показана на рис. 11, можно поддерживать постоянный уровень выходного сигнала при изменении в значительных пределах громкости голоса лица, выступающего перед микрофоном. Такой усилитель может оказаться полезным при передаче выступлений ораторов, докладчиков, а также при ведении днктофонных записей. Описание усилителя было помещено на страницах одного из американских журналов. Практически неизменный уровень выходного сигнала как при громком разговоре вблизи микрофона, так и при дальнем тихом разговоре поддерживается с помощью автоматической регулировки усиления (АРУ). Усилитель состоит из двух каскадов, транзисторы которых включены по схеме с общим эмиттером. Использование в данном случае кремниевых транзисторов с коэффициентом Вст=140-300 позволяет даже при наличии глубоких отрицательных обратных связей по току и напряжению, введенных с целью стабилизации параметров усилителя, получить усиление по напряжению с большим запасом, который необходим, с одной стороны, для усиления самых слабых сигналов, а с другой — для обеспечения надежной работы АРУ при изменении выходного напряжения микрофона в широких пределах. С этой же целью напряжение питания выбрано достаточно высоким (24 В).
Перечисленные выше меры позволяют применить простую и эффективную АРУ, состоящую из управляемого делителя выходного напряжения, включающего в себя резистор R10 и диод Д2, а также выпрямителя, в который входят резистор R1, диод Д1 и развязывающий фильтр нижних частот R12C5. АРУ действует следующим образом. Выходное напряжение усиленного сигнала снимается с коллектора транзистора Т2 и через переходный конденсатор С3 поступает на резистор R8, откуда через резистор R11 подается на диод Д1, где выпрямляется и далее фильтруется конденсатором С. Постоянная составляющая выпрямленного и сглаженного сигнала через резистор R12 поступает на анод диода Д2. Чем больше напряжение сигнала на выходе усилителя (коллекторе транзистора Т2), тем больше напряжение смещения на диоде Д2 и, следовательно, тем меньше его сопротивление. Последнее означает, что коэффициент передачи делителя напряжения R10Д2 уменьшается по мере увеличения сигнала, что в конечном счете приводит к стабилизации выходного уровня напряжения при изменении входного напряжения сигнала в больших пределах. В случае необходимости усилитель может работать и без АРУ, для чего имеется переключатель рода работ В1. При этом вход регулятора громкости (переменный резистор R13) будет подключен к резистору R8 через переходный конденсатор С6 и дополнительный ограничительный резистор R9. В описанном микрофонном усилителе могут быть использованы транзисторы КТ315Г и диоды Д220. Коррекция режимов работы транзисторов по постоянному току может быть осуществлена путем подбора номинала резистора R1. Васильев В. А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. М., «энергия», 1977.
Ключевые теги: микрофон, переключатель, выпрямитель |
|||||
|
|||||
|
|||||
Плата
Для изготовления печатной платы, Вам понадобиться двухсторонний фольгированный текстолит, толщиной 0,8-1,5 мм. Плата изготавливается методом лазерно-утюжной технологии (или любой другой доступной). Описание этой технологии есть на сайте www.vrtp.ru.
Файл платы, в формате visio (.vsd) Вы можете взять здесь.
Лучше сразу изготавливать несколько плат — чтобы был резерв на случай порчи плат при травлении. Травятся платы, изготовленные лазерно-утюжным методом в горячем, насыщенном растворе хлорного железа — чтобы минимально сократить время травления.
После травления плата обрезается и ей придается форма круга — по границе минусовой шины. Диаметр платы составляет 23 мм. Теперь, необходимо убедится в качестве изготовления платы, для этого берем увеличительное стекло и проверяем, нет ли соприкасающихся участков.
При необходимости «прозваниваем» тестером подозрительные места, и если есть контакт — подрезаем острым скальпелем. Такой контроль, также проводится после лужения платы и после монтажа всех элементов. Эта процедура позволит вам избежать многих неприятных моментов, в т.ч. сгоревших микросхем, а также вопросов типа «… А почему устройство не работает?».
Сборка
Монтаж элементов я начинаю с микросхем. Это немного противоречит классической схеме — за то так гораздо удобнее в данном, конкретном случае. Пока плата свободна — удобнее паять мелкие выводы микросхем. Затем припаиваю остальные элементы, двигаясь последовательно в направлении от центра
(от микросхем) к периферии платы.
Есть и еще одна интересная технология монтажа SMD-элементов (я ею, кстати, иногда пользуюсь). Элементы сначала закрепляются на плате при помощи специального клея (напоминает секундный клей), а затем уже пропаиваются.
Такой способ позволяет немного увеличить плотность монтажа, сделать его ровным и красивым, а также избежать перегрева чувствительных элементов.
Схема монтажа элементов приведена на рисунке ниже.
Схема монтажа элементов на плате
После монтажа элементов, плата тщательно промывается от остатков флюса. Это делается специальными спреями, которые хорошо вымывают остатки флюса под давлением, но можно воспользоваться мягкой кистью, обильно смоченной в спирте. Если для пайки элементов применялись активные флюсы, то лучше промыть плату под струей горячей воды, для надежного удаления остатков флюса. Собранная плата должна выглядеть приблизительно так, как показано на фото ниже.
В конструкции я не стал использовать специальный бокс под литиевую батарею — он увеличивает общую толщину изделия. Для крепления батареи я использовал две полоски из латуни (П и Г-образные), шириной 4 мм., припаянные непосредственно на плату устройства. Рисунок ниже и фотографии помогут Вам понять принцип крепления элемента питания с обратной стороны платы.
Микрофон
Пока я ждал заказанные детали и готовился к реализации этого проекта, мое внимание привлекла лежащая без дела беспроводная гарнитура HBH-660 от SonyEricsson. Уже несколько лет я ей не пользовался и при попытке включения — она не подала признаков жизни
Недолго думая, я вскрыл устройство и обнаружил внутри интересный микрофон, который показал великолепную чувствительность и к тому же обладал очень небольшими габаритами. Его я и решил использовать в данном радиомикрофоне. На плате он закрепляется небольшой каплей двукомпонентного клея. Чуть позже, я сделал еще один экземпляр «жучка» с микрофоном от телефона Ericsson T39, тоже обладающим превосходной чуствительностью. На плате он закрепляется аналогично, при помощи двухкомпонентного клея.
Нет никаких препятствий для использования любого электретного микрофона имеющегося в Вашем распоряжении. Эксперименты покажут, какой микрофон наиболее чувствителен. Его и нужно использовать в радиомикрофоне, для получения максимальной акустической чувствительности.
В погоне за мощностью…
Выходная мощность, данного радиомикрофона 6-10 мВт (точнее я не смог измерить). Ее можно сознательно уменьшить (например, чтобы увеличить срок службы батареи), увеличив сопротивление ограничительного резистора в передающем каскаде. А вот чтобы ее увеличить, необходимо применение еще одного усилительного каскада. Можно собрать его на транзисторе, а можно на монолитном усилителе (что более предпочтительно, мы ведь собираем высокотехнологическое изделие :-)). Я провел эксперименты с усилителями ERA-5 и VNA-25, монитируя их навесным монтажом на предыдущую, экспериментальную модель передатчика и вот какие получились результаты:
ERA-5 — очень хороший, небольшой по размеру, устойчивый усилитель, но работать хорошо он начинает с увеличением питающего напряжения до 6 вольт и выше. Требует хорошего согласования по входу («не любит» излишнюю мощность на входе).
VNA-25 — очень приличный усилитель, работает эффективно уже с 3-х вольт, правда по размеру он немного больше предыдущего. При потребляемом токе 40 мА (был ограничен резистором) — мощность возросла до 27-38 мВт, а дальность уверенного приема — увеличилась в два раза. Если дойдут руки, то следующим изделием будет радиомикрофон повышенной мощности, на тех же микросхемах и VNA-25. Я думаю это будет очень «достойное» изделия в плане размер-выходная мощность.
