Микрофонный усилитель
MICROPHONE AMPLIFIER

Изобретение относится к радиотехнике.
Известен микрофонный усилитель по патентному документу SU 1490702 А1, опубл. 30.06.1989, который содержит трансформаторы, дифференциальный каскад, конденсаторы, операционные усилители, резисторы и переменный резистор. При регулировании усиления одновременно и одинаково изменяются параметры параллельной и последовательной отрицательных обратных связей. Сигнал с выхода операционного усилителя (далее – ОУ) подается одновременно на оба входа ОУ (методом вычитания). Максимальному усилению микрофонного усилителя соответствует минимальный коэффициент передачи по напряжению с одного выхода ОУ на другой выход ОУ. При максимальном усилении устраняется влияние шумов ОУ на выходной уровень шума микрофонного усилителя.
Недостатком известно микрофонного усилителя является сложность его конструкции, высокое энергопотребление, что влечёт за собой высокие экономические траты при его изготовлении и использовании, при этом из-за сложности его конструкции и количества деталей в нём высока вероятность выхода из строя, что вызывает сомнение в его высокой надежности и продолжительности использования.
Задачами изобретения является устранение недостатков известного микрофонного усилителя и расширение арсенала технических средств в области микрофонных усилителей.
Техническим результатом является снижение искажений, а также уменьшение массогабаритных характеристик и стоимости в усилителе из-за отсутствия трансформаторов связи.
Технический результат достигается за счёт, микрофонного усилителя, который содержит высокоомный резистор, фильтр поляризующего напряжения, переключаемый делитель напряжения, умножитель напряжения, входной разделительный конденсатор, повторитель, инвертор, выходные разделительные конденсаторы, генератор переменного напряжения, линейный стабилизатор напряжения, фильтр входного питания, резисторы подачи питающего напряжения, ЭМС фильтр. Входной повторитель выполнен на основе операционного усилителя с высокоомным входом, сигнал на который подаётся с микрофонного капсюля через разделительный конденсатор. Поляризующие напряжение на микрофонный капсюль подаётся через промежуточные элементы с умножителя напряжения, на который поступает переменное напряжение с генератора, который запитан от линейного стабилизатора. С выхода повторителя через разделительный конденсатор и ЭМС фильтр сигнал подаётся на прямой выход усилителя, а также на вход инвертора, выполненного на операционном усилителе. С выхода инвертора сигнал поступает на инверсный выход усилителя через разделительный конденсатор и ЭМС фильтр.
На фигуре 1 изображена блок-схема микрофонного усилителя.
Микрофонный усилитель предназначен для использования совместно с конденсаторным микрофонным капсюлем с внешней поляризацией 1 и устройством, имеющим дифференциальный микрофонный вход с возможностью подачи фантомного питания.
Микрофонный усилитель содержит высокоомный резистор 2, фильтр поляризующего напряжения 3, переключаемый делитель напряжения 4, умножитель напряжения 5, входной разделительный конденсатор 6, повторитель на специализированном операционном усилителе (ОУ) 7, инвертор на ОУ 8, выходные разделительные конденсаторы 9 и 10, генератор переменного напряжения 11, линейный стабилизатор напряжения  12, фильтр входного питания 13, резисторы подачи питающего напряжения 14 и 15, ЭМС фильтр 16.
13
Фантомное напряжение питания подаётся через ЭМС фильтр 16, резисторы 14 и 15 и фильтр 13 на вход линейного стабилизатора 12. С выхода линейного стабилизатора стабилизированное напряжение Uп на питание операционных усилителей 7, 8 и генератора прямоугольного напряжения 11. Использование стабилизатора 12 и фильтра 13 позволяет добиться практически полной независимости характеристик усилителя от качества входного фантомного напряжения питания. С выхода генератора переменного напряжения 11 напряжение поступает на умножитель 5. Применение умножителя 5 позволяет получить поляризующие напряжение на капсюле 1 отличным от напряжения фантомного питания, и при этом значение поляризующего напряжения не зависит от входного фантомного напряжения питания за счёт применения линейного стабилизатора 12. Увеличение и стабилизация входного поляризующего напряжения позволяет повысить чувствительность капсюля и уменьшить нестабильность чувствительности.  При повышении чувствительности снижается уровень приведённых ко входу шумов. Переключаемый делитель напряжения позволяет регулировать поляризующие напряжение на входе капсюля подбирая тем самым оптимальный динамический диапазон для конкретной ситуации. Фильтр поляризующего напряжения 3 позволяет избавится от шумов, возникающих в поляризующем напряжении после умножителя и тем самым снизить уровень шумов микрофона. Через резистор 2 поляризующие напряжение подаётся на вход капсюля. Использование в качестве резистора 2 высокоомного резистора позволяет увеличить чувствительность микрофона на низких частотах. Разделительный конденсатор 6 препятствует попаданию поляризующего напряжения на вход повторителя на ОУ 7. Повторитель на ОУ является конвертером импеданса с коэффициентом усиления 1. В повторителе 7 используется малошумящий ОУ с высокоомным входом и малым коэффициентом нелинейных искажений, что позволяет добиться уровня шумов менее 5,5 нВ/√Гц,  уровня нелинейных искажений менее    0.0005%, входного сопротивления 10 Ом. Также применение ОУ 7 позволяет работать с входным сигналом вплоть до амплитуд Uп/2 без внесения существенных искажений. Использование инвертора на ОУ 8 позволяет добиться высокого качества согласования выходных импедансов линий прямого и инверсного выхода во всём диапазоне частот. Это позволяет добиться повышения устойчивости к синфазным помехам без использования выходного трансформатора, имеющего существенные габариты, массу и вносящего существенные искажения в сигнал. Применение двухканального ОУ для реализации каскадов 7 и 8 позволяет термокомпенсировать температурный дрейф выходного сопротивления усилителей. Выходной сигнал через разделительные конденсаторы 9 и 10 и фильтр ЭМС 16 подаётся на прямой и инверсный выходы микрофона. Применение фильтра ЭМС позволяет снизить восприимчивость системы к высокочастотным индустриальным наводкам и снизить паразитное электромагнитное излучение, создаваемое генератором прямоугольных импульсов 11   и умножителем 5.
Микрофонный усилитель содержит входной повторитель на основе операционного усилителя (7) с высокоомный входом, сигнал на который подаётся с микрофонного капсюля (1) через разделительный конденсатор (6). А поляризующие напряжение на микрофонный капсюль подаётся через промежуточные элементы (2,3,4) с умножителя напряжения (5), на который поступает переменное напряжение с генератора (11) стабильность амплитуды которого обеспечивает линейный стабилизатор напряжения (12). От него также запитаны усилители (7 и 8).  Для обеспечения симметричности выходного дифференциального сигнала по импедансу используется инвертор на операционном усилителе (8), на вход которого подаётся сигнал с выхода усилителя (7).
С целью снижения искажений, а также уменьшения массогабаритных характеристик и стоимости, в усилителе отсутствуют трансформаторы связи, а входной каскад усиления выполнен на операционном усилителе (7) с высоким входным импедансом, что обеспечивает минимальные нелинейные искажения и большой динамический диапазон.
Изобретение призвано уменьшить искажение и шумы, обеспечить регулировки динамического диапазона, повысить помехоустойчивость, снизить зависимости характеристик от нестабильности напряжения питания.