Фантомное питание для микрофонов: характеристики и подключение

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.

В этой схеме резисторы делителя не имеют точного номинала, поскольку это позволяет подстраиваться под различные трансформаторы (от 10 до 16В).

Блок фантомного питания 48V представлен в следующем видео.

Куда встраивается?

Такие источники чаще всего встраиваются в приемные устройства. Ими могут быть микшерные пульты, микрофонные предусилители и другие подобные аппараты. Однако в некоторых случаях фантомное питание может быть не предусмотрено изготовителем, или же необходимо питание намного ниже, например, 24 или 12 В. Тогда нужно приобрести фантомное питание отдельно, при этом использование его должно быть сквозным. Другими словами, его нужно подключить к микрофону, а выход из блока – к приемному устройству.

Если питание приобреталось отдельно, то следует знать, что оно должно крепиться в любом удобном и доступном месте, поскольку устройство имеет кнопку, при помощи которой фантомное питание можно включить или выключить.

Покупка фантомного питания также необходима в том случае, если человека не устраивает качество того элемента, что уже встроен в оборудование. Возможно, что имеющееся питание издает гул, или появляются неприятные шумовые эффекты. Обычно такие проблемы имеют место в дешевом оборудовании.

Сам блок обычно питается от батарей либо аккумуляторов, и в нем должен присутствовать встроенный НЧ-фильтр, который и отвечает за отсутствие низкочастотного гула. В обычных конденсаторных микрофонах питание используется и для поляризации.

А также стоит отметить, что такие микрофоны могут подключаться к порту XLR.

Предостережения

AKG C1000S , использует фантомное питание или аккумулятор

Некоторые микрофоны предлагают на выбор питание от внутренней батареи или (внешнее) фантомное питание. В некоторых таких микрофонах рекомендуется извлекать внутренние батареи при использовании фантомного питания, так как батареи могут разъесться и протечь химикаты. Другие микрофоны специально предназначены для переключения на внутренние батареи в случае отказа внешнего источника питания, что может быть полезно.

Фантомное питание не всегда реализуется правильно или адекватно даже в предусилителях, микшерах и рекордерах профессионального качества. Частично это связано с тем, что конденсаторные микрофоны с 48-вольтовым фантомным питанием первого поколения (с конца 1960-х до середины 1970-х годов имели простую схему и требовали лишь небольшого количества рабочего тока (обычно менее 1  мА на микрофон), поэтому фантомное питание схемы, обычно встроенные в записывающие устройства, микшеры и предусилители того времени, были разработаны с предположением, что этот ток будет достаточным. Исходная спецификация фантомного питания DIN 45596 требовала не более 2 мА. Эта практика сохранилась до настоящего времени; многие цепи фантомного питания на 48 В, особенно в недорогом и портативном оборудовании, просто не могут обеспечить более 1 или 2 мА без выхода из строя. Некоторые схемы также имеют значительное дополнительное сопротивление последовательно со стандартной парой резисторов питания для каждого микрофонного входа; это может не сильно повлиять на микрофоны с низким током, но может отключить микрофоны, которым требуется больше тока.

Конденсаторные микрофоны середины 1970-х годов и позже, предназначенные для фантомного питания 48 В, часто требуют гораздо большего тока (например, 2–4 мА для бестрансформаторных микрофонов Neumann, 4–5 мА для серии Schoeps CMC («Colette») и микрофонов Josephson 5). –6 мА для большинства микрофонов Shure серии KSM, 8 мА для САПР Equiteks и 10 мА для земляных работ). Стандарт IEC дает 10 мА как максимально допустимый ток на микрофон. Если его требуемый ток недоступен, микрофон все равно может выдавать сигнал, но не может обеспечить ожидаемый уровень производительности. Конкретные симптомы несколько различаются, но наиболее частым результатом будет снижение максимального уровня звукового давления, с которым микрофон может справиться без перегрузки (искажения). Некоторые микрофоны также имеют более низкую чувствительность (выходной уровень для заданного уровня звукового давления).

Большинство выключателей заземления имеют нежелательный эффект отключения фантомного питания. Между контактом 1 микрофона и отрицательной стороной 48-вольтового источника питания всегда должен быть путь постоянного тока, если питание должно достигать электроники микрофона. Поднятие заземления, которое обычно является контактом 1, прерывает этот путь и отключает фантомное питание.

Бытует мнение, что подключение динамического или ленточного микрофона к входу с фантомным питанием приведет к его повреждению. Это повреждение может произойти по трем причинам. В случае неисправности кабеля фантомное питание может повредить некоторые микрофоны из-за подачи напряжения на выход микрофона. Также возможно повреждение оборудования, если вход с фантомным питанием подключен к несбалансированному динамическому микрофону или электронным музыкальным инструментам. Переходное генерируются , когда микрофон горячей подключен к входу с активным фантомным питанием может привести к повреждению микрофона и , возможно, предусилитель схемы ввода , поскольку не все контакты разъема микрофона замыкающего контакта в то же время, и есть момент , когда Ток может протекать для зарядки емкости кабеля с одной стороны входа с фантомным питанием, а не с другой. Это особенно проблема с длинными микрофонными кабелями. Считается хорошей практикой отключать фантомное питание на устройствах, которым оно не требуется.

Как подключить конденсаторный микрофон с фантомным питанием

Встречи и поздравления

Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.

• 1 января

• Тему:С наступающим Новым 2020 Годом.
• От:Stanislav

ищу работу, выполню заказ, нужны клиенты — все это сюда

• 14 часов назад

• Тему:Разработка антенных систем
• От:MADTeam

Предлагаю работу

нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.

• 10 часов назад

• Тему:Tapeout manager (инженер-консультант по вопросам…
• От:nautech

микросхему; устройство; то, что предложишь ты

• 25 февраля

• Тему:Куплю GL823 (SSOP-24)
• От:/RR/

Продам

есть что продать за деньги, пиво, даром ? Реклама товаров и сайтов также здесь.

• 6 часов назад

• Тему:Плата разработчика Xilinx Virtex-6 Fusion IO-dri…
• От:Iko

Тренинги, семинары, анонсы и прочие события

• 15 часов назад

• Тему:Легкий старт в Bluetoooth с STM32WB55!
• От:КОМПЭЛ

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

Стандарты

В документе «Мультимедийные системы — Руководство по рекомендуемым характеристикам аналоговых интерфейсов для обеспечения функциональной совместимости» Комитета по стандартам Международной электротехнической комиссии (IEC 61938: 2018) указаны параметры для подачи фантомного питания микрофона. В документе определены три варианта: P12, P24 и P48. Кроме того, упоминаются два дополнительных варианта (P12L и SP48) для специализированных приложений. Большинство микрофонов сейчас используют стандарт P48 (максимальная доступная мощность составляет 240 мВт). Хотя системы на 12 и 48 вольт все еще используются, стандарт рекомендует для новых систем питание 24 вольт.

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.