EK022 Förstärkare för Elektretmikrofon

EK022 är en förstärkare för elektretmikrofoner. Mikrofon medföljer i byggsatsen och kan monteras direkt på kortet.

Byggsatsen innehåller alla komponenter som behövs för att driva mikrofonen och förstärka signalen till en nivå lämplig för användning med en mikrokontroller eller ljudutrustning.

Den medföljande mikrofonen har en känslighet på -50dBu, vilket kan översättas till 3.16mV/Pa. För att ge någon användbar signal behöver den alltså förstärkas ganska kraftigt.

Om kondensatorn C5 monteras kommer utgången vara AC-kopplad och lämplig att användas med mixerbord, förstärkare eller annan ljudutrustning. För användning med en mikrokontroller eller annan elektronik med vanliga logiknivåer bör de två anslutningarna i stället byglas med ett komponentben. Utgången kommer då vara DC-kopplad och svänga mellan 0V och V+, centrerat kring halva matningsspänningen.

Förstärkningsgraden är ställd till 100x, men kan ändras genom att byta ut återkopplingsmotståndet till förstärkaren (R3). Förstärkningsgraden kan beräknas med formeln G=R2/R3 (1k/100k = 100x förstärkning).

OP-förstärkaren TLC271 som används i byggsatsen klarar ett brett spänningsområde och kan drivas med spänningar från 3V upp till 15V. Observera att höga ljud kan överbelasta förstärkaren vid låg matningsspänning. Återkopplingsmotståndet R3 kan i så fall bytas mot ett med lägre resistans.

Det finns plats på kortet för en extra kondensator (C6). Den behövs inte för normal användning och medföljer inte i byggsatsen. En kondensator i området 100 - 1000pF↗ kan monteras här för att minska högfrekvent brus.

Matningsspänning: 3 - 15VDC
Strömförbrukning: 2.2mA (12V)
Dimensioner: 38 x 25mm
Monteringshål: c-c 33 x 20mm, ø2.5mm

Komponentlista

RefDes	Värde	Antal	Art.nr.	Märkning
A1	Elektretmikrofon	1	40290007
C1	Keramisk kondensator 1uF	1	41017671	105
C2	Keramisk kondensator 100nF	1	41003038
C3, C4, C5	El.lyt kondensator 10uF	3	41017674	10uF
C6	Används ej	0
D1	LED 3mm röd	1	40307000
P3	Stiftlist 2.54mm 3-pin	1	41001167
R1, R4, R5, R6, R7	Motstånd 10kohm	5	40811410
R2	Motstånd 1kohm	1	40811310
R3	Motstånd 100kohm	1	40811510
U1	OP-amp TLC271	1	40350271	TL271CP

Monteringsanvisningar

Innan du påbörjar monteringen, kontrollera att mönsterkortet är fritt från skador och repor. Kontrollera att du har alla komponenter som ska monteras, jämför med komponentlistan!

Det är enklast att börja montera de lägsta komponenterna och arbeta sig uppåt i storlek. Börja med att löda fast IC-hållaren, fortsätt med sen med motstånden.

När IC-hållare och motstånd sitter på plats, fortsätt med lysdiod och de keramiska kondensatorerna.

Avsluta med elektrolytkondensatorerna och mikrofonen. Mikrofonen kan monteras antingen liggande plant mot kortet eller vinklad ut från kortkanten. Observera polaritet! Anslutningsbenet på mikrofonen med tre streck ska sitta i hålet märkt "-".

När alla komponenter sitter på plats och kontakter eller sladdar är fastlödda kan op-förstärkaren monteras i IC-hållaren. Var försiktig så alla benen hamnar rätt i hållaren och inte böjs. Var också observant på orienteringen! Jämför kortets markering med kretsen.

Interaktiv monteringsguide ↗

Kretsbeskrivning

Hur en elektretmikrofon fungerar

Första steget i kretsen är elektretmikrofonen A1. Elektretmikrofoner kallas ibland för kondensatormikrofoner eftersom de fungerar just som en kondensator. De består av två plattor - en fast och en rörlig. Den rörliga plattan är membranet som fångar upp ljudvågor och skapar tillsammans med den andra plattan en liten spänning. Signalen är extremt svag och högimpedant och behöver först buffras innan den skickas vidare. Därför har mikrofonen en inbyggd förstärkare som drivs genom ett motstånd (R1) anslutet till matningsspänningen.

Ljudsignalen som lämnas vid den punkt där R1, C1 och mikrofonens positiva anslutning möts har nu en DC-offset eftersom spänningen som driver mikrofonen och ljudsignalen är sammansatta. Kondensatorn C1 ser till att bara ljudsignalen (växelspänning) skickas vidare, så att OP-förstärkaren inte förstärker någon oönskad likspänning.

Förstärkning av signalen

Efter C1 skickas signalen in i den inverterande ingången på operationsförstärkaren (OP-förstärkaren U1). Motstånden R2 och R3 bestämmer förstärkningen enligt formeln:

Vut = R2/R3. Om till exempel R2 = 100 kΩ och R3 = 1 kΩ, blir förstärkningen 100x, vilket betyder att signalen blir 100 gånger starkare. Tillräckligt för att användas med ljudutrustning.

Referensspänning och stabilisering

Eftersom en OP-förstärkare behöver en referensspänning för att hantera ljudsignaler korrekt, används R4 och R5 som en spänningsdelare. De sätter referensspänningen till halva matningsspänningen, vilket gör att signalen kan svänga både positivt och negativt relativt referensspänningen. Vid tystnad kommer ljudsignalen vara samma som referensspänningen.

För att minska störningar (brus och rippel) på referensspänningen används C3 för att stabilisera spänningen. Kondensatorn C6, som är kopplad mellan OP-förstärkarens utgång och den inverterande ingången, hjälper till att hålla förstärkaren stabil och filtrerar bort höga frekvenser över det hörbara området. C6 behövs normalt inte för att kretsen ska fungera.

Anpassning av signalen

För användning med ljudutrustning ska signalen inte svänga mellan 0V och V+, utan i stället vara centrerad kring 0V. C5 och R7 bildar ett högpassfilter som tar bort likspänning (DC-offset). Det är viktigt för att undvika klickljud och skydda ljudutrustning.

Om förstärkaren i stället ska användas med en mikrokontroller eller AD-omvandlare, kan anslutningarna för C5 byglas med ett komponentben och R7 utelämnas för att behålla signalens DC-offset så den svänger mellan 0V och V+.

Strömförsörjning och indikatorer

För att säkerställa en stabil matningsspänning används C2 och C4, som hjälper till att filtrera bort störningar från strömförsörjningen. D1 och R6 är en lysdiod med ett strömbegränsande motstånd som lyser när förstärkaren är igång.