Preamplificador de micrófono

En este post vamos a cubrir el diseño de un preamplificador de micrófono , algo que siempre es útil cuando se trata de aplicaciones de audio.

Este mini preamplificador de micrófono podría utilizarse como la primera etapa para amplificar cualquier señal de audio. El dispositivo está equipado con un micrófono más clips para ser conectado a una batería de 9V. La amplificación se consigue usando un amplificador operacional LM741. El nivel de volumen puede ser ajustado a través de un potenciómetro de ajuste.

El circuito en sí es un pre-amplificador y viene equipado con un micrófono que capta la señal. Este se amplifica aproximadamente 480 veces utilizando un amplificador operacional común.

Aplicaciones del preamplificador de microfono

Hacemos hincapié en que el módulo es un preamplificador: antes de ser conectado a un altavoz de la señal requiere un paso adicional a través de una etapa de amplificador de potencia. ¿Por qué, entonces debería usar un preamplificador? Principalmente, ya que trae las ventajas desde el punto de vista de la limpieza de la señal de audio (con una mejor relación señal / ruido o SNR). Por otra parte tampoco es posible conectar directamente un micrófono a un amplificador de potencia, pero siempre es necesario el uso de un preamplificador como el aquí descrito.

Entre los casos de uso, el módulo diseñado se pueden unir, por ejemplo, a la cámara que no está equipada de audio. Si la ha instalado en el interior de un edificio y desea escuchar el sonido, así como ver las imágenes, se puede establecer el preamplificador y conectarlo a la misma pantalla que se utiliza para mostrar la señal de vídeo. El dispositivo puede de hecho estar conectado a la toma SCART de un aparato de televisión (en particular, a los canales de BF, véase el cuadro). El circuito es muy pequeño de modo que también se puede acoplar con microcámaras.

Requiere como hemos comentado anteriormente de una alimentación de 9 Voltios DC proporcionada por una batería para una mejor relación señal/ruido, pero, si desean alimentarlo a la red mediantre un pequeño transformador es posible siempre y cuando filtren muy bien la alimentación DC.

Diagrama del preamplificador

El circuito requiere una fuente de alimentación entre 9 y 15 V como ya comentamos, una tensión más alta dará lugar a un mayor nivel de amplificación. Este voltaje proporciona energía al chip U1 (LM741) y sirve para polarizar el micrófono (MIC).

La polarización del micrófono se realiza a través de R1 y R2 resistencias; se añade un condensador C3 entre los dos con el fin de estabilizar aún más la polarización (en un sentido, actúa como una pequeña batería, si la tensión de entrada experimenta ligeras fluctuaciones, C3 ofrece la energía necesaria para mantener la estabilidad), C1 y C2 realizan la misma operación, pero en este caso para la estabilización de la fuente de alimentación de U1.

Situación de componentes en la placa

La etapa de amplificación en sí se realiza por U1, un amplificador operacional. Este se configura en modo de inversión (la señal a amplificar entra a través del terminal -V) y en configuración de alimentación única.

Generalmente se realizan las etapas operativas para trabajar utilizando una doble fuente de alimentación (proporcionando tanto + Vcc y -Vcc). en cambio, en nuestro circuito U1 está conectado a + Vcc y tierra (masa o negativo). La elección de esta configuración es necesario, sin embargo, para conectar el terminal V + a una tensión que es igual a Vcc / 2 (esto se logra con el divisor de tensión formado por R3 y R4).

De esta manera el funcionamiento del circuito es similar a lo que sucede con la fuente de alimentación dual, donde se pone a tierra el terminal V+, es decir, «a medio camino» entre + Vcc y -Vcc. Hacemos esto ya que, utilizando la fuente de alimentación única, es más fácil de realizar el circuito, ya que es posible utilizar una sola batería de 9V.

Continuando con el análisis del circuito, vamos a ver C4 y C6. C4 se utiliza para bloquear la componente continua de la corriente de entrada mientras C6 se utiliza para la misma razón pero en este caso para bloquear la componente DC que iría a la carga RL (recordar mientras que en DC un condensador es equivalente a un circuito abierto ).

El circuito del preamplificador de microfono montado

Ahora vamos a analizar la etapa de amplificación. De momento nos olvidamos de C4 y C6 por un tiempo, ésta está compuesta por U1, R5, R6 y R7 resistencias (R7 es un potenciómetro de ajuste) y el condensador C5. Queremos calcular la característica de entrada / salida del circuito, la relación entre la tensión de salida (indicado por Vout; medido al terminal 6 del amplificador operacional) y la entrada (indicada por Vin; medido en la entrada de R5) .

El primer término (R6 + R7) / R5 representa la ganancia cuando la frecuencia es casi cero (recordar que adecuadamente la frecuencia cero es bloqueada por C4). Si sustituimos los valores indicados en el plan de montaje, obtendrá una amplificación de aproximadamente 480. A continuación, mediante la variación de los valores de R5, R6 y R7 es posible modificar la tasa de amplificación del circuito.

Ajuste de la ganancia

Insertamos R7 como resistencia de ajuste para permitir el ajuste de la ganancia.

Tenga en cuenta, sin embargo, que el amplificador operacional no puede proporcionar un voltaje de salida mayor que aproximadamente Vcc-1V; si se aumenta la amplificación por encima de ese umbral, el amplificador operacional ya no es capaz de seguir la salida, obteniendo así una distorsión de la señal. Para aumentar la amplificación puede aumentar el nivel de alimentación Vcc. Sin embargo, tenga en cuenta que cuando se superan los + 15V, se podría dañar el chip.

Veamos el segundo término de la función de entrada / salida: esto toma en cuenta cómo varios la ganancia del dispositivo cambia de acuerdo a la frecuencia de la señal de entrada. El término S está relacionado con la frecuencia por la relación S = 2f, donde f representa la frecuencia.

Tenga en cuenta que, en cuanto a la ganancia a frecuencias cercanas a cero, los polos y ceros dependen de los valores de R6, R7 y y C5. A continuación, mediante la variación de estos componentes también es posible variar la frecuencia de corte del filtro de paso bajo: por ejemplo, si desea aumentar el ancho de banda de una década se debe configurar 870KHz f2 = y luego calcular los valores de los parámetros en consecuencia.

Desafortunadamente, esto no es tan simple: mediante la variación de R6 y R7, también el componente de la ganancia que es independiente de los cambios de frecuencia. Por lo tanto, es necesario hacer algunos intentos para encontrar el conjunto de valores de la derecha.

Listado de componentes para el preamplificador de microfono

R1: 1 kOhm
R2: 1 kOhm
R3: 10 kOhm
R4: 10 kOhm
R5: 1 kOhm
R6: 10 kOhm
R7: 470 kOhm preajuste 
R8: 1 Ohm
C1: 100 nF 
C2: 100 mF 25VL 
C3: 100 mF 25VL 
C4: 220 nF 
C5: 3,9 pF 
C6: 220 nF 
D1: 1N4007
U1: LM741
MIC: micrófono

El amplificador de micrófono se puede aquirir en forma de kit OnLine en open-electronics.