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PAUL's BASICS: 麥克風放大器

No.40   1996 May.   p74~76,   by 林茂榮 BV5OC



    上線 QSO 碰到聲音品質特別棒的電台時,通常我會急著問他的工作條件,尤其是使用的麥克風牌子。當然麥克風是可以左右聲音品質的,但是並非唯一條件,我就發現過,凡使用方型定向天線 (QUAD BEAM) 者,聲音都特別結實,這想必是射頻功率與聲頻功率在訊號裡分配得當的緣故。

    在有線電話機發展初期,像是西方電器與貝爾電話公司的實驗室,都會大規模地研究如何可以很有效率地利用電話線,把說話聲音傳得最遠。根據對人類語音的研究結果,就算是把頻率限制在 500Hz 到 2500Hz 之間,也可以清晰地利用語音傳遞訊息。

    而從一些研究當中我們發現到,人類耳朵對聲音頻率的靈敏度並不平坦,最大靈敏度是集中在 1~2KHz 之間,因此得到了一個結論,為了能在有雜訊的環境中,可以得到最高的訊號 / 雜訊比 (Signal/Noise Ratio),電話線路必須有預強調處理,以配合耳朵對聲頻的反應。

    此處的麥克風放大器線路,也是根據這些理論的基礎,符合了預強調的曲線。參看圖 1 是理想的電話線路頻率響應,像這樣的頻率響應,對單邊帶訊號而言,也可以提供極佳的語音效果。

Fig 01
圖 1:高頻通訊用的理想麥克風頻率響應曲線。



線路說明

300Hz -6dB
500Hz -3dB
1KHz 0dB
2.4KHz -3dB
3.1KHz -6dB
表 1:麥克風放大器的頻率響應。

    圖 2 是此麥克風放大器線路,U1 是單電源供電的運算放大器 LM324,此 IC 已內含頻率補償線路。跨在電源與接地之間的 2.2uF 電容是線路最常見的,除了可以在電源開關動作中去除雜音之外,也可以對直流電源做濾波的功用。電阻分壓線路 R3/R4 是要提供麥克風所需的直流偏壓,由 R5 接過去。麥克風的輸出直接供給 U1A 的輸入,U1A 是一低通濾波器線路。輸出之後,C3 及 R9 是一高通 RC 濾波器。這訊號經由一運算放大器做緩衝,而且可以從 R11 來調整增益,範圍在 0~6dB 之間。最後再由 C4 耦合輸出,此處的阻抗很低,負載在 600 歐姆以上,都不會影響到輸出的頻率響應。

    此線路的頻率特性如表 1 所示。實際的反應曲線如圖 3。


Fig 03
圖 3:麥克風放大線路的 Pspice 分析結果。
Fig 04
圖 4:為了加強低音效果,C3 並聯了一電容,從曲線可以看出來加重了低音部份。

製作

    只要對電子有興趣,且有製作經驗的人,從舊零件箱就可能有辨法備齊本線路所有零件。線路可以裝組在萬用板上,麥克風最好找有鐵盤為底座的,使用時比較穩固。麥克風有各種不同規格,但是這裡我們要的僅僅是麥克風座,因此選購時,可以注意機械結構。

    麥克風座上需要有 PTT (Push To Talk) 開關,如果收發機的麥克風插座無直流電源的話,麥克風底座還要可以藏一只 006P/9V 電池。其餘的裝線細節可能因為不同的麥克風座而有差別。


討論

    此麥克風在使用時,整個線路的耗電流量約 10 毫安培左右,若使用 006P/9V 鹼性電池供電,應有好幾個月的平均壽命。要是嫌麻煩的話,有許多收發機的麥克風插座上,都附有直流電源輸出腳可用,通常收發機可供接麥克風的插座不只一處,有時只有其中一個插座上有直流電源接腳可取用,不妨查一下收發機說明書。

    操作收發機時,若使用手持麥克風,說話時離嘴巴的距離以 5 公分左右最佳。但是使用桌上型麥克風,因為考慮操作上的姿態與方便,離麥克風的距離最好約 8~10 公分左右為宜,可以調整增益來配合,請參看收發機的話務操作說明,配合使用。

    通常高頻通訊用無線電收發機線路,都會對聲頻訊號做預處理,以加強高音部份,參看圖 3 是利用 Pspice 分析此麥克風放大器線路的結果。

    但有人可能會想要加強低音部份,那麼你可以在線路的 C3 上並聯一只 0.05uF 的電容,這樣,-3dB 點的頻率可以降到 300Hz,而加重低音部份,參看圖 4,它的分析式參看表 2。但是要記得,在通訊線路上,為了聲音訊號能利用高頻的單邊帶有效地傳遞,在 300Hz-1KHz 之間,要有最強的訊號。而一般在單邊帶通訊機上,不論麥克風的頻率感度如何,音頻的高端截止頻率約在 2400Hz 左右,在此線路上,為了可以保持有比較高的傳真度,我就從 2400Hz 開始衰減頻率響應 (-3dB)。

    我使用過這麥克風已經有一段時間了,上線時,配合 IC-735 收發機及使用方型天線,常聽對方報告有很棒的聲音 (good audio quality)。雖然收發機上有各種不同名稱的聲音預處理線路,但是如果麥克風的特性先天不良,那麼這些預處理線路恐怕也很難有好的效果吧! END



  MIC AMPLIFIER ANALYZER
  VCC          9 0 9V
  R3 9 11 1K
  R4 11 0 680
  R5 11 1 1K
  VIN            1 0 AC 10MV
  R1 1 2 6.8K
  R2 2 3 6.8K
  C2 3 0 0.01U
  C1 2 5 0.01U
  X1 3 4 9 0 5 LM324
  R6 5 4 27K
  R7 4 0 47K
  C3 5 6 0.1U
  R8 9 6 6.8K
  R9 6 0 3.3K
  X2 6 7 9 0 8 LM324
  R10           7 0 47K
  R11           8 7 47K
  C4 8 10 2.2U
  RO             10 0 600
  *--------------------------------------
  *connections:   non-inverting input
  *               | inverting input
  *               | | positive power supply
  *               | | | negative power supply
  *               | | | | output
  *               | | | | |
  .subckt LM324   1 2 3 4 5
  *
  C1 11 12 2.887E-12
  C2 6  7  30.00E-12
  dc 5 53 dx
  de 54   5 dx
  dlp             90 91 dx
  dln 92 90 dx
  dp 4   3 dx
  egnd 99    0 poly(2) (3,0) (4,0) 0 .5 .5
  fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 21.22E6 -20E6 20E6 20E6 -20E6
  ga6   0 11 12 188.5E-6
  gcm           0   6 10 99 59.61E-9
  iee3 10 dc 15.09E-6
  hlim           90   O vlim 1K
  q1 11    2 13 qx
  q2 12    1 14 qx
  r2 6   9 100.0E3
  rc1             4 11 5.305E3
  rc2             4 12 5.305E3
  re1            13 10 1.845E3
  re2             14 10 1.845E3
  ree             10 99 13.25E6
  ro1             8   5 50
  ro2            7 99 25
  rp 3   4 9.082E3
  vb 9   0 dc 0
  vc 3 53 dc 1.500
  ve 54   4 dc 0
  vlim           7   8 dc 0
  vlp91    0 dc 40
  vln 0 92 dc 40
  .model dx D(ls=800.0E-18 Rs=1)
  .model qx PNP(ls=800.0E-18 Bf=166.7)
  .ends
  .AC LIN 500 50 6K
  .PROBE v(10)
  .END

表 2:麥克風放大線路的 Pspice 分析式。



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