Preamplificatore microfonico ad alta sensibilità per riprese ambientali

I microfoni per riprese ambientali, come quelli impiegati nel settore video, possono produrre segnali dell’ordine di poche decine di μV. Proprio per via della loro modesta ampiezza, quando è necessario acquisire questi segnali attraverso un registratore od un’interfaccia audio per PC, è necessario impiegare un preamplificatore ad alta sensibilità, il cui compito è quello di amplificare opportunamente il segnale microfonico ad un livello compatibile con l’ingresso di linea del registratore o della scheda audio.

1. Il progetto

Il circuito fa uso di un doppio amplificatore operazionale NE5532 impiegato in configurazione non-invertente con alimentazione singola di 9÷15 V. La risposta in frequenza è costante in banda audio, ed il guadagno può essere regolato fino a 80 dB.

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Fig. 1 – Schema del preamplificatore microfonico

La distorsione del circuito è praticamente trascurabile (inferiore a 0,01%) e l’impedenza d’ingresso è sui 10 kΩ, adatta alla maggior parte dei microfoni. Il potenziometro P1 permette di regolare il volume e pertanto è di tipo logaritmico. Il condensatore C3, di tipo ceramico (per assicurare una bassa reattanza alle alte frequenze), svolge la funzione di by-pass dell’alimentazione e va pertanto montato nelle immediate vicinanze dell’amplificatore operazionale.

2. Montaggio

Il circuito può essere realizzato in una scheda a singola faccia. Il tutto va collocato in un mobile metallico per garantire la schermatura dai disturbi esterni. Data l’elevata amplificazione (80 dB), per evitare autoscillazioni è importante che i cavi di ingresso ed uscita siano schermati e lontani tra loro, in modo che non possano disturbarsi reciprocamente generando un feedback positivo.

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Fig. 2 – Disposizione dei componenti sulla scheda

Dato il basso assorbimento del circuito, è possibile alimentare il preamplificatore con una pila da 9 V o un alimentatore stabilizzato esterno da 9÷15 V. Il master e lo schema di montaggio sono presenti fine pagina.

Il contenitore impiegato dispone di due guide laterali a 60 mm di distanza dove è stata inserita la scheda. È possibile impiegare alcuni pezzi di gommapiuma per immobilizzare la batteria ed il circuito all’interno del mobile, e della colla termica per assicurare i cavi alla scheda ed evitare che possano staccarsi con l’usura.

Durante il montaggio è importante evitare ground-loop. A tale scopo può essere utile usare un connettore isolato per il segnale in uscita o in ingresso (ma non entrambi). È anche consigliabile impiegare un potenziometro stagno con corpo in plastica, sia per evitare il depositarsi di polvere che per ridurre le capacità parassite col mobile.

Commenti

41 risposte

  1. Avatar calamai roberto
    calamai roberto

    interessante schema , ma vorrei modificarlo per linee microfoniche bilanciate, avete qualche idea?

    Rispondi
  2. Avatar Antonio67
    Antonio67

    Salve , ottimo progetto. Volendo implementare la regolazione del gain , quali modifiche dovrei attuare?

    un altra cosa , nell’ articolo dice che il master lato rame e’ presente come pdf scaricabile , ma io non lo trovo.

    Rispondi
  3. Avatar Gennaro
    Gennaro

    Ciao Niki,

    volevo utilizzare questo pre per usarlo come stadio intermedio (come un gain) tra chitarra e amplificatore. Mi suggerisci qualche modifica o va bene cosi com’e’?

    Grazie

    Gennaro

    Rispondi
    1. Avatar bsproj
      bsproj

      Salve Gennaro,
      il circuito non è stato testato per quest’applicazione. Proverei a realizzarlo così com’è per poi valutare se siano necessarie eventuali modifiche.

  4. Avatar sapiddu!
    sapiddu!

    Salve!
    Ho apportato le seguenti modifiche al circuito:
    – operazionale usato: TL082
    – elettrolitici C1,C4,C7 pari a 10 microfarad
    – alimentazione della capsula internamente al circuito, con collegamento di R1 (scelta pari a 4,7 kOhm) all’alimentazione (batteria da 9 V) e non più a massa.
    Ho notato nei vari commenti che tali modifiche al circuito sono lecite e non dovrebbero dare problemi rilevanti.
    Ho quindi realizzato il nuovo circuito su breadboard per un test con una capsula a elettrete ricavata da un vecchio microfono per PC e ho osservato due problemi: elevato rumore di fondo (soprattutto ad alti volumi) e notevole distorsione del segnale.
    Mi chiedevo se ciò sia dovuto al fatto che le modifiche di cui sopra richiedano alcuni particolari accorgimenti (valore di R1 errato? valore degli elettrolitici non adatto al TL082? errore nell’alimentazione interna della capsula?) oppure al montaggio su breadboard.
    Cosa consigli?

    Rispondi
    1. Avatar bsproj
      bsproj

      Salve,
      le modifiche apportate sono corrette. Il circuito impiega complessivamente quattro condensatori di accoppiamento tra gli stadi (C1, C4, C5, C7) da 6,8-10 µF e due condensatori sulla rete di retroazione (C2, C6) da circa 220 µF. Tutti questi condensatori sono indispensabili per la corretta polarizzazione degli stadi, per cui il problema della distorsione potrebbe essere legato ad uno di questi componenti.
      Inoltre, il rumore del circuito può essere ridotto impiegando un NE5532 invece del TL082 e scalando il partitore di retroazione (R5+R4 e R9+R8), ad esempio con:
      R6 = R9 = 10 kΩ
      R4 = R8 = 100 Ω
      C2 = C6 = 1500 µF
      Sempre per quanto riguarda il rumore, è fondamentale alimentare il circuito con una batteria o con un alimentatore stabilizzato di buona qualità.
      Prima di fare queste modifiche, però, suggerisco di provare a sostituire la capsula microfonica, perché [b]è molto probabile[/b] che enteambi i problemi riscontrati siano legati a quest’ultima.

      NT

    2. Avatar sapiddu!
      sapiddu!

      Grazie per le dritte e per la disponibilità.
      Farò varie prove seguendo i tuoi consigli e ti aggiornerò al più presto.
      Complimenti inoltre per i vari progetti e per i contenuti del sito, davvero notevole.
      A presto
      SFG

  5. Avatar Roberto
    Roberto

    Ti ringrazio in anticipo per il progetto.
    Ho guardato e riguardato ma non trovo dettagli sul C8, il condensatore sull’alimentazioe dell’integrato.

    Su altri progetti in rete che usano lo l’NE5532 mettono in parallelo un elettrolitico con un ceramico rispettivamente da 10 micro e 100 nano.

    Tu cosa consigli?
    A presto,

    Roberto

    Rispondi
    1. Avatar bsproj
      bsproj

      Salve Roberto,
      in effetti c’è una svista sulla numerazione del condensatore di bypass, che è indicato con C3 sullo schema elettrico e con C8 sul layout della scheda. Si tratta di un condensatore ceramico da 100 nF, che va montato quanto più vicino possibile ai morsetti di alimentazione dell’op-amp.

      Alimentando il circuito a batteria, non è necessario aggiungere un elettrolitico. Anzi, pure essendo una pratica diffusa, connettere in parallelo ceramici ed elettrolitici può essere causa di instabilità. Per questo motivo, quando possibile è bene ricorrere ad un solo condensatore. Mi pare di ricordare che un’interessante trattazione dell’argomento sia disponibile nel capitolo 8 di [i]Photodiode amplifiers[/i] di J. Graeme.

      Saluti,
      NT

  6. Avatar enzo
    enzo

    salve nel ringraziarti del tuo schema che ho realizzato e funziona, solo che il pdf lato rame e sbagliato non si trova con il pdf lato componenti che è quello giusto, volevo chiederti come mai e dove ho sbagliato visto che usando un mic. dinamico ho un fastidioso rumore di fondo e il solo contatto con la mano aumenta questo rumore di fondo ?
    chiedo scusa anticiapamente per la mia ignoranza

    Rispondi
    1. Avatar bsproj
      bsproj

      Grazie per la segnalazione. Ora il PDF è corretto.
      La causa del rumore di fondo non è facile da individuare senza circuito sotto mano, ma per il momento sarei orientato a pensare che dipenda da un’inadeguata schermatura (specialmente se il rumore è un ronzio, e non un fruscio). In tal caso, si dovrebbe risolvere usando un box metallico e cavi schermati per i collegamenti di segnale.

  7. Avatar Michele
    Michele

    ciao, io avrei bisogno di collegare al line-in di un pc che deve restare acceso per un mese in una istallazione due microfoni ad una distanza di uno dall’altro di circa 6m. Ho pensato di alimentare il tutto o con i 5v dell’usb e con 12v presi direttamente dall’alimentatore pc (ma questo non è fondamentale).
    Ho pensato ad un paio lm4562 che dovrei avere da qualche parte.
    Che mi consigli?

    Rispondi
    1. Avatar bsproj
      bsproj

      Salve Michele,
      se impiega operazionali di qualità (con PSRR abbastanza alto), non dovrebbero esserci problemi ad alimentare il circuito con l’alimentatore del PC. Probabilmente, sarà necessario inserire una rete RC o LC per ridurre il rumore sull’alimentazione, dal momento che potrebbe essere amplificato dal partitore sull’ingresso. C’è da assicurarsi, infine, che la tensione d’alimentazione rientri nel range indicato nel datasheet dell’operazionale.

      Ciao,
      Niki

    2. Avatar Michele
      Michele

      ciao Niki,
      le mie preoccupazioni erano dirette sulla schermatura dei microfoni e cavi.
      Una richiesta puoi inviarmi i file .sch e .brd eagle?

  8. Avatar bsproj
    bsproj

    In primo luogo, grazie per la segnalazione relativa all’errore del PDF, che correggerò non appena possibile. Per quanto riguarda l’uso del circuito con una capsula piezoelettrica, credo che sia necessario elevare l’impedenza d’ingresso del circuito a qualche megaohm (si potrebbe provare con R1 = 2,2 MΩ; R2 = R3 = 4,7 MΩ; C1 = 150 nF). In questo caso, potrebbe essere utile impiegare un operazionale con una moderata corrente di polarizzazione (ad esempio uno con ingresso BiFET come il TL082).
    Nel caso del microfono ad elettrete, invece, mi assicurerei che l’alimentazione supplementare del microfono sia fornita correttamente attraverso un resistore di valore opportuno; per fare ciò, adatterei il circuito collegando R1 all’alimentazione positiva (anziché a massa) e sceglierei per essa un valore di alcuni kΩ (ad esempio, 4,7 kΩ o meno, anziché 12 kΩ).
    Infine, la soluzione più semplice per limitare il volume, potrebbe essere quella di inserire in serie all’uscita del circuito un resistore da circa 4,7 kΩ, quindi collegare tra uscita e massa una coppia 1N4148 in anti-parallelo (o due Zener da pochi volt in antiserie) come meglio indicato qui:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Clipper_%28electronics%29
    (attenzione, l’immagine linkata indica solo gli Zener collegati in [i]anti-serie[/i]; se si usano gli 1N4148, bisogna ricordarsi a collegarli in [i]anti-parallelo[/i])
    Questo permette di limitare l’escursione del segnale d’uscita a circa ±0,5-0,6 V se si usano gli 1N4148.

    Niki

    Rispondi
    1. Avatar fabrizio
      fabrizio

      grazie mille non mi aspettavo una descrizione cosi precisa e dettagliata dato che non sono preparato in elettronica mi hai dato un grande aiuto .Approfitto ancora per chiedere (se non esagero) se l’uscita puo’ essere collegata direttamente in cuffia o serve modificare qualcosa .Grazie ancora del tuo aiuto

      Fabrizio

    2. Avatar bsproj
      bsproj

      Per ascoltare direttamente in cuffia è necessario impiegare un opamp con alta corrente d’uscita, come l’OPA2134, e portare C7 ad almeno 220 µF. Potrebbe essere utile inserire un resistore da una decina d’ohm in serie all’uscita al fine di alleggerire il carico all’opamp.

      Niki

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