PREAMPLIFICADOR PARA CÁPSULAS ELECTRET
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INTRODUCCIÓN
Este preamplificador está preparado para ser usado con cápsulas electret modificadas, aunque se puede usar con cápsulas sin modificar, y también puede sustituir la circuitería interna del ECM8000 de Behringher. |
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Una cápsula condensador-electret consiste en un micrófono de condensador y un transistor Jfet. Uno de los bornes del condensador está conectado a tierra y el otro a la puerta del Jfet. La fuente del Jfet está conectada a tierra. De esta manera, en reposo, el Jfet se autopolariza.y las leves variaciones de tensión que produce el micrófono varían la corriente de polarización del Jfet. Estas variaciones son convertidas a tensión posteriormente mediante la resistencia de carga. |
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Esta configuración tiene un problema básico. La distorsión que crea el Jfet, ya que actúa como una etapa clase A sin realimentación de ningún tipo. Es por ello que limita la correcta operación del micrófono.
La modificación consiste en operar en drenador común (seguidor de fuente) en vez de amplificador de voltaje (fuente común, eltapa clase A), evitando su distorsión. La modificación consiste en cortar una de las pistas que lleva la propia cápsula para unir la fuente del transistor con la tierra. Luego este pin se conecta a una fuente de corriente (hará que la tensión VGD en el Jfet sea constante y así se minimice su distorsión), y la salida se toma de este mismo punto.
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TOPOLOGÍA.
Partiendo de un sistema que funcionaba de manera más que aceptable (el preamp del ECM800 de Behringer), se trató de optimizar para un mejor funcionamiento y un menor coste.
En un simple análisis del preamp para ECM8000 se observa que el componente que más encarece el producto son los transformadores de señal. El primero cuesta alrededor de 15€, mientras que el de fin de línea cuesta 3€. El problema de eliminar el segundo de los transformadores es que SNR empeora a una cifra entre -60dB y –40dB. Y en el caso del primero, es peor ya que el ruido posteriormente es amplificado. |
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Una alternativa al segundo transformador es usar un circuito integrado de Burr-Brown específico para estos fines. Se trata de los OPA134 o OPA137, son receptores diferenciales de línea. Sin embargo, su coste es el mismo que el del trafo empleado y no separa las tierras. También hay que llevar un cable para alimentarlo, lo que hace que no sea más barato sino lo contrario. |
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La única opción para poder eliminar el primer transformador es que la distancia entre la cápsula y el preamplificador sea ínfima. Esto tiene los inconvenientes obvios. Sólo es una opción viable si se consigue introducir el circuito en el cuerpo de un micrófono, por lo que debe tener unas dimesiones muy reducidas.
La opción son los componentes SMD, y el resultado es que el circuito ocupa 15 x 37mm, aproximadamente como medio dedo pulgar.
El circuito empleado es el mismo que en la primera versión, pero esta vez los drivers de salida si tienen ganancia en voltaje. Recordemos que la cápsula modificada tiene una sensibilidad mucho menor ya que hemos anulado su amplificación. Por lo que ya no será suficiente con +40dB,
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La etapa consiste en una fuente de corriente Jfet autopolarizada, que envía 0,5mA a la cápsula (es su consumo habitual). Desde la fuente del Jfet, la señal se acopla con un condensador cerámico de media K (X7R) a la entrada del primer amplificador. El punto de corte son 16Hz.
En todo caso, el condensador va encapsulado en formato 1206 y se puede soldar otro encima, para que así el punto de corte sean 8 Hz. El primer amplificador amplifica entre 20 y 40dB( dependiendo del uso) y de su salida la señal llega los drivers de salida, que en este circuito si tienen ganancia, 20dB en concreto. |
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Las necesidades de miniaturización hacen obligado el uso de SMDs. De buffer de salida empleamos un NE5532D, versión SMD del NE5532 habitual, en encapsulado SOL-16 no estándar, y que permite la disipación de 1200mW, lo que es necesario ya que las exigencias de la carga son así de estrictas.(600Ohm, 9Vp)
Como primer amplificador se puede emplea el OP37GS, versión SMD del OP37, superando en prestaciones al otro posible candidato (más económico pero inviable), el NE5534D. El OP37GS permite un margen menor de ruido y un menor offset de DC, pero es 4€ más caro. Las restricciones de ruido son estrictas, pero la diferencia es permisible por ese precio. |
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En cambio, las restricciones de operación en DC hacen que no sea posible utilizarlo.
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OP37GS
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NE5534D
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unidad
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Vio
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55
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500
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µV
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Iib
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20
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400
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nA
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Los cálculos del offset en el peor caso con parámeotros normales son
Vio: (0.000055*100+0.005)*10 = 0.06V
Iib: (0.00000002*100000*100+0.0000004*2200)*10 = 0.2088V
= 0,2688V en el OP37 al final de la cadena
Vio: (0.0005*100+0.005)*10 = 0.505V
Iib: (0.0000004*100000*100+0.0000004*2200)*10 = 4.0088V
= 4,5138V con el NE5534 al final de la cadena.
Desde luego esto limita de manera muy estricta el voltage empleado, por lo que se desestima el uso del NE5534D y se impone el uso del OP37GS.
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ESPECIFICACIONES
- Ganancia: 40dB. (incluyendo trafo salida 1:10 ~ -20dB)
- Ancho de banda: 16-100kHz (limitado por el transformador, 16Hz - 670kHz teórico)
- Distorsión armónica ~0.1% (limitado por el transformador, 0,03% teórico)
- Relación señal ruido (SNR)
- Electrónica: -105dB(media): Mínmo -100dB, máximo 115dB
- Montaje completo (con cables de 8 metros) : -85dB
- Alimentación: Fuente simétrica ±5 ~ ±9V
- Consumo de corriente:
- Reposo 12.5 mA
- Máxima señal de salida: 40mA
- Voltaje de pico de salida: Vcc/11 (siendo Vcc el voltaje de alimentación)
Si se desea emplear un voltaje mayor de ±9V, es posible utilizarlo hasta ±15V, pero es necesario utilizar una resistencia de 22k Ohm en serie con la alimentación +Vcc que llega al micrófono, para limitar el voltaje que llega al Jfet de la cápsula.
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PCBs
Se ofrecen las máscaras de las PCBs para construir este preamplificador de uso personal y no lucrativo.
Las máscaras de PCBs del preamplificador se puede descargar aqui, en formato PDF.
- La primera página es la capa superior
- La segunda capa es la capa inferior
- La tercera página es la capa de componentes superior (silkscreen)
- La cuarta es la capa de componentes inferior (silkscreen)
- Las siguientes son para soldaduras y taladros.
Están a escala 1:1.
Para descargar la lista de componentes en formato .XLS(excel) pulse aqui. Para obtenerla en modo texto, pulse aqui. Es conveniente tener las dos.
Es posible adquirir las PCBs, el kit, o el montaje completo. Para más información, enviar un email a consultas
Los derechos de explotación pertenecen exclusivamente a che.es |
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NOTAS SOBRE EL MONTAJE
Para ahorrar espacio, C7 Y C8 van montados encima de las resistencias con las que van en paralelo.
Se debe comenzar por estañar las pistas que queden debajo de los ICs o resistencais/condensadores. Se debe empezar a soldar por lo más pequeño (resistencias y condensadores, luego los ICs, luego los condensadores electrolíticos y finalmente, los cables.
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MODIFICACIÓN DE LA CÁPSULA
La modificación consiste en cortar una de las pistas del micrófono. Se puede hacer con un cutter, pero es necesario decir que no es fácil.
Primero es conveniente eliminar la gota de estaño del terminal a modificar, facilitará el corte.
El gran problema es que la cápsula es de aluminio y las soldaduras no se agarran a ella. |
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El corte de la pista debe tener la forma indicada en la foto. La base es de baquelita, por lo que se corta bien, aunque el problema son las
No conviene cortarla por el extremo "fácil" porque el área que queda luego es muy pequeña y la soldadura no tiene suficiente fuerza. Si no se hace bien, no pasa nada, se puede conectar el cable a la cápsula de aluminio, pero no se puede soldar, debe ir bien asegurado de manera mecánica. |
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ADAPTACIÓN PARA CASOS ESPECIALES.
Cápsula electret sin modificar.
La entrada del circuito está acoplada mediante un condensador cerámico de media K, y 50V, por lo que es perfectamente posible emplear cápsulas no modificadas añadiendo un simple componente al circuto: una resistencia de entre 1K y 4k7. El valor dependerá de la cápsula empleada.
Es necesario recordar que la fuente de corriente sigue funcionando, y cabe la opción de desactivarla o dejarla funcionando, pero en ese caso tendremos un offset de DC producido por la corriente al pasar a través de la resistencia, y su componente de ruido, por lo que es mejor eliminarla. Para esto hay que desoldar una resistencia, se hace poniéndo encima el soldador, procurando que toque en los dos extremos, luego se arrastra. |
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Y hay que añadir una resistencia de carga, que va entre la entrada y Vcc. por lo demás, no cambia nada. |
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Por último, hay que señalar que R5 debe ser menor de 10kOhm. R5 marca la ganancia, y debemos reducirla a 1k.
Sustitución del circuito del ECM8000
El ECM8000 utiliza una cápsula electret como las que nosotros empleamos. Como características, una regulación Zener de voltaje, y un seguidor de tensión con un transistor PNP de señal en colector común, un 2SC945, que carga con el trafo a través de un electrolítico. Nada especial, y digamos que sin una excesiva calidad.
En el foro se planteó la posibilidad de sustituir el circuito por algo mejor reciclando las partes existentes. Ninguna merece la pena que sea reciclada a excepción del transformador de señal, el chasis y la cápsula. El valor del resto no llega a 1€. |
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Según parece, no es posible sacar la cápsula, por lo que deberemos usarla como cápsula electret sin modificar. El planteamiento es conectarla como cápsula no modificada, y dejar el propio circuito en su interior, ya que cabe holgadamente. La ganancia de éste circuito también debe reducirse disminuyendo el valor de R5, de 10k Ohm a 1k.
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