¿Aumentar la ganancia del amplificador de micrófono electret alimentado por radio de avión?

Amplificador de electreto LTSPICEEstoy tratando de construir un amplificador para permitir que un micrófono boom electret barato se use con una radio de avión, pero no estoy seguro de cómo aumentar la ganancia a un nivel utilizable.

Derivé el diseño adjunto de probar experimentalmente este circuito para hacer que un micrófono electret simule un micrófono de carbón y el diseño de amplificador de micrófono electret de Andy AKA , ninguno de los cuales tenía suficiente salida cuando se probó en el avión, y experimenté con cambios esquemáticos y valores de componentes en LTSPICE.

El diseño adjunto funciona aunque la salida es más baja que la requerida cuando se usa una voz normal, pero cuando se habla muy alto, el nivel de salida coincide con el nivel de salida de los auriculares de aviación disponibles en el mercado y la señal sigue siendo muy clara e inteligible. Esto me dice que este amplificador puede controlar fácilmente la entrada de la radio de la aeronave, pero carece de suficiente ganancia para ser controlado por este micrófono.

Mi intento anterior usó un solo 2N3904 (hFE medido = 110) y tenía el mismo problema de bajo rendimiento. Reemplazar el 2N3904 con un darlington MPSA13 (hFE = 5000) no tuvo un efecto notable en la ganancia del amplificador. No sé lo suficiente sobre estas cosas para entender por qué. ¿Cómo puedo aumentar la ganancia del amplificador sin agregar otra etapa de transistor antes del MPSA13? El costo no es un factor, pero la cantidad de componentes sí lo es, ya que este amplificador deberá hacerse mucho más pequeño, y parece absurdo requerir otra etapa cuando la ganancia del MPSA13 ya es tan alta. ¿Qué me estoy perdiendo?

No tengo acceso a un osciloscopio para medir los niveles de señal reales y solo puedo probar cada diseño en el avión, por lo que hay muchas conjeturas involucradas. Cualquier ayuda será apreciada.

@Olin Lathrop: simulé el diseño de su amplificador en LTSPICE (ver imagen)Amplificador sugerido por Olin Lathrop

Reemplazo del 2N3904 con un MPSA13 Esto se debe a que hFE es la ganancia actual que casi no tiene influencia en la pequeña ganancia de señal de un transistor. Para comprender que debe seguir un curso sobre análisis de circuitos de transistores. Mi consejo: obtenga un micrófono/auricular/amplificador diferente porque modificar uno existente es casi imposible cuando no comprende completamente los amplificadores de transistores. Y aprender cómo funcionan le llevará aún más tiempo. La dificultad adicional en un avión son los altos niveles de ruido del motor, probablemente se necesite algún tipo de AGC.
Gracias por señalar que hFE tiene poca influencia en la ganancia de señal pequeña, eso explica por qué el MPSA13 no ayudó. Estoy atascado con el micrófono y la radio, por lo que modificar el diseño del amplificador es mi única opción. El nivel de ruido es realmente bajo porque es un avión a reacción, por lo que no se necesita AGC, y el micrófono es del tipo de cancelación de ruido de puerto dual.
El tamaño pequeño no requiere componentes discretos (transistores individuales). Los amplificadores integrados están disponibles en paquetes más pequeños que un solo 2N3904. Tienes dos cosas que debes hacer. Uno es para amplificar el micrófono y el otro es para impulsar la entrada de micrófono de baja impedancia de la radio. Creo que tus problemas están en la sección del amplificador. Se puede hacer un preamplificador de micrófono opamp simple para proporcionar suficiente ganancia y una alta impedancia de entrada. Eso puede impulsar otro amplificador con una baja impedancia de salida.
Gracias JRE, sin embargo, el problema es que la radio del avión está diseñada para suministrar solo una corriente muy pequeña (¿quizás 0,5 mA?) Para alimentar el amplificador FET en un micrófono electret, y una batería separada para alimentar el amplificador no es una opción. El amplificador debe simular un micrófono de carbono, ya que es la entrada de radio estándar de los aviones (¡incluso en 2018!). Se ha demostrado que el diseño adjunto hace esto, pero carece de ganancia. Mi problema es cómo aumentar la ganancia.
Un mejor amplificador no necesita usar más potencia. Las probabilidades son muy buenas de que un preamplificador opamp use menos corriente que su amplificador de transistor único.
¿Alimentar el opamp desde Vout (ver esquema) causará algún problema? Este no será un voltaje de CC constante, la entrada de radio cree que está aplicando CC a un micrófono de carbono de resistencia variable...
¿Por qué sería un problema? Está alimentando su amplificador de transistores de la misma manera.
No estoy seguro de por qué ... en el amplificador de transistor, el transistor está destinado a comportarse como una resistencia variable con una función razonablemente lineal de la señal del micrófono ... la mayoría de los amplificadores operacionales no se enojan cuando no tienen un voltaje de suministro de CC constante?

Respuestas (1)

Aquí hay algo para probar:

Este circuito cargará Vout con una corriente proporcional al sonido del micrófono. No está totalmente claro a partir de su descripción qué es lo que quiere la entrada al sistema existente, por lo que es posible que esto no funcione. Esto supone que el sistema existente enciende Vout y reacciona a la señal actual extraída de él.

R5 y C1 filtran la CA del voltaje de entrada para generar un voltaje de CC promedio razonablemente estable. Luego, este voltaje se usa para hacer funcionar el micrófono electret, siendo R6 la carga. Luego, la señal del micrófono se acopla en CA a través de C2 en la sección del amplificador.

El amplificador es similar al que ya tiene, pero con una ganancia y un punto de funcionamiento más predecibles. El emisor de Q2 debe mantenerse alrededor de 4 V cuando no hay sonido. Vout menos estos 4 V provoca una corriente a través de R1, que es la señal de salida. Esa corriente será perturbada por la señal del micrófono.

R3 y R4 polarizan la etapa del amplificador al proporcionar retroalimentación de CC. Esta retroalimentación de CC tiene una impedancia lo suficientemente alta como para que pueda ser perturbada por la señal del micrófono.

No está claro cuánto cambio de corriente espera el sistema existente para una amplitud normal. Solo tendrás que experimentar. Esperemos que este circuito proporcione suficiente o demasiada ganancia. Para reducir la ganancia, aumente R2.

R1 debería ser una resistencia de "½ W" si mantiene el valor actual. Nuevamente, no está claro qué rango actual espera el sistema existente.

Gracias Olin. Lo intentaré, pero primero tendré que obtener algunos 2N4403 o similares, todo lo que tengo disponible en este momento es 2N3904 y MPSA13 (lo sé, lo sé, gran basura). La entrada de radio espera una señal de entrada de alrededor de 0.5-1V de un micrófono de carbono de alrededor de 150 ohmios... estas son especificaciones muy aproximadas ya que el 'estándar' actual se remonta a los bombarderos de la Segunda Guerra Mundial. Creo que la resistencia R1 de 200 ohmios podría limitar demasiado esta corriente.
@Adam: Prácticamente cualquier NPN y PNP de gelatina funcionarán para Q1 y Q2, respectivamente. Si no recuerdo mal, un 2N3904 es un NPN y, por lo tanto, debería funcionar para Q1. Tal vez la radio quiera ver una carga de impedancia más baja, pero es más seguro comenzar con una impedancia más alta. Hay algunas buenas razones para no consumir demasiada corriente. Si los 200 ohmios funcionan, me quedo con él. Ciertamente intente eso primero.
¿Su amplificador sugerido tendrá una ganancia significativamente mayor que el diseño que adjunté? Sin duda, es un mejor diseño, pero solo como una cuestión práctica (piezas disponibles frente a pedidos por correo), como una solución a corto plazo, estoy buscando formas de aumentar la ganancia general de mi amplificador (preferiblemente sin agregar una etapa de ganancia) ya que ya se ha demostrado que conduzca la entrada de radio adecuadamente cuando use una voz lo suficientemente alta en el micrófono.
@Adam: No está claro cuál es realmente la ganancia de su diseño existente.
Simulé el diseño de su amplificador en LTSPICE (ver imagen) y encontré que la salida era muy baja, muy por debajo de los 0.5-1.0V pp esperados por la radio del avión. Intenté quitar la resistencia 10R y/o disminuir la resistencia 200R a 20R y ambos aumentaron la salida a alrededor de 1V pp, pero la ganancia es casi la misma que la del amplificador que publiqué primero y los otros dos diseños a los que se hace referencia en mi publicación original. Todavía necesito encontrar una manera de aumentar la ganancia general entre 5 y 10 veces para acomodar la baja salida del micrófono (estoy simulando 10 mV pero creo que podría estar más cerca de 1 mV en la práctica).
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