Источник фантомного питания с небалансным выходом

[czaerlag]

Собрав и отладив пьезо-микрофонный предусилитель с фантомным питанием, описанный [здесь], -- двигаюсь дальше.
Теперь хочется иметь возможность подключить эту конструкцию к гитарному комбику. Для этого нужен источник фантомного питания и выход на моно-джек.
Дешёвые устройства продаются, но все они имеют балансный вход и балансный же выход. Т.е., втыкая это в комбик с помощью простого переходника XLR-Jack (где 3-й пин XLR тупо замкнут на землю), мы будем иметь все наводки по суммарной длине шнуров от гитары и до комбика, плюс пульсации от блока питания. А это нехорошо.
Стало быть, нужна некая схемка, которая по-честному инвертирует сигнал с 3-го пина и суммирует его с сигналом 2-го. Тогда шнур джек-джек можно будет сделать коротким, а шнур от гитары до ИФП -- длинным и защищённым от помех.

Методом спрашивания у Яндекса и чесания в затылке нарисовал схему.
Поскольку чайник, -- не уверен, что нарисовал что-то работающее. Прошу помощи специалистов.

 

1. Схема БП на LM317 -- в целом из даташита. В некоторых источниках встречается R1, который в даташите не упомянут, -- в разных вариантах от 10 до 50 Ом. Он тут зачем?

2. Вообще весь этот БП -- достаточно ли стабилен для фантомного питания? Фонить не будет? Или так себе? Как его сделать лучше?

3. Какой должен быть выходной ток трансформатора? Есть вариант на 70 ма -- хватит ли? И верно ли я понимаю, что чем больше ёмкость C1, тем мощнее нужен трансформатор?

4. Сигнал из XLR на XLR передаём напрямую без обработки, просто подмешиваем на вход фантомное питание. А вот если воткнуть моно-джек, тогда подключается минус питания к операционнику, который правильно обрабатывает двуполярный сигнал, вычитая входящие помехи. Правильно ли мыслю, или есть принципиальные ошибки в концепции?

5. Выбрал операционник OPA604, т.к. у него питание +48V -- не надо городить отдельный блок. Чем плоха эта микросхема?

6. Хочется сделать для операционника двухполярное питание, но не понимаю, как. Вижу единственный вариант: использовать два разных блока питания с разными трансформаторами (или один трансформатор с двумя вторичками). Есть ли способ проще? Или вообще не стоит огород городить? А если делать отдельный БП, то нужно ли его стабилизировать?

7. Кстати, схема-то вообще правильная? Кус схемы =1, верно я понимаю? Как её улучшить? Фильтрующий конденсатор между входами воткнуть? Что-нибудь ещё?

Edited July 16, 2020 by czaerlag

[Adver]

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН (Экспресс изготовление за 24 часа!)

Сборка высококачественных печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотрщик Gerber-файлов от PCBWay!

Новые услуги: 3D-печать и обработка с ЧПУ

Студенческое спонсорство

[andrusha152]

LM317 не потянет 48 вольт. Входное напряжение до 37 вольт.

[Adver]

$0 за 1-4 слойные печатные платы, полный цикл сборки печатных плат под ключ

Бесплатное ПО для анализа печатных плат NextDFM. Незаменимый помощник для разработчиков PCB!

[czaerlag]

Гуляют по сети схемы разных буржуинских устройств (я так понимаю, сделанные в металле), где на неё подают больше 60V. Говорят, работает и даже не сильно греется.
В даташите от Texas Instruments написано макс. 37V на выходе, но при этом макс. разность между входом и выходом 40V. Уж не знаю, как такое возможно... ))
И, кстати, в таблицах предельных и оптимальных значений везде речь идёт именно про разность напряжений. Цифра 37V упоминается только во вступительном абзаце -- в списке фич.

Edited July 16, 2020 by czaerlag

[Adver]

Приглашаем на вебинар «Источники питания MEAN WELL для промавтоматики и серверного оборудования в новых условиях» (02.06.2022)

Приглашаем всех желающих на вебинар, посвященный линейке продукции MEAN WELL для промышленной автоматизации и оборудования, систем охраны, серверного, телекоммуникационного оборудования и базовых станций 4G/5G. 

На вебинаре мы также рассмотрим продукцию компании MEAN WELL, которая может заменить часть источников питания от производителей, в данный момент ушедших с российского рынка, разберем, на что нужно обращать внимание при подборе той или иной замены, и какими особенностями обладает продукция MW для различных приложений. Подробнее>>

[Yurkin2015]

55 minutes ago, czaerlag said:

между входом и выходом 40V

В микросхеме LM317 внутренний транзистор между входом и выходом выдерживает напряжение 40 В. По идее разработчиков, в момент включения и подачи входного напряжения на выходе всё ещё имеется 0 В, выходные конденсаторы разряжены. Поэтому в первый момент будет приложено всё входное между вход-выход ногами. Чтобы транзистор выжил, макс. входное поэтому определяют 40 В. Для нормальной стабилизации нужен перепад вход-выход 3 В, поэтому макс. выходное = 40 - 3 = 37 В.

В Вашей схеме на ноги вход-выход LM317 вместо VD5 можно поставить мощный стабилитрон, вольт на 30-35. Тогда при включении выходной конденсатор будет быстро заряжаться через стабилитрон, при этом напряжение вход-выход не превысит макс. допустимого. Ну, и, до кучи, вместо VD6 тоже поставить стабилитрон вольт на 5 для защиты вывода Adj.

По операционнику. Ваша схема для двухполярного источника питания. Для однополярного питания схему надо немного изменить, добавить смещение на неинвертирующщий вход.

Также выключать питание ОУ таким способом - плохая идея. Земляную ногу 4 отключили, а вход остался привязан к земле, тут же все эти 48В будут растягивать опер в разные стороны с болтающейся в воздухе земляной ногой. А это нехорошо. Не надо отключать питание, пусть всегда работает.

  

Edited July 16, 2020 by Yurkin2015

[Adver]

LDD-H-DA – понижающие DC/DC LED драйверы с управлением по DALI от MEAN WELL

Представляем семейство понижающих LED драйверов постоянного тока LDD-H с диммингом по протоколу DALI. Эта серия преобразователей LDD-H-DA выпускается на стандартные значения выходного тока: 350, 700, 1050, 1400 мА, обладает широким диапазоном входного напряжения 6…50 В и работает при температуре от -40 до 85°С.

Подробнее>>

[czaerlag]

4 минуты назад, Yurkin2015 сказал:

поставить мощный стабилитрон, вольт на 30-35

Большое спасибо. За переходные процессы не дотумкал, конечно ))

Кстати, если 3V надо на стабилизацию, то 36V на трансе -- мало, нужно все 40. Там же на мосту вольта два упадёт.

А операционник, видимо, возьму всё-таки TL072 и сделаю отдельный двухполярный БП -- так вернее.

[Adver]

Материалы вебинара: Возможности компании Mornsun в меняющихся условиях рынка. Источники питания для широкого спектра приложений

На вебинаре были представлены линейка компонентов для электропитания и интерфейсные модули. Мы рассмотрели популярные группы изолированных и неизолированных (PoL) DC/DC-преобразователей последних поколений, новые компактные модульные источники питания, устанавливаемые на печатную плату (открытые и корпусированные), источники питания, монтируемые как на шасси (в кожухе и открытые), так и на DIN-рейку.

Подробнее>>

[andrusha152]

11 минут назад, czaerlag сказал:

сделаю отдельный двухполярный БП

Если трансформатор со средней точкой, как на схеме, отрицательное плечо делайте на LM337. Получится +/- 24 вольта. И для стабилизаторов нормально.

[Adver]

Выбираем специализированные источники питания MEAN WELL для промышленных устройств

К источникам питания для промышленных систем и оборудования предъявляются особые требования. Необходима долговременная работа без остановки на профилактику, снижение шумовой нагрузки на персонал и эксплуатационных расходов на обслуживание, обеспечение бесперебойной работы и надежного старта оборудования. Для решения подобных задач в номенклатуре MEAN WELL имеются ИП серии UHP с кондуктивным охлаждением и HRP/N, способные выдерживать перегрузку в 2,5 раза. 

Подробнее>>

[czaerlag]

Только что, andrusha152 сказал:

Получится +/- 24 вольта.

Да, только я не понимаю, как скрестить ежа с ужом. На вход нужно выдать фантомное питание 48V. Т.е., +24 будет на пинах 2 и 3, а -24 будет на земле.
При этом, от этого же блока запитать операционник -- как? Там на земле средняя точка же.

[Yurkin2015]

Второй мостик для +48В присоедините через конденсаторы.

[andrusha152]

А можно повышайку, типа такой. Только пересчитать номиналы на 24 вольта .

[czaerlag]

41 минуту назад, Yurkin2015 сказал:

Второй мостик для +48В присоедините через конденсаторы.

Спасибо большое, прикольный вариант.
Правда, тут нюанс. Переменные 36В, учитывая падение напряжения на диодах, -- это ровно 48В постоянных. Для стабилизатора не хватит. То есть, либо умножитель городить -- токи-то мизерные, -- либо брать трансформатор на 2x24В (других в продаже особо не вижу). И тогда придётся ставить OPA445 -- он ест до +/- 45В и всем хорош, но только стоит примерно как самолёт ))

То есть, два слаботочных транса и TL072 выйдут в итоге заметно дешевле.

Кстати, я вот думаю. А фантомное питание стабилизировать надо вообще?
Пульсации ведь всё равно потом взаимовычитаются на входе опера (или пульта). Может, нужно быть проще -- два транса, два моста, конденсаторы -- и ага?

Edited July 16, 2020 by czaerlag

[Yurkin2015]

@czaerlag Два транса несомненно лучше. В схеме с конденсаторами к электролитам будет иногда прикладываться обратное напряжение, что не есть хорошо.

Стабилизировать надо. Оно, конечно, взаимовычитается, но не идеально, останется с десяток микровольт и потом будет гудеть в колонках. Нам, аудиофилам, это совсем ни к чему! 

А по поводу, что напряжения не хватает для 48В, я бы не парился и сделал бы 45В. Думаю, никто разницу не заметит.

[czaerlag]

6 минут назад, Yurkin2015 сказал:

Думаю, никто разницу не заметит

Тоже верно ))
Большое спасибо за ответы, в целом стало понятнее.
Буду, стало быть, делать.

[Zawinul]

@czaerlag , ключевой вопрос: вы эту схему будете использовать только для работы с предом для пьезика или ещё и в качестве микрофонного преампа?

[czaerlag]

Только что, Zawinul сказал:

только для работы с предом для пьезика или ещё и в качестве микрофонного преампа?

Это должна быть функционально законченная вещь, разумеется. Всё, что может питаться от фантома, должно сюда втыкаться, в т.ч. и конденсаторные микрофоны, и любые другие устройства.

[real64]

Я себе сделал вот так. В качестве источника переменного напряжения  трансформаторный 12 В адаптер в форм-факторе вилки от роутера. 

[czaerlag]

48 минут назад, real64 сказал:

Я себе сделал вот так

Пульсации в полмилливольта на частоте 19 Гц -- это ведь перфекционизм, я не ошибаюсь?
Или реально нужно так стабилизировать? Прошу прощения за туповатый вопрос, я в самом деле не знаю!

А какой там ток получается на вторичке трансформатора?

(Схемку на всякий случай скачаем и пришьём к делу...)

Edited July 16, 2020 by czaerlag

[Zawinul]

2 часа назад, czaerlag сказал:

Всё, что может питаться от фантома, должно сюда втыкаться, в т.ч. и конденсаторные микрофоны, и любые другие устройства.

Понял. В таком случае, схему надо переделать. 22 кОм на входе - источник слишком большого шума, для микрофонного преда это совершенно не годится. Поставьте по 1...1,5 кОм. Кус, естественно, выростет, но это нормально. ОУ - никаких TL072, только малошумящие с биполярным входом. Из доступных советую NE5534.

Питание ОУ должно быть сглажено намного лучше, чем просто фильтром из одного конденсатора, как на схеме. Иначе, фона не избежать, PSRR ОУ будет недостаточно. Проще всего применить стабы 7815 и 7915.

Про организацию выпрямителей питания (фантом + двухполярное питание для ОУ) напишу позже, как нарисую схему, там всё намного проще, чем кажется.

ПС. Не пришлось рисовать, нашёл схему первоисточника. Лишнее убрать (-5 В), остальное оставить. Я бы ещё после стабилизатора 48 В добавил бы фильтр на транзисторе, он же - схема плавного пуска.

 

TrackOne_PS.pdf

Edited July 16, 2020 by Zawinul

[real64]

19 часов назад, czaerlag сказал:

Пульсации в полмилливольта на частоте 19 Гц -- это ведь перфекционизм, я не ошибаюсь?
Или реально нужно так стабилизировать? Прошу прощения за туповатый вопрос, я в самом деле не знаю!

А какой там ток получается на вторичке трансформатора?

  У меня фантомное было собрано примерно как у вас на первой схеме. Не хватало напряжения с примененного ранее трансформатора при нередких просадках сети до 190 и менее Вольт. При этом на выход пролезал фон 50 Гц. Решил переделать и переделать с двойной стабилизацией ( двух лишних транзисторов не жалко )  То что показывает 19 Гц - это глюк (фишка? ) программы. На вторичке средняя величина тока будет примерно в 5-6 раз больше тока нагрузки.

Я бы тоже не стал так отключать питание с операционника. Да и 48 В это верхний предел питающего напряжения.  

 

[Zawinul]

16.07.2020 в 15:23, czaerlag сказал:

3. Какой должен быть выходной ток трансформатора? Есть вариант на 70 ма -- хватит ли? И верно ли я понимаю, что чем больше ёмкость C1, тем мощнее нужен трансформатор?

70 мА - с головой хватит. Про связь ёмкости с мощностью - неверно. Во-первых, трансформатор не подбирается под конденсатор (таков смысл вашей фразы - "нужен трансформатор"). Во-вторых, существует только взаимосвязь ёмкости, тока нагрузки и пульсаций . Чем больше ток потребления  и/или чем большее подавление пульсаций требуется, тем больше должна быть ёмкость.

23 часа назад, czaerlag сказал:

Кстати, я вот думаю. А фантомное питание стабилизировать надо вообще?

Стабилизировать не обязательно, но желательно. А вот, фильтровать обязательно, притом, очень хорошо фильтровать. В про-аппаратуре часто встречаются даже варианты LM317 + транзисторный фильтр, т.к. в некоторых ситуациях подавление пульсаций только 317-ым будет недостаточно. Даже в дешёвом Берингере есть такое сочетание.

20 часов назад, czaerlag сказал:

Пульсации в полмилливольта на частоте 19 Гц -- это ведь перфекционизм, я не ошибаюсь?

Вроде, полмикровольта на схеме.

16.07.2020 в 15:23, czaerlag сказал:

Выбрал операционник OPA604, т.к. у него питание +48V -- не надо городить отдельный блок. Чем плоха эта микросхема?

Он JFET - для микрофонного преампа большой шум. Повторю, только ОУ с биполярным входом. Кстати, 5534 отлично работает от 36...40 В (+/-18...20 В). У меня в одной схеме работают лет 5 даже при 48 В, т.к.  там у меня иначе не получалось, поэтому я такого не советую.

Edited July 17, 2020 by Zawinul

[czaerlag]

16.07.2020 в 22:43, Zawinul сказал:

В таком случае, схему надо переделать.

За первоисточник спасибище преогромное! Track One 2058 -- вполне серьёзная машина; если у неё такой БП, то можно не умничать, а просто делать как взрослые дяди придумали (хоть там ЛМка защищена таки диодом, а не стабилитроном). А если будет плохо, сделаю как советует @real64 (тоже спасибище). Да, там именно полмикровольта -- ваще невообразимая какая-то величина, размером с наводку на ногу резистора ))

Стабы -- супер!  Всё-таки, знание элементной базы -- великая вещь!
Про ток транса понятно (я боялся, что там на старте большие токи), про ОУ с биполярным входом понятно.

Не очень понятно про Кус и шумы на резисторах -- тут, видимо, я поспешил с ответом на ключевой вопрос.

Как профессиональный микрофонный пред эта штука работать не должна. Не представляю себе профессионала, который использует для микрофона отдельный ИФП -- у него же пульт профессиональный рядом стоит, зачем ему? Воткнуть туда микрофон -- эта возможность нужна только тогда, когда под рукой нет больше ничего, куда можно воткнуть микрофон. Типа для уличного музыканта в переходе.

Гитара -- иное дело, т.к. комбик очень во многом определяет звук, и от правильного комбика гитарист отказываться не будет. Почему в комбиках до сих пор небалансные входы -- тайна сия велика есть. И фантомное питание давно бы надо туда встроить -- но нет, традиция! Будем фонять изо всех сил, но -- только моноджек, только Крона, только хардкор!

Так вот, с комбиком история в том, что у него штатный сигнал на входе -- 30-90 мВ. У моего преда на выходе около 250 мВ -- уже многовато: пульт не перегружает, а для комбика надо бы ещё снизить Кус. А если ещё ИФП что-то будет добавлять по пути -- совсем нехорошо. Т.е., нужен именно повторитель с разностным входом, а не усилитель.

И вот, вопрос. Если на входе 1.5k, то чем грозит поставить те же 1.5k на ООС (это R8, верно?)
Или, может быть, поставить туда и туда компромиссные 10k? Или 6.8k?
И чему должен быть равен номинал R9 при таких изменениях?

17.07.2020 в 17:52, real64 сказал:

То что показывает 19 Гц - это глюк (фишка? ) программы

А-аа, я думал, это специальный схемотехнический финт, чтобы пульсации под Low Cut не пролезли )))
Впрочем, вычислять частоту пульсации в 500 нВ -- если бы я был Мультисимом, у меня тоже случился бы глюк.

Edited July 18, 2020 by czaerlag

[Zawinul]

11 часов назад, czaerlag сказал:

Да, там именно полмикровольта -- ваще невообразимая какая-то величина... Стабы -- супер!  Всё-таки, знание элементной базы -- великая вещь!

Такое подавление обеспечивает связка 317 + параллельный стаб на транзисторах, отсюда такое высокое подавление. Сам 317 давит где-то на 80 дБ (в 10 000 раз). При типичных пульсациях 1 В на конденсаторе выпрямителя, получаем 0,1 мВ (100 мкВ) сразу после 317-го. Реально - немного больше. Зависит от производителя чипа, от правильности разводки печати и некоторых других факторов.

11 часов назад, czaerlag сказал:

Не очень понятно про Кус и шумы на резисторах -- тут, видимо, я поспешил с ответом на ключевой вопрос.

Если совсем упрощать, то:

Шум системы "источник сигнала - усилитель" в идеале должен определяться только шумом самого источника, т.е. желательно, чтобы усилитель был идеальным нешумящим. Но такого не бывает; степень приближения к идеалу - это т.н. "коэфициент шума", который показывает, на сколько дБ шум системы "источник - ус." больше шума только источника.

Шум микрофона определяется его активным R. Типичные динамические микрофоны имеют импеданс (Z) 150-250 Ом. Т.к. индуктивность мала, то и мало индукт. сопротивление. Поэтому, для упрощения можно полагать, что R=Z. Среднее значение принимаем = 200 Ом. Тепловой шум этого R определяется по известной формуле для джонсоновского шума. Но, в данном случае, само значение нам не важно, важно соотношение... см. далее.

На входе стоят 2 х 22 кОм = 44 кОм последовательно с микрофоном. Преамп с этими 44 кОм-ами будет шуметь больше, чем микрофон, в корень из соотношения сопротивлений. Корень из 44000 Ом/200 Ом = 14,8 раз или 23 дБ. Итак, К шума = 23 дБ, а это очень плохое значение. На самом деле, будет ещё хуже - раза в полтора, т.к. шум усилителя определяется ещё и остальными R и шумом ОУ. Т.к. общая формула для шума дифусилителя очень объёмная, то я всё это упростил до 2 х 44.

Для конденсаторных микрофонов картина примерно такая же, только цифры чуть другие.

Именно поэтому, в подобных схемах входные R обычно выбирают в районе 0,5...1,5 кОм (входное сопротивление преампа равняется удвоенному значению этих R вх, т.е.1..3 кОм в данном примере). Меньше делать нельзя, т.к. для микрофона это уже будет слишком "тяжёлая" нагрузка (= падение уровня, искажение АЧХ  и т.п.). Но даже в случае 0,5...1,5 кОм, Кш будет не очень хорошим (помните про корень из отношения R вх/R микроф?), впрочем, для многих ситуаций он оказывается вполне приемлемым, вам же не шёпот на расстоянии писать. Учитывая всё это, в подавляющем большинстве проф. микр. преампов применяется другой подход. Схема строится таким образом, чтобы Кус не определялся резисторами, формирующими также и R вх усилителя. Эти резисторы включаются уже не последовательно, а параллельно микрофону. Он, в свою очередь, шунтирует эти R вх, т.е. нивелирует их шум. Поэтому, кроме микрофона, шуметь будет только сам преамп. Если его сделать правильно, то К шума будет очень маленьким - доли...единицы дБ. Цена вопроса - три ОУ (но можно извратиться и сделать на 2-х ОУ), либо транзисторный дифкаскад + ОУ (лучше по шуму), либо ещё более навороченней (для снижения искажений и т.п).

11 часов назад, czaerlag сказал:

Гитара -- иное дело, т.к. комбик очень во многом определяет звук, и от правильного комбика гитарист отказываться не будет. Почему в комбиках до сих пор небалансные входы -- тайна сия велика есть. И фантомное питание давно бы надо туда встроить -- но нет, традиция! Будем фонять изо всех сил, но -- только моноджек, только Крона, только хардкор!

На самом деле, выпускаются комбики специально для акустических гитар, в них часто встраивают балансный вход с фантомным питанием. Например, серия разных Fender Acoustasonic - ов (схема во вложении), Marshall серии AS (50D, 100D...) и мн. др. А для электрогитар небалансный "бесфантомный" вход - это исторически сложившийся стандарт, его никто мнеять не будет. Да, и не нужно это, т.к. в электрогитаре львиная доля помех - это сетевые наводки на датчик, а не на кабель.

11 часов назад, czaerlag сказал:

Так вот, с комбиком история в том, что у него штатный сигнал на входе -- 30-90 мВ. У моего преда на выходе около 250 мВ -- уже многовато: пульт не перегружает, а для комбика надо бы ещё снизить Кус. А если ещё ИФП что-то будет добавлять по пути -- совсем нехорошо. Т.е., нужен именно повторитель с разностным входом, а не усилитель.

И вот, вопрос. Если на входе 1.5k, то чем грозит поставить те же 1.5k на ООС (это R8, верно?)
Или, может быть, поставить туда и туда компромиссные 10k? Или 6.8k?
И чему должен быть равен номинал R9 при таких изменениях?

Всё намного проще, уровень регулируйте в своём микшере из соседней темы (пьеза + другие источники) . Вместо R14 (тот, что в ООС первого ОУ) поставьте потенциометр 50 - 100 кОм группы А с ограничительным последовательным R примерно 1...5 кОм. Регулировка уровня будет даже "в минус", притом, с большим запасом. А резисторы в схеме дифусилителя возьмите по 1...1,5 кОм. Получите Кус=1 с терпимым шумом.

По второй части вопроса - неверно. Резисторы должны быть попарно равными, т.е.R6=R7, R8=R9 . Это в частном случае,  а глобально - должны быть равными соотношения..., если интересны подробности, то почитайте про принцип работы дифусилителя.

fender-acoustasonic.pdf

Edited July 19, 2020 by Zawinul

[Zawinul]

9 часов назад, Zawinul сказал:

степень приближения к идеалу - это т.н. "коэфициент шума", который показывает, на сколько дБ шум системы "источник - ус." больше шума только источника.

Уточнение. Это справедливо для приведённых ко входу шумов усилителя, т.е. безотносительно его Кус. Если же рассматривать шум на выходе усилителя, то правильно будет так: К шума показывает, на сколько дБ шум системы "источник + реальный усилитель" больше шума "источник + идеальный усилитель".