Toto zapojenie je kompletný systém pre úpravu signálu z mikrofónu založený na jedinom integrovanom obvode SSM2166. Tento integrovaný obvod je navrhnutý primárne pre aplikácie v hlasovom pásme. Poskytuje slušné  zosilnenie, detekciu RMS, obmedzenie, variabilnú kompresiu a expanziu smerom nadol. Integrovaný napäťovo riadený zosilňovač VCA poskytuje až 60 dB zosilnenie v signálovej ceste so šírkou pásma približne 30 kHz. Dodatočné zosilnenie poskytuje obvod OPAMP so vstupnou vyrovnávacou pamäťou, ktorý možno nastaviť kdekoľvek v rozsahu od 0 dB do 20 dB, pre celkové zosilnenie signálovej cesty až 80 dB. Zapojenie je napájané napätím +5V_DC, pracuje zo vstupným signálom až do úrovne 1 V_rms a produkuje úrovne výstupného signálu > 1 V_rms (3V_p-p) do záťaže > 5 kΩ. Interný RMS detektor má časovú konštantu nastavenú externým kondenzátorom. SSM2166 obsahuje vstupnú vyrovnávaciu pamäť a obvod automatického riadenia zisku AGC pre audio a hlasové signály. Prevádzka obvodu je optimalizovaná poskytnutím užívateľom nastaviteľnej časovej konštanty a kompresného pomeru. Funkcia rozšírenia smerom nadol (noise gating) eliminuje šum obvodu pri absencii vstupného signálu. Zabudovaný potenciometer trimra umožňuje užívateľovi nastaviť prah expanzie smerom nadol, limitný prahu (bod rotácie), pevného zisku vstupnej vyrovnávacej pamäte a nominálneho zisku interného VCA v bode rotácie.

Vlastnosti predzosilňovača

• Prevádzkové napájanie 5V_DC (4,5V až 5,5V)
• Podporuje kondenzátorový mikrofón
• Nastaviteľný kompresný pomer pomocou trimra
• Nastaviteľný bod rotácie pomocou trimra
• Nastaviteľná prahová hodnota šumovej brány pomocou trimra
• Nízka hodnota šumu a skreslenia
• Šírka pásma 20 kHz (61 dB)

Kompresný pomer (možno nastaviť pomocou voliteľného pevného odporu R9 alebo trimra PR4)

Kompresný pomer je možné meniť od 1:1 (bez kompresie) až po viac ako 15:1 pomocou trimra PR4 alebo voliteľného odporu R9, RCOMP. Vstupné signály nad VRP sú komprimované s pevným kompresným pomerom približne 15:1. Kompresný pomer je možné nastaviť aj nastaviteľným trimrom PR4 zapojeným medzi pin COMP RATIO (Pin 10) a GND alebo voliteľným rezistorom R9. Zníženie hodnoty RCOMP poskytuje menšie kompresné pomery. s hodnotami približne 17 kΩ alebo menej, výsledkom čoho je kompresný pomer 1:1. Výkon AGC sa dosahuje s kompresnými pomermi medzi 2:1 a 15:1 a závisí od aplikácie.

Táto oblasť pôsobenia je "obmedzenou oblasťou". Zmena kompresného pomeru nemá žiadny vplyv na obmedzujúcu oblasť. Bod zlomu medzi oblasťou kompresie a oblasťou obmedzenia sa označuje ako prah limitácie, alebo "bod rotácie" a je špecifikovaný používateľom v SSM2166. Pojem "bod rotácie" je odvodený z pozorovania, že priamka v oblasti kompresie sa "točí" okolo tohto bodu na vstupnej / výstupnej charakteristike, keď sa mení kompresný pomer.

Nastavenie zisku -  Trimmer PR3 alebo voliteľný rezistor R3

Maximálny zisk sa nastavuje pomocou trimra s označením GAIN ADJUST - PR3. Tento odpor s rozsahom medzi 1 kΩ a 20 kΩ spôsobí, že nominálny zisk VCA sa bude meniť od 0 dB až do približne 20 dB. Nastavenie zisku VCA na maximum je možné dosiahnuť aj ponechaním pinu GAIN ADJUST v stave OPEN (bez pripojenia).

Zisk systému s úrovňou vstupného signálu VRP je pevne stanovený pomocou RGAIN bez ohľadu na kompresný pomer a je "nominálnym ziskom" systému. Nominálny zisk systému môže používateľ zvýšiť pomocou vstavaného VCA až o 20 dB. Okrem toho je vstupná vyrovnávacia pamäť v SSM2166 je nakonfigurovaná tak, aby poskytovala pevné zisky v rozmedzí 0 dB až 20 dB s pomocou R2 a R4. Zosilnenie VCA v bode otáčania sa nastavuje hodnotou voliteľného odporu R3 alebo trimra PR3 zapojeného medzi Pin 2 a GND, RGAIN.

Nastavenie bodu otáčania – Trimer PR1 alebo voliteľný odpor R6

Bod otáčania. Interné jednosmerné referenčné napätie v riadiacich obvodoch, ktoré sa používa na nastavenie bodu otáčania. Zmenou potenciometra trimra PR1 alebo voliteľného odporu R6, pripojeného medzi kladné napájanie a pin SET ROTATION POINT (Pin 11), sa bod otáčania môže meniť od približne 20 mV rms do 1 V rms. Z obrázku je bod rotácie nepriamo úmerný RROT PT. Napríklad rezistor 1 kΩ by zvyčajne nastavil bod otáčania na 1 V rms, zatiaľ čo rezistor 55 kΩ by zvyčajne nastavil bod otáčania na približne 30 mV rms. Keďže k obmedzeniu dochádza pre signály väčšie ako bod otáčania (VIN > VRP), bod otáčania efektívne nastavuje maximálnu úroveň výstupného signálu. Odporúča sa, aby bol bod otáčania nastavený na hornú hranicu rozsahu typických vstupných signálov, aby oblasť kompresie pokryla celý požadovaný rozsah vstupného signálu. Občasné väčšie prechody signálu budú potom tlmené pôsobením obmedzovača.

Nastavenie šumovej brány – Trimer PR2 alebo voliteľný odpor R7

Rozsah šumovej brány je od 0,3 mV do viac ako 0,5 mV vzhľadom na výstup z vyrovnávacej pamäte. Aby ste tento rozsah prispôsobili vašej aplikácii, možno budete musieť zoslabiť vstup alebo inak rozdeliť zosilnenie vyrovnávacej pamäte a zosilnenie VCA.

Popis zapojenia

Vstupný audio signál spracuje vstupná vyrovnávacia pamäť a potom VCA. Vstupná vyrovnávacia pamäť predstavuje pre zdroj vstupnú impedanciu približne 180 kΩ. Na AUDIO + IN (Pin 7 SSM2166) je prítomné jednosmerné napätie približne 1,5 V, C4 sa poskytuje ako blokovací kondenzátor pre zdroje orientované na zem. Kondenzátor 0,1 µF je dobrou voľbou pre väčšinu audio aplikácií. Vstupná vyrovnávacia pamäť je stabilný zosilňovač s jednotným ziskom, ktorý môže riadiť vstup s nízkou impedanciou VCA. VCA je zosilňovač s premenlivým ziskom s nízkym skreslením, ktorého zisk je nastavený riadiacim obvodom bočného reťazca. Vstup do VCA je virtuálna zem v sérii s približne 1 kΩ. Kondenzátor C3 slúži na blokovanie medzi výstupom vyrovnávacej pamäte a vstupom VCA. Impedancia 1 kΩ medzi zosilňovačmi určuje hodnotu tohto kondenzátora, ktorá je zvyčajne medzi 10 µF. VCA zosilňuje prúd vstupného signálu pretekajúceho cez C3 a konvertuje tento prúd na napätie na výstupnom kolíku SSM2166 (Pin 13). Čistý zisk zo vstupu na výstup môže byť až 60 dB (bez dodatočného zosilnenia vyrovnávacej pamäte), v závislosti od zisku nastaveného riadiacim obvodom.

Zosilnenie VCA v bode rotácie je nastavené hodnotou odporu pripojeného medzi Pin 2 a GND, RGAIN. Rozsah AGC SSM2166 môže dosahovať až 60 dB. Pin VCAIN (Pin 3) na SSM2166 je neinvertujúci vstupný terminál pre VCA. Výstupná impedancia SSM2166 je zvyčajne menšia ako 75 Ω a externá záťaž na pine 13 by mala byť > 5 kΩ. Menovité výstupné jednosmerné napätie zariadenia je približne 2,2 V. Kondenzátor C8 na výstupe slúži na blokovanie uzemnených záťaží. Šírka pásma SSM2166 je pomerne široká pri všetkých nastaveniach zisku. Horný bod 3 dB je približne 30 kHz pri zosilnení až 60 dB (pri použití vstupnej vyrovnávacej pamäte pre dodatočný zisk nie je ovplyvnená šírka pásma obvodu). Spodná medzná frekvencia 3 dB SSM2166 je nastavená vstupnou impedanciou VCA (1 kΩ) a C3. Zatiaľ čo šum vstupnej vyrovnávacej pamäte je pevný, vstupný šum VCA je funkciou zisku. Vstupný šum VCA je navrhnutý tak, aby bol minimálny, keď je zisk maximálne.

Detektor úrovne

SSM2166 obsahuje celovlnný usmerňovač a obvod detektora skutočnej efektívnej úrovne, ktorého priemerná časová konštanta je nastavená externým kondenzátorom C6 pripojeným k pinu AVG CAP (Pin 8). Pre optimálnu nízkofrekvenčnú prevádzku detektora úrovne až do 10 Hz by mala byť hodnota kondenzátora 2,2 µF. Niektoré experimenty s väčšími hodnotami pre AVG CAP môžu byť potrebné na zníženie účinkov nadmernej nízkej frekvencie okolitého hluku na pozadí. Hodnota priemerovacieho kondenzátora ovplyvňuje kvalitu zvuku: príliš malá hodnota pre tento kondenzátor môže spôsobiť "pumpovací efekt" pre niektoré signály, zatiaľ čo príliš veľká hodnota môže mať za následok pomalé časy odozvy na dynamiku signálu. Elektrolytické kondenzátory sa tu odporúčajú pre najnižšie náklady a mali by byť v rozsahu 2 µF až 47 µF. Zistilo sa, že hodnoty kondenzátorov od 18 µF do 22 µF sú vhodnejšie v aplikáciách s hlasovým pásmom, kde sa kondenzátory na spodnej hranici rozsahu zdajú vhodnejšie pre materiál hudobných programov.

Schéma zapojenia

Zoznam komponentov

Pripojenie modulu

Doska plošných spojov

Realizácia

Video

Na stiahnutie

Gerber pre výrobu PCB

Datasheet SSM2166

Zdroj : Electronics-lab.com