Rauschen Mikrofonverstärker

Je nach Transistor in der 1. Stufe kann das Rauschen schon sehr niedrig 
sein. Eventuell (Transistor mit nicht sehr hoher Verstärkung) ist das 
Stromrauschen der 1. Stufe ein wenig hoch (weniger Strom wäre da ggf. 
etwas besser).

Eine extra Filterstufe für die Versorgung des Mikrofons wäre ggf. noch 
hilfreich.

Es ist gut sein, dass einfach das Rauschen des Mikrofons ist - 1.5 V am 
Mikrofon sind OK, aber der Strom ist recht klein - d.h. das Mikrofon 
könnte ein sparsames und dafür stärker rauschendes sein.

Danke für die Antworten!

Lurchi schrieb:
> Je nach Transistor in der 1. Stufe kann das Rauschen schon sehr niedrig
> sein. Eventuell (Transistor mit nicht sehr hoher Verstärkung) ist das
> Stromrauschen der 1. Stufe ein wenig hoch (weniger Strom wäre da ggf.
> etwas besser).
OK, das probier ich mal, also höherer Kollektorwiderstand (z.B. 10k?), 
und davon ausgehend alle Widerstände anpassen.

> Eine extra Filterstufe für die Versorgung des Mikrofons wäre ggf. noch
> hilfreich.
Wie würde die aussehen? Ein Kondensator parallel zum Mikrofon?

> Es ist gut sein, dass einfach das Rauschen des Mikrofons ist - 1.5 V am
> Mikrofon sind OK, aber der Strom ist recht klein - d.h. das Mikrofon
> könnte ein sparsames und dafür stärker rauschendes sein.
OK, also dann sollte ich nach einem "gescheiten" Mikrofon schauen.


Mark S. schrieb:
> Es ist günstiger wenn Mikro und Arbeitswiderstand ihre Plätze tauschen,
> so dass Störungen auf der Versorgungsspannung abgeschwächt werden.
D.h. Mikro an Plus und Widerstand gegen Minus? Und Abgriff immernoch 
dazwischen? Hm, so eine Schaltung hab ich noch nirgends gesehen.

> Im übrigen ist das Eigenrauschen der Elektretkapseln durchaus nicht
> ohne.
Noch hab ich Hoffnung :)

Michael B. schrieb:
> 1. Die Elektred-Kapsel hat einen Widerstand, meist 2k.
> Damit man das optimale rausholt, muss der Versorgungswiderstand gleich
> gross sein. Ändere also deine 47k|10k so ab, daß die Spannung am
> Knotenpunkt im Ruhezustand bei VCC/2 liegt, dann holst du das Maximale
> aus dem Mikrophon.
Die Spannung hab ich ja mit 1,5V gemessen, d.h. vom Mittelpunkt 1,65V 
bin ich nicht so weit weg. Macht das soviel aus? Ich geh ja davon aus, 
dass die Spannungsamplituden hinter dem Mikro sehr klein sind, würde es 
helfen hier auf eine noch höhere Spannung zu gehen, z.B. 2,5V?

> 2. Wer nur 3.3V reintut, dann aber 2k2 und den Transistor mit 120R
> Emitterwiderstand am Ausgang Verstärkerstufe 2 hat, kann die 3.3V gar
> nicht ausgeben, es begrenzt vorher.
Also am Mirkocontroller ist schon (fast) die ganze Amplitude angekommen 
(beim Pfeiffen). Der untere Bereich gegen Null war verzerrt, aber so 
laute Aufnahmen sind sowieso erstmal nicht mein Ziel.

> Wenn du so eine Ausgangsstufe hast,
> die höchstens halbe Spannung als Amplitude rausgibt, dann brauchst du 7V
> Versorgung (und einen Ausgangskoppelkondensator, so wie jetzt zwischen
> den 2 Stufen).
Der Ausgangskoppelkondensator ist dann lediglich zur Angleichung des 
Spannungsniveaus, richtig?

> 3. Wenn alles auf dem Steckbrett seinen Strom von der +3.3V Schiene
> zieht, dann beeinflussen sich die Dinge gegenseitig.
OK, die Maßnahmen versuche ich.

> 4. Deine Verstärkerstufen sind schlecht, weil der Basisspannungsteiler
> jede Störung der Versorgung auf die Basis überträgt. Nimm einfach nur 1
> Widerstand von C nach B,
Probier ich auch.

> 5. Jeder Transistor hat seinen optimalen Betriebspunkt, seinen optimale
> Kollektorstrom für niedrigstes Rauschen und optimalen
> Eingangswiderstand. Über deine Transistoren wissen wir nichts, aber die
> Bauteilwerte sehen nicht nach Optimum aus, sondern zufällig gewählt.
Transistoren sind BC485B. Ich hab die Widerstände so ausgelegt, dass ein 
Kollektorstrom von 0,75mA fließt.

Den Arbeitswiderstand des ersten Transistors größer machen,
vielleicht so 10kOhm, dann fließt weniger Strom durch den
Transistor und er Rauscht dann weniger. Der Arbeitswiderstand
braucht eigentlich nur so klein zu sein, daß die Sprechleistung
ausreicht um die nachfolgende Stufe voll auszusteuern.

Michael B. schrieb:
>1. Die Elektred-Kapsel hat einen Widerstand, meist 2k.
>Damit man das optimale rausholt, muss der Versorgungswiderstand gleich
>gross sein. Ändere also deine 47k|10k so ab, daß die Spannung am
>Knotenpunkt im Ruhezustand bei VCC/2 liegt, dann holst du das Maximale
>aus dem Mikrophon.

Das sehe ich nicht so, in der Kapsel ist ein Transistor eingebaut,
der bestimmt im wesentlichen das Gesammtrauschen. Wenn ein
Transistor wenig rauschen soll, muß man Strom und Spannung
an ihm moglichts klein halten.

 Mark S. schrieb:
>Es ist günstiger wenn Mikro und Arbeitswiderstand ihre Plätze tauschen,
>so dass Störungen auf der Versorgungsspannung abgeschwächt werden.

Warum? Nahe bei Masse sind die störungen geringer.

>Im übrigen ist das Eigenrauschen der Elektretkapseln durchaus nicht
>ohne.

Das gehe ich mit.

Die Elektretkapseln haben einen von der Kapsel abhängigen passenden 
Arbeitsstrom. Damit der interne Transistor (JFET) arbeitet sollte die 
Spannung im passenden Bereich von etwa 1-5 V sein. Ein hoher Widerstand 
zum einstellen des Stromes ist an sich gut, weil er das Signal weniger 
belastet, viel mehr also die 10 K||47 K sind aber bei 3.3 V nicht drin. 
Der Wert ist aber immerhin schon groß gegen die üblichen 1-5 K an 
Ausgangswiderstand.

Mit wie viel Strom man den Verstärkertransistor betreibt beeinflusst das 
Rauschen: über einen weiten Bereich geht mit mehr Strom das 
Spannungsrauschen runter und das Stromrauschen hoch. 0.8 mA an 
Kollektor-strom liegt schon ehe in einem Bereich der für sehr 
niederohmige Quellen (Bereich 100 Ohm) passt. Hier hat man aber eine 
Quelle im KOhm Bereich. Ein passender Strom ist da eher im Bereich 
0.1-0.01 mA. Also eher 22-100K am Kollektor.

Lurchi schrieb:
> Eine extra Filterstufe für die Versorgung des Mikrofons wäre ggf. noch
> hilfreich.

Helmut S. schrieb:
> Die erste Stufe hat den typischen Fehler.
> [...]
> Du musst die beiden linken Widerstände in zwei halb so große Widerstände
> in Reihe aufteilen. In der Mitte dann einen ganz großen Elko
> (10...100uF) nach Masse einbauen. Dadurch werden die Störungen von den
> 3,3V unterdrückt.
Achso, das ist die Filterstufe die Lurchi gemeint hat?


Günter Lenz schrieb:
> Den Arbeitswiderstand des ersten Transistors größer machen,
> vielleicht so 10kOhm, dann fließt weniger Strom durch den
> Transistor und er Rauscht dann weniger. Der Arbeitswiderstand
> braucht eigentlich nur so klein zu sein, daß die Sprechleistung
> ausreicht um die nachfolgende Stufe voll auszusteuern.

Lurchi schrieb:
> Mit wie viel Strom man den Verstärkertransistor betreibt beeinflusst das
> Rauschen: über einen weiten Bereich geht mit mehr Strom das
> Spannungsrauschen runter und das Stromrauschen hoch. 0.8 mA an
> Kollektor-strom liegt schon ehe in einem Bereich der für sehr
> niederohmige Quellen (Bereich 100 Ohm) passt. Hier hat man aber eine
> Quelle im KOhm Bereich. Ein passender Strom ist da eher im Bereich
> 0.1-0.01 mA. Also eher 22-100K am Kollektor.
Das probier ich auf jeden Fall, muss ich aber erst in Ruhe durchrechnen.

Mir ist die Wirkung der Verstärkerstufen noch nicht ganz klar. Es wird 
doch jeweils Spannung und Strom verstärkt. Jetzt kann man duch die Ein- 
und Ausgangsimpedanz erreichen, dass jeweils eher eine Strom- oder eher 
eine Spannungsverstärkung stattfindet. Liegt hier das Problem, dass 
durch den hohen Strom in der ersten Stufe nur eine geringe 
Spannungsverstärkung stattfinden kann?


Lurchi schrieb:
> Die Elektretkapseln haben einen von der Kapsel abhängigen passenden
> Arbeitsstrom. Damit der interne Transistor (JFET) arbeitet sollte die
> Spannung im passenden Bereich von etwa 1-5 V sein. Ein hoher Widerstand
> zum einstellen des Stromes ist an sich gut, weil er das Signal weniger
> belastet, viel mehr also die 10 K||47 K sind aber bei 3.3 V nicht drin.
> Der Wert ist aber immerhin schon groß gegen die üblichen 1-5 K an
> Ausgangswiderstand.
Sehe ich das richtig, dass es in erster Linie um den Strom durch die 
Kapsel geht? Dass ein kleiner Strom einen höhere Spannungsamplitude 
ermöglicht? Also ist das erstmal unabhängig von der Versorgungsspannung, 
oder?

Die 3,3V sind halt da, aber ich kann auch höhere Spannungen 
bereitstellen, wenn das hilft. Ermöglicht eine höhere 
Versorgungsspannung einen besseren Rauschabstand vorausgesetzt man 
schafft eine ausreichende Spannungsverstärkung in der ersten Stufe?



Michael B. schrieb:
> Dachte das wäre die vom 1. Basispannungsteiler. Dann fehlt noch eine
> Spannung in deiner Auflistung.
Die Spannungen an den Basis-Spannungsteilern sind bei etwa 0,8V. Davon 
0,6V Basis-Emitter-Spannung und etwa 0,2V am Emitterwiderstand.

--
Angehängt noch drei Messungen. testweise habe ich das Mikro mal durch 
einen Widerstand ersetzt, das Rauschen ist dabei auch erheblich, kommt 
also aus dem Verstärker. Mit Mikrofon sind die Schwankungen größer, aber 
es ist auch nicht absolut leise im Zimmer (PC-Lüfter). Dann noch eine 
Aufnahme mit Pfeiffen. Erstaunlich für mich ist, dass das Rauschen in 
diesem Fall viel geringer zu sein scheint.

Michael B. schrieb
>Ändere also deine 47k|10k so ab, daß die Spannung am
>Knotenpunkt im Ruhezustand bei VCC/2 liegt,

Tommi schrieb:
>Stationäre Spannung hinter der Mikrofonkapsel 1,5V

Damit ist die Forderung, VCC/2, erfüllt. Er braucht
den Arbeitswiderstand für die Kapsel nicht ändern.

Bei Transistorstufen ist, Arbeitspunkt auf halbe
Betriebsspannung, nicht immer optimal, wenn die
nachfolgende Last niederohmig ist. Die Gleichpannung
über dem Transistor muß dann etwas kleiner sein.
Mit einem Oszillograf kann man das gut beobachten.
Wenn die Stufe bis in die Begrenzung angesteuert
wird, muß die Begrenzung auf beiden Halbwellen
gleichzeitig einsetzen.

Bei der Wahl des Arbeitsstromes für die 1. Verstärkerstufe geht es nicht 
um die Wahl Spannungs- oder Stromverstärkung, sondern mehr um das 
Verhältnis von Spannungsrauschen zu Stromrauschen. Ideal entspricht dies 
etwa der Quellimpedanz um ein niedriges Gesamtrauschen zu erreichen.

Bei der Filterschaltung hatte ich vor allem an die Versorgung des 
Mikrofons gedacht. Der Teiler für die Bias-spannung ist aber genau so 
wichtig. AC mäßig liegen die 10 K||47 K parallel zum oberen Widerstand 
des Bias-Teilers. Ein gemeinsames Filter (z.B. 1 K + 10-100 µF) an der 
Versorgung sollte ausreichen.

Der Strom ist meist durch das Mikrofon vorgegeben - da kann man in der 
Regel nichts oder nur sehr wenig dran ändern. Der Widerstand am Mikrofon 
stellt vor allem die Spannung ein. Das Ziel Vcc/2 gibt die maximale 
mögliche Amplitude vor dem Klipping, aber nicht unbedingt das kleinste 
Rauschen - mit 1.5 V am Mikrofon sollte man aber schon gut liegen, 
sowohl für kleines Rauschen als auch großen Amplitudenbereich (hier 
limitiert sowieso der Verstärkerausgang und nicht der Eingang).

Michael B. schrieb:
>Günter Lenz schrieb:
>> Das sehe ich nicht so, in der Kapsel ist ein Transistor eingebaut,
>> der bestimmt im wesentlichen das Gesammtrauschen. Wenn ein
>> Transistor wenig rauschen soll, muß man Strom und Spannung
>> an ihm moglichts klein halten.
>
>Wie wäre es mit 0V, dann rauscht nix mehr.
>
>Das ist doch Unsinn.

Wenn man sich alte Schaltpläne von Radios, Verstärker,
Kassettenrecorder, Kofferradios usw. anschaut, wo mehrstufige
Transistorverstärker drinn sind, stellt man fest, daß
je weiter man zum Eingang kommt, die Arbeitswiderstände
der Transistoren immer hochohmiger werden. Die Leute,
die daß entwickelt haben müssen sich doch irgendwas
dabei gedacht haben.

Hier lassen sich auch noch ein paar Anregungen und Informationen 
herausziehen.

http://www.elektronik-labor.de/Notizen/1017Mikrofonamp.html

Es gab früher besonders rauscharme Transistoren BC 4xx (413). Zu diesen 
gab es ausführliche Diagramme, auch zum Rauschen.

Entscheidend ist das Rauschen der ersten Stufe. Gemäß Datenblatt liegt 
der Bereich meist im Bereich eines Kollektorstroms von 0,1 bis 0,2 mA. 
Im Datenblatt wurde meist ein Generatorwiderstand von 2 kOhm angegeben 
und es ist kein Zufall, dass der Widerstand des Elektretmikrofons, bzw. 
genauer des Drain-Source-Widerstandes des integrierten 
Feldeffekttransistors im entsprechenden Widerstandsbereich liegt.

In einem Elrad-Heft gab es einen besonders rauscharmen Verstärker für 
Mikros um MovingMagnet-Tonabnehmer. Dabei wurden die Transistoren im 
niedrigsten Punkt des Spannungsrauschens betrieben, und eine Anzahl von 
4...10 erste Transistorstufen parallel geschaltet, so dass auch der 
Innenwiderstand zur Quelle besser angepaßt wurde.

Hi Forum,

ohne das Thema kapern zu wollen interessiert mich doch brennend: Kann 
mir bitte jemand den Sinn der Parallelschaltung von Widerstand und 
Kondensator im Ursprungspost erklären? Ich habe das schon öfter gesehen, 
komme aber nicht dahinter welche Bewandnis es hat.

Dank & Grüße
Fabian

Tommi schrieb:
> Transistoren sind BC485B. Ich hab die Widerstände so ausgelegt, dass ein
> Kollektorstrom von 0,75mA fließt.

Für Eingangsstufen völlig ungeeignet.
Hast du denn nicht vorher mal recherchiert?

Bernhard S. schrieb:
> Im Datenblatt zu den BC549 und BC550 von Siemens ist ein interessantes
> Diagramm zu dem Thema, und zwar Noise Figure vs. Kollektorstrom bei
> verschiedenen Quellenwiderständen.

Der BC550 ist das Mindeste!
Der ganze theoretische Quark ist doch nutzlos.
Es gibt gute Grundschaltungen.

Es gibt auch bessere als den BC550.

Das Mikrofon ist eine eher hochohmige Quelle - da braucht man keine 
Parallelschaltung von Transistoren. Mehr Transistoren nutzt man teils 
bei sehr niederohmigen Quellen (< 100 Ohm) und dann mit relativ hohem 
Strom. Für den hier passenden Kollektor-Strom im 10-50 µA Bereich ist 1 
guter Transistor ausreichend.

So super Rauscharm ist der Ausgang der Ekeltretmikrofone sowieso nicht. 
Da ist schließlich schon eine 1. Verstärkung enthalten, d.h. 
Standard-Transistoren wie BC547C oder 2N3904 sollten ausreichend gut 
sein. Wenn der Strom nicht passt hilft einem da auch kein super 
rauscharmer BJT.

Danke für die vielen Beiträge!

Heut werde ich nicht zum Testen kommen. Bauteile sind bisher die, die 
bei mir so rumliegen. Muss aber nicht so bleiben.

@Bernhard S.:
Am Mikrofon habe ich 1,5V gemessen bei 3,3V Versorgung und 10k||47k 
(=8,2k) Vorwiderstand. Die Mikrofonkapsel hat also um die 6k 
Gleichstromwiderstand.

+1 zu Mark S.

Für 10 K Quellimpedanz liegt nach der Graphik oben das Rauschoptimum 
beim BC550 (ist bei anderen BJTs mi ähnlichem Hfe nicht so viel anders) 
bei etwa 30 µA - da sind die 800 µA vom Ausgang schon etwas weg.

Die Messung oben zeigt auch schon dass es mit dem Mirkofon mehr Rauscht 
als dem Dummy, und das trotz des etwas hohen Stromes in der 
Eingangsstufe.

Vom Rauschen könnte der LM358 schon knapp werden, aber mit den 
Übernahmeverzerrungen ist der LM358 eher keine so gute Wahl. Wie hoch 
das Rauschen der Kapseln ist hängt vom Typ ab, aber wirklich niedrig ist 
es nie - da für ist der Signalpegel einiges höher als bei etwa den 
Dynamischen Mikrofonen.

Die 3v3 kommen sicher direkt aus der MCU Versorgung?
Digitale Spannungsversorgungen sind extrem verrauscht.

Du misst im mV Bereich und verstärkst nur AC.
Perfekt um jeden Dreck auf der Versorgung zu verstärken.
GND Führung ist ebenso wichtig.

Warum keinen Mikrofonverstärker-IC?
Zu einfach, zu wenig Probleme?

Hab jetzt ein paar weitere Versuche gemacht.

1. Versorgung der ersten Stufe über Labornetzgerät 5V, zweite Stufe wie 
gehabt über den Mikrocontroller, um den Pegel zu behalten für den 
Mikrocontroller. Mikrofon mit 2 in Reihe geschaltenen 4,7k-Wideständen, 
dazwischen einen Elko 100µF gegen Masse. Vor den Basisspannungsteiler 
ein 2,2k-Widerstand und danach einen Elko 100µF gegen Masse. Genauso 
beim Kollektorwiderstand 2,2k vorgeschalten und einen Elko 100µF gegen 
Masse. Den Kollektorwiderstand der ersten Stufe habe ich auf 47k erhöht 
um einen geringen Strom im Arbeitspunkt zu erhalten. Die Zweite Stufe 
hat auch einen Kondensator vor dem Spannungsteiler erhalten, sonst 
unverändert. Das Rauschen war tatsächlich besser, aber immernoch nicht 
zufriedenstellend, vorallem auch insgesammt zu leise.

Beim Einstellen des Arbeitspunktes mit dem Poti in der ersten Stufe ist 
die Spannung sehr langsam an den Arbeitspunkt gewandert. Es hat bestimmt 
20 Sekunden gedauert, bis der Messwert stabil war.

2. Um eine gleiche Verstärkung bei verschiedenen Frequenzen zu bekommen, 
d.h. um den Kondensator am Emitterwiderstand "zu sparen", habe ich einen 
vierstufigen Verstärker mit jeweils Verstärkung um 20 aufgebaut.
R_C: Kollektorwiderstand; R_E: Emitterwiderstand

 Stufe 1: R_C= 49,2k; R_E=2,2k
 Stufe 2: R_C=   22k; R_E=  1k
 Stufe 3: R_C=   22k; R_E=  1k
 Stufe 4: R_C=  4,7k; R_E= 220

Das Mikro ist auch 'hochempfindlich', aber das Rauschen ist schon sehr 
stark. Außerdem bestand das gleiche Problem mit dem Arbeitspunkt wie 
beim 2-stufigen Versuch, die Arbeitspunktspannung startet an der oberen 
Grenze bei 5V und fällt dann langsam aber stetig ab bis der Wert (im 
Arbeitspunkt) je nach Potieinstellung wo stehen bleibt. Gibts dafür ne 
Erklärung?

Im Anhang der 4-Stufige Aufbau auf dem Steckbrett.

Grüße
Tommi

Netter Aufbau ...
Überraschenderweise ist unter all dem Rauschen tatsächlich noch Dein 
audio Signal zu erkennen ? Beachtlich!