Wzmacniacz do mikrofonu elektretowego i słuchawki W66

[Atlantis]

Wielu z Was poniższe pytanie wyda się zapewne czymś oczywistym, jednak je nie mam wielkich doświadczeń w samodzielnym konstruowaniu. Do tej pory zajmowałem się głównie budowaniem rozmaitych układów w oparciu o cudze opracowana. Wciąż nadrabiam zaległości w teorii, dlatego nawet w tak prostej kwestii jak budowa prostych (zapewne jednostopniowych) wzmacniaczy wolę zasięgnąć opinii osób lepiej doświadczonych.

O projekcie już kiedyś wspominałem w innym temacie. Chodzi o zamontowanie w obudowie starego telefonu RWT elektroniki, która pozwoli na wykonywanie połączeń przez sieć GSM. Używam w tym celu mikrosterownika oraz gotowego modułu/modemu GSM (Motorola D15). Większa część pracy jest już za mną. Mikrosterownik prawidłowo odczytuje numery wprowadzane za pomocą tarczy oraz kontroluje pracę modemu. Mogę nawiązywać i odbierać połączenia. Działa także elektromechaniczny dzwonek.

W tej chwili do zrobienia pozostało jeszcze:
1) Podłączenie mikrofonu i słuchawki
2) Zastąpienie zasilania z zasilacza i stabilizatora 5V akumulatorkiem 3,6V wraz z układem ładowania
3) Wytrawienie ładnej płytki i zamontowanie wszystkiego wnętrzu obudowy.

Zapytać chciałem o pierwszy punkt.
Oryginalny mikrofon węglowy z kilku powodów zastąpiłem mikrofonem elektretowym. Słuchawka jednak pozostała oryginalna - wkładka W66. Nota modułu GSM podaje następujące dane wejścia/wyjścia audio:

The requirements from the drivers and audio devices are the follow:
Microphone impedance: Typical 700Ω
S/N ratio Minimum 35dB
Gain from headset to D15 (A2) 45 – 49 dB
Frequency response -11 to +1 dB 300 to 3400Hz. (including microphone)
D15 input impedance 10KΩ
TX Distortion Maximum 5%.
Speakerphone Load 25 to 39 ohm
S/N Minimum 35dB
Gain from D15 to Headset (A1) -13 to –9 dB
Frequency response -10 to +1 dB 300 to 3400Hz. (including SPKR)
D15 output impedance <1KΩ
Distortion Maximum 5%.

Jakie układy wzmacniaczy powinienem zastosować? Pewien elektronik, który kiedyś zajmował się tematem podobnych modułów GSM polecił mi wstawienie wtórnika emiterowego za mikrofonem.

[Atlantis]

Hmm... Skoro nikt nie odpowiada, to może zapytam chociaż czy dobrze kombinuję.
Chodzi o coś takiego?

[AZ12]

Witam

Elementy R4, R5 i C2 można usunąć. Wzmacniacz będzie pracował poprawnie. Trzaski z potencjometru będą niestety wzmacniane, co może pogorszyć jakość dźwięku.

[Atlantis]

Elementy R4, R5 i C2 można usunąć. Wzmacniacz będzie pracował poprawnie.

Rozumiem, że w tym wypadku o polaryzacji bazy wtórnika emiterowego decyduje R1?
Filtr R2 i C3 pozostaje wtedy na swoim miejscu?

Trzaski z potencjometru będą niestety wzmacniane, co może pogorszyć jakość dźwięku.

To nie będzie potencjometr do częstego zmieniania wzmocnienia, a zwykły PR-ek do wstępnego ustawienia poziomu sygnału na wyjściu. Tak aby ani nie był za słaby, ani nie przesterowywał wejścia modułu.
Generalnie sama koncepcja z wtórnikiem emiterowym na wejściu jest w porządku?

[AZ12]

Rozumiem, że w tym wypadku o polaryzacji bazy wtórnika emiterowego decyduje R1?
Filtr R2 i C3 pozostaje wtedy na swoim miejscu?

Tak

Generalnie sama koncepcja z wtórnikiem emiterowym na wejściu jest w porządku?

Rezystor R7 należy podłączyć do kolektora tranzystora T2. Najlepiej zastosować tutaj stopień ze sprzężeniem emiterowym (różnicowy).

[Atlantis]

A jeśli chodzi o wzmacniacz słuchawkowy, to jaki układ i jaki tranzystor byłby najbardziej odpowiedni?
Chodzi o podłączenie W66 do wyjścia tego modułu.

Zresztą, żeby było ciekawiej - wersja bardziej skomplikowana.
W projekcie biorę pod uwagę możliwość kierowania na słuchawkę dwóch sygnałów:
1) Audio z wyjścia mikrofonowego modułu.
2) Dialtone (425 Hz) generowany przez mikrosterownik.
Sygnały nigdy nie będą mieszane, zawsze występował będzie albo jeden, albo drugi.
Sęk w tym, że część analogowa modułu GSM ma osobną masę, oddzieloną od masy cyfrowej (będącej też masą mikrosteronika).
Mogę to jakoś sensownie połączyć, żeby działało prawidłowo?

PS. Dopiero teraz zauważyłem, że na schemacie odwróciłem polaryzację kondensatorów elektrolitycznych w filtrach RC. Oczywiście to tylko pomyłka wynikająca z pośpiechu.

[Thereminator]

http://serwis.avt.pl/manuals/AVT2255.pdf
http://www.sklep.cyfronika.com.pl/pl/p/ ... ZEDAZ/7172

[Atlantis]

http://serwis.avt.pl/manuals/AVT2255.pdf
http://www.sklep.cyfronika.com.pl/pl/p/ ... ZEDAZ/7172

To znam... Sęk w tym, że układ opisany pod tymi linkami ma stanowić odpowiednik mikrofonu węglowego do starego telefonu. Mi natomiast chodzi o przedwzmacniacz pracujący na wejściu mikrofonowym modułu GSM. To jednak dwie trochę różne sprawy.

[gustaw353]

Kol. Atlantis, domyślam się, że chcesz "starą" słuchawkę przystosować do pracy z telefonem komórkowym - czyli można to wyobrazić sobie jako zestaw słuchawkowy w starym, retro-stylu.
Więc wetknij do tej słuchawki taki nowy zestaw tylko zamiast oryginalnej słuchaweczki wkładanej do ucha podłącz W-66. Nie potrzebny jest tu jakikolwiek wzmacniacz.
Speakerphone Load 25 to 39 ohm - W-66 ma tych ohm'ów więcej ale to w niczym nie przeszkadza.
Dodatkowo pod widełki w starym aparacie podłóż ten µ-prztyk, który jest zainstalowany na kablu przy mikrofonie zestawu słuchawkowego. Podnosząc słuchawkę może by można wywoływać funkcję odbierz/zakończ lub coś podobnego. Oczywiście należy obmyśleć mechanizm klikający raz podczas podnoszenia i raz podczas odkładania słuchawki.

[Atlantis]

Nie... Chodzi o coś więcej, projekt jest bardziej złożony. Już kiedyś o nim wspominałem w innym wątku.
Mianowicie jakiś czas temu w moje ręce wpadła obudowa starego, polskiego telefonu RWT (kompletny od zewnątrz, częsciowo zdekompletowane wnętrze). Postanowiłem przystosować go do wykonywania połączeń GSM, nie chodzi jednak o zestaw słuchawkowy ale o autonomiczne urządzenie. Używam mikrosterownika AVR do odczytywania numerów z tarczy oraz stanu widełek, a także sterowania elektromechanicznym dzwonkiem. Przez USART mikrosterownik a komunikuję się z modułem GSM (taki, jakie wykorzystuje się w automatyce do telemetrii czy wysyłania powiadomień). Moduł posiada też wejście/wyjście audio z osobną masą analogową.

Początkowo planowałem wykorzystać oryginalny mikrofon węglowy, jednak zrezygnowałem z tego pomysłu z uwagi na szumy spowodowane przesypywaniem się proszku oraz duży pobór prądu. Zamontowałem w słuchawce mikrofonik elektretowy. Co do W66 to jednak wolałbym zostawić ją na miejscu.

Pozostaje jeszcze kwestia generowania dialtone'u - założenie jest takie, że po podniesieniu słuchawki (bez rozmowy przychodzącej) mikrosterownik pyta moduł o poziom sygnału. Jeśli jest jakikolwiek - odtwarza dialtone. Jeśli jesteśmy poza zasięgiem - słuchać sygnał zajętości. Wygenerowanie odpowiednich częstotliwości nie powinno być dla uC problemem (w najprostszej wersji zmienianie stanu linii, w bardziej złożonej generacja sinusoidy przez PWM). Pozostaje jednak kwestia odpowiedniego doprowadzenia obydwu sygnałów do wejścia wzmacniacza słuchawkowego, przy uwzględnieniu osobnej masy cyfrowej i analogowej.

Na chwilę obecną telefon w dużej mierze działa. Program prawidłowo inicjuje pracę modułu. Mogę wykręcać numery i odbierać połączenia. Dzwoni elektromechaniczny dzwonek. Oczywiście nic nie słychać z uwagi na brak słuchawki i mikrofonu.
Potem pozostanie mi już tylko zrobienie zasilania z akumulatorka 3,6V (plus układ ładowania) i wytrawienie płytki do ostatecznej zabudowy wewnątrz bakelitowego telefonu.

[gustaw353]

Atlantis:
„Postanowiłem przystosować go do wykonywania połączeń GSM, nie chodzi jednak o zestaw słuchawkowy ale o autonomiczne urządzenie”
- nie sądzisz chyba, że proponuję Ci byś paradował ze starą słuchawką w garści podłączoną do trzymanej w kieszeni komórki ?
Atlantis:
„Co do W66 to jednak wolałbym zostawić ją na miejscu. „
„Na chwilę obecną telefon w dużej mierze działa. Program prawidłowo inicjuje pracę modułu. Mogę wykręcać numery i odbierać połączenia. Dzwoni elektromechaniczny dzwonek. Oczywiście nic nie słychać z uwagi na brak słuchawki i mikrofonu.”
- no to przeczytaj jeszcze raz to co napisałem wcześniej:
„Więc wetknij do tej słuchawki taki nowy zestaw tylko zamiast oryginalnej słuchaweczki wkładanej do ucha podłącz W-66. Nie potrzebny jest tu jakikolwiek wzmacniacz..
Speakerphone Load 25 to 39 ohm - W-66 ma tych ohm'ów więcej ale to w niczym nie przeszkadza.”

[Atlantis]

nie sądzisz chyba, że proponuję Ci byś paradował ze starą słuchawką w garści podłączoną do trzymanej w kieszeni komórki?

Wiem, wiem. Po prostu określenie tego mianem "zestawu słuchawkowego" nie do końca moim zdaniem oddaje charakter projektu. Zestaw słuchawkowy to słuchawka i mikrofon podpięte do komórki. Tutaj mam jeszcze obsługę tarczy, widełek i elektromagnetycznego dzwonka. Zamiast typowej komórki jest moduł GSM montowany na PCB, a sterowanie odbywa się przez komendy AT wysyłane za pomocą USART.
A zestaw słuchawkowy w formie wielkiej słuchawki retro, podpinanej do komórki można spokojnie dostać na Allegro.

no to przeczytaj jeszcze raz to co napisałem wcześniej:
„Więc wetknij do tej słuchawki taki nowy zestaw tylko zamiast oryginalnej słuchaweczki wkładanej do ucha podłącz W-66. Nie potrzebny jest tu jakikolwiek wzmacniacz..

Pomijasz zasadniczy aspekt całej sprawy. W projekcie nie została wykorzystana jakaś standardowa komórka, ale sam moduł GSM. To po prostu mały kawałek PCB z podstawowymi elementami. Moduł łączy się z płytką główną za pomocą złącza z 28 pinami. Na pinach dostępne są podstawowe sygnały, często wymagające jeszcze pewnej "obróbki" - we/wy audio, usart + linie sterujące rs232 (oczywiście niskie poziomy napięć) oraz kilka innych. Tak samo jak nie skomunikujesz tego z komputerem po rs232 bez konwertera poziomów napięć, tak i podpięcie zestawu słuchawkowego raczej nie będzie tak banalnie proste, jak podpięcie zestawu słuchawkowego do telefonu.
W nocie katalogowej modułu napisano, iż podpięcie mikrofonu i słuchawki wymaga zastosowania zewnętrznych wzmacniaczy (niestety, nie podano dokładniejszych informacji). Również pewien elektronik, który używał podobnych modułów w swoich konstrukcjach dość jasno dał mi do zrozumienia, że przynajmniej mikrofonu [elektretowego] z pozytywnym skutkiem bez wzmacniacza nie podłączę.

Speakerphone Load 25 to 39 ohm - W-66 ma tych ohm'ów więcej ale to w niczym nie przeszkadza.”

To racja... Mimo wszystko wolałem się upewnić, ze względu na obecność wzmianki o wzmacniaczu słuchawkowym w nocie katalogowej. Bardziej zależy mi na wyjaśnieniu kwestii wzmacniacza mikrofonowego.
Poza tym stosując wzmacniacz mógłbym wygodnie wyłączać słuchawkę odcinając przekaźnikiem zasilanie całej sekcji ze wzmacniaczem mikrofonowym i słuchawkowym.

Tak swoją drogą czym powinienem się kierować przy doborze kondensatora sprzęgającego wyjście audio z W66? Całość mam traktować jak górnoprzepustowy filtr RC, w którym W66 pełni funkcję R? Czy może jest jeszcze jakiś aspekt, którego nie biorę pod uwagę?

[gustaw353]

No, teraz już kumam – myślałem, że chcesz do starego aparatu telefonicznego wepchnąć komurasa z całym tym dodatkowym otoczeniem.

Czy posiadasz jakiś schemat otoczenia tego modułu?
Czy słuchawkę należy łączyć przez kondensator ? Jeśli tak to dla W-66 wystarczy 10 µF lub nawet mniej – dobrać na słuch.
Można przekonać się czy taki kondensator jest w ogóle potrzebny. Wyjście połącz opornikiem (parę kiloomów) do masy lub do zasilania i gdy poziom napięcia stałego na tym wyjściu będzie cały czas to wtedy kondensator rozdzielający musi być. Oczywiście doświadczenie powie prawdę gdy podczas prób wyjście będzie aktywne – będzie włączone gadanie. Może tak być, że stopień końcowy m.cz. pracuje w klasie D, H itp wtedy kondensator ten jest ściśle określony przez producenta - wraz z słuchawką tworzy układ całkujący.
Co do mikrofonu: spora część zestawów głośnomówiących do tel. komórkowych, montowanych w samochodach, jest wyposażona w mikrofon z dodatkowym wzmacniaczem. Zestawy i akcesoria do komórek już niemodnych można posiąść za grosze. Sprawdź w punktach car-audio, serwisach CB, auto-serwisach itp. Gdzieś i u mnie, w jakimś kartonie trochę tego powinno być – poszukam.

[Atlantis]

Czy posiadasz jakiś schemat otoczenia tego modułu?

Moduł to Motorola D15. Jest prawie identyczny z późniejszą (i nieco bardziej popularną) wersją D18. Jedyna różnica z tego co mi wiadomo to brak obsługi transmisji danych przez GPRS.
Trudno znaleźć cokolwiek więcej na ich temat. Dokumentację otrzymałem kiedyś mailem. Można ją znaleźć także tutaj.

Czy słuchawkę należy łączyć przez kondensator ?

Prawie na pewno tak. Nie ma o tym co prawda bezpośrednio mowy w dokumentacji, ale pin pełniący funkcję wyjścia audio spełnia także inną rolę - jego chwilowe połączenie z masą rozpoczyna procedurę włączania/wyłączania modułu (istnieją dwa sposoby włączania, w zależności od przyjętych założeń - ja używam tego drugiego, wykorzystującego inny pin). Zresztą nota mówi też o wzmacniaczu, a przecież jakoś trzeba odseparować wyjście modułu od napięcia polaryzacji bazy pierwszego tranzystora wzmacniacza.

Jeśli tak to dla W-66 wystarczy 10 µF lub nawet mniej – dobrać na słuch.

W każdym razie czy dobrze rozumiem zasadę? Chodzi po prostu o filtr górnoprzepustowy RC, złożony ze słuchawki i kondensatora sprzęgającego? Nieco za duża pojemność kondensatora będzie w czymś przeszkadzała? Chodzi także o wytłumienie brumu?

Co do mikrofonu: spora część zestawów głośnomówiących do tel. komórkowych, montowanych w samochodach, jest wyposażona w mikrofon z dodatkowym wzmacniaczem. Zestawy i akcesoria do komórek już niemodnych można posiąść za grosze. Sprawdź w punktach car-audio, serwisach CB, auto-serwisach itp. Gdzieś i u mnie, w jakimś kartonie trochę tego powinno być – poszukam.

Wolałbym uniknąć montowania wewnątrz pozyskanych odzyskanych płytek połączonych drucikami.
Moja koncepcja przewiduje wytrawienie dopasowanej do wnętrza obudowy płytki, do której byłby przykręcony moduł GSM. Na niej znajdowały się elementy wchodzące w skład niezbędnych bloków: mikrosterownik, wzmacniacz mikrofonowy i słuchawkowy, mostek H sterujący dzwonkiem, bateria z układem zasilającym i sterownikiem ładowania itp.

[Atlantis]

Przeprowadziłem próbę z podłączeniem słuchawki przez kondensator 10uF.
Niestety - okazuje się, że wzmacniacz będzie potrzebny. Dźwięk słychać, ale za słabo. W absolutnej ciszy dałoby się normalnie rozmawiać, jednak przy jakichkolwiek głośniejszych dźwiękach w tle byłoby to niemożliwe albo przynajmniej niezwykle mało komfortowe.
W tej chwili słuchawka jest załączana przez jedną parę styków widełek (aby uniknąć sygnału dzwonka w słuchawce). Przy pierwszej próbie zauważyłem, że moduł zawiesił się/zrestartował po podniesieniu słuchawki (zwarciu styków) pomimo obecności kondensatora. Zauważyłem też jednak, że wkładką obecną w słcuahwce wcale nie była W66 ale jakaś inna, o oporności 150 omów. Wymieniłem ją tymczasowo na W66, zobaczę czy problem będzie się powtarzał (na razie go nie zauważyłem). Mimo wszystko chciałbym powrócić do oryginalnej wkładki, gdyż jest nieco cieńsza i lepiej pasuje do obudowy słuchawki.

Jaki układ wzmacniacza będzie najbardziej odpowiedni?