W tym odcinku nadal będziemy wykorzysty-
wać układ z wcześniejszego rysunku 16, czyli
podsłuchiwacz szeptów. Na początek zbadajmy
ważny problem, dotyczący nie tylko mikrofonów
elektretowych. Otóż oprócz sprzężenia na dro-
dze słuchawki-mikrofon, występują jeszcze inne
drogi przenikania sygnału z wyjścia na wejście
wzmacniacza, co przy dużym wzmocnieniu skut-
kuje samowzbudzeniem. Dlatego we wzmacnia-
czach wielostopniowych tak ważne jest staranne
filtrowanie obwodów zasilania. To zagadnienie
jest szerzej omówione w Technikaliach.

W każdym razie problem nie leży tylko

w dużym wzmocnieniu. Przekonaj się o tym
sam w układzie podsłuchiwacza z rysunku
16. Usuń mikrofon, ale nie wstawiaj zwory
zamiast mikrofonu, żeby wejście pozostało
niepodłączone. Usuń też kondensator C1.
Zwiększaj rezystancję PR1.

Układ się wzbudzi, i to już przy stosun-

kowo niewielkiej rezystancji potencjometru
PR1. Tym razem nie będzie to jednak cienki
pisk, tylko terkot – wzbudzenie prawdopo-
dobnie będzie mieć częstotliwość kilku her-
ców. Tak czy inaczej oznacza to, że w ukła-
dzie występuje dodatnie sprzężenie zwrotne.
Nie ma mikrofonu, więc nie jest to sprzężenie
na drodze słuchawki–mikrofon.
Odłącz na chwilę C8 – czę-
stotliwość i ton terkotu w słu-
chawkach zmieni się. Wskazuje
to, że tym razem przyczyną
samowzbudzenia jest sprzęże-
nie przez obwody zasilania, a
konkretnie przez dodatnią szynę
zasilania. Sprawa jest dokładniej
wyjaśniona w Technikaliach.

Przekonaj się teraz osobiście,

jak duże znaczenie ma kondensa-
tor C1. Najpierw bez mikrofonu
i kondensatora C1 ustaw poten-
cjometr PR1 na progu wzbu-
dzenia – terkotu. Wstaw jako
C1 kondensator 100uF – teraz
bez ryzyka wzbudzenia można
wyraźnie zwiększyć rezystancję
PR1, czyli zwiększyć wzmoc-

nienie. Po wstawieniu C1=1000uF prawdopo-
dobnie będzie można zwiększyć rezystancję
PR1 do maksimum. Przynajmniej u mnie tak
było – nawet przy maksymalnej oporności
PR1 terkot się nie pojawił, ale w słuchawkach
wystąpił silny przydźwięk sieci – wzmocnio-
ne zakłócenia z sieci energetycznej, przenika-
jące na wejście.

Warto przeprowadzić takie próby z roz-

wartym mikrofonem i różnymi pojemnościami
C1 zarówno przy zasilaniu ze stabilizowane-
go zasilacza sieciowego, jak i przy zasilaniu
bateryjnym – efekty będą inne. Podczas takich
eksperymentów zapewne zauważysz, że przy
dużym wzmocnieniu, oprócz szumu, w słu-
chawkach wyraźnie słychać przydźwięk (brum)
sieci 50Hz. Na razie ten wątek pominiemy.

Jeśli chcesz, możesz też sprawdzić zacho-

wanie układu, po usunięciu kondensatorów
filtrujących C3, C4, C7, C8. Mój model pra-
cował w miarę poprawnie nawet po usunięciu
tych czterech kondensatorów. Nie lekceważ
jednak problemu filtrowania (odsprzęgania)
obwodów zasilania i sztucznej masy – nie-
kiedy brak takich kondensatorów powoduje
dziwne, nie zawsze występujące, a przez to
trudne do zdiagnozowania problemy. Niech
zawsze Twoje układy mają takie konden-

satory odsprzęgające. Kosztują niewiele, a
zaoszczędzą Ci wielu kłopotów.

Opisane próby z kondensatorami C1, C3,

C4, C7, C8 są bardzo pouczające i powinieneś
obowiązkowo je wykonać, ale nie zapomnij,
że układ z rysunku 16, zasilany z baterii 9V,
jest też znakomitą zabawką.

A teraz kilka innych propozycji. Nasz

wzmacniacz ma dużą rezystancję wejścio-
wą, praktycznie równą R5, dlatego w roli
mikrofonu można wykorzystać inne, zupełnie
nietypowe przetworniki.

Na początek zamiast mikrofonu wstaw...

fotorezystor według rysunku 19a. Otrzymałeś
mikrofon świetlny. Możesz go wypróbować,
skierowując go na różne źródła światła, w
tym na świetlówki i żarówki. Sprawdź, jak
reaguje on na sygnał podczerwieni z pilota od
sprzętu RTV. Ponieważ nagłe zmiany oświet-
lenia mogą powodować zaniki dźwięku w
słuchawkach, możesz zmniejszyć pojemność
C2 do 10nF, a nawet 1nF – wtedy takich zani-
ków nie będzie.

Fotorezystor to stosunkowo powolny prze-

twornik. Zamiast niego lepiej byłoby wstawić
fotodiodę lub fototranzystor. Wprawdzie w
zestawie EdW A07 nie ma fotodiody, ale może
masz takową z wcześniejszych wypraw na

Oślą łączkę. Gdybyś wyko-
rzystał fotodiodę, możesz
ją włączyć w dowolnym
kierunku. Włączając foto-
diodę w kierunku zaporo-
wym według rysunku 19b,
koniecznie zwiększ wartość
R1 z 2,2k

Ω do 100kΩ.

Włączając fotodiodę w kie-
runku przewodzenia, możesz
albo pozostawić rezystor R1
(2,2k

Ω...100kΩ), albo usu-

nąć według rysunku 19c.
Od biedy w roli fotodiody,
czyli elementu odbiorcze-
go, mógłbyś użyć zwykłej,
czerwonej diody LED, ale
powinna to być dioda z
przezroczystą soczewką.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

+

+

+

R2 1k

W

R2 1k

W

R2 1k

W

R2 1k

W

R1

R1

R5

2,2k

W

2,2k

W

100k

W

100k

W

1...
22M

W

1...
22M

W

L
1 H...
100mH

m

L
1 H...
100mH

m

C1

C1
100...

1000 F

m

1000 F

m

1000 F

m

1000 F

m

C2

C2

C2

C2

C2

C2

C2

1...100nF

1...100nF

1...100nF

100nF

100nF

100nF

100nF

K

A

fotodioda
lub
LED czerw.

fotodioda
lub
LED czerw.

antenka
15cm
drutu

antenka
15cm
drutu

K

A

Rys. 19

Elektronika dla początkujących,

Elektronika dla początkujących,

czyli wyprawy na oślą łączkę

czyli wyprawy na oślą łączkę

Ćwiczenie 4. Podsłuchiwacz różnych sygnałów

EdW A07

EdW A07

37

Ośla łączka

Sierpieñ 2010

Sierpieñ 2010

Elektronika dla Wszystkich

38

Ośla łączka

Elektronika dla Wszystkich

Sierpieñ 2010

Sierpieñ 2010

Przy barwionej soczewce efekt będzie dużo
gorszy, wręcz żaden.

A teraz usuń całkowicie elementy obwodu

polaryzacji R1, R2, C1. Musisz wiedzieć,
że zamiast mikrofonu elektretowego można
zastosować mikrofon dynamiczny. Wtedy nie
są potrzebne obwody polaryzacji, bo taki
mikrofon sam z siebie wytwarza niewielkie
napięcie. Warto też dla ciekawości zastosować
w roli mikrofonu dynamicznego... zwyczajny
głośnik według rysunku 19d. Wypróbuj taką
wersję! Zwykły głośnik, np. ten malutki,
który masz w zestawie EdW A07, ma czułość
zdecydowanie mniejszą niż mikrofon elek-
tretowy i ogólnie da słaby efekt. Niemniej
przekonasz się, że niewątpliwie głośnik może
być mikrofonem.

Bardzo interesujące efekty można uzyskać,

dołączając do wejścia membranę piezo (ale
nie brzęczyk piezo, tylko samą membranę, bez
elektorniki) według rysunku 19e. Membranę
taką (w obudowie) masz w zestawie EdW A07.
Membrana piezo jest odwracalnym, czyli dwu-
kierunkowym przetwornikiem elektroakustycz-
nym o specyficznych cechach. Z powodzeniem
może pracować jako mikrofon, ale oporność
wewnętrzna takiego mikrofonu jest bardzo duża
i duża musi też być rezystancja wejściowa
wzmacniacza, wyznaczona przez R5. Wystarczy
R5 o wartości 1M

Ω, ale można wypróbować

działanie przy R5=10M

Ω lub 22MΩ. Taki pie-

zoelektryczny mikrofon da duży sygnał i trzeba
będzie zmniejszyć wzmocnienie.

Niesamowite efekty można uzyskać,

wykorzystując piezoelektryczny mikrofon
kontaktowy, który będzie reagował nie na
drgania powietrza, tylko wibracje ciał stałych
lub cieczy. W zasadzie należałoby przykleić
membranę piezo, np. na szybie, ścianie, ale
możesz próby przeprowadzić bez klejenia,
dociskając samą membranę do drgających
przedmiotów. Zanurzenie zaizolowanej przed
wpływem wilgoci membrany w wodzie da
hydrofon, czyli podwodny mikrofon.

Nasz czuły wzmacniacz może też być sku-

tecznym wykrywaczem wolnozmiennych pól

magnetycznych i elektrycznych. Włącz według
rysunku 19f pętlę zawierającą kilka zwo-
jów drutu lub popularny miniaturowy dławik,
podobny do rezystora. Zbliż potem układ z
tym dławikiem do pracującego transformatora
– przekonasz się, że w pobliżu transformatora
pola magnetyczne 50Hz jest silniejsze.

Możesz też zrobić z naszego wzmacniacza

wykrywacz pola elektrycznego – wystarczy
do wejścia dołączyć kilkunastocentymetrowy
kawałek drutu – antenkę, według rysunku
19g. Warto wtedy zasilić przyrząd z baterii. W
tym wypadku jednak możesz zaobserwować
dziwne na pozór zachowania. Nie przejmuj
się tym. Sprawdź, czy dwie ostatnie wersje
mogłyby być wykrywaczem prze-
wodów energetycznych w ścianach.

Możesz wypróbować jeszcze inne

przetworniki, które są dostatecznie
szybkie, by dać sygnały o częstotli-
wościach z zakresu akustycznego.
Nie nadają się tu natomiast powolne
przetworniki, jak na przykład termistor

– zmiany jego parametrów są zbyt powolne, żeby
wykryć je na słuch.

Ja przeprowadziłem szereg testów, także

przy użyciu większych, lepszych słuchawek.
Mój zmodyfikowany model z membraną
piezo i innymi testowanymi przetwornikami
jest pokazany na fotografii 20

Gorąco namawiam Cię, żebyś nie poprze-

stał na przeczytaniu tego opisu! Zrealizuj pro-
ponowane ćwiczenia! Nie żałuj na to czasu.
Doświadczenia, które zdobędziesz, okażą się
ogromnie cenne, a przy okazji zaznasz wiele
radości, odkrywając tajemnice świata dźwięków.

Piotr Górecki

Testy podsłuchiwacza z wyjętym mikro-

fonem potwierdziły, że samowzbudzenie
może też wystąpić na drodze innej niż aku-
styczna. Problem występuje szczególnie w
przypadku mikrofonu elektretowego, gdzie
szkodliwe sprzężenie następuje przez dodat-
nią szynę zasilania i obwód polaryzacji
mikrofonu. Problem został już po części
zasygnalizowany wcześniej na rysunku
7 oraz w Technikaliach na rysunku L.
Stwierdziliśmy wtedy lakonicznie, że
problem polega na przenikaniu „śmieci” z
dodatniej szyny zasilania. Te „śmieci” nie
tylko zwiększają poziom szumów. W grę
wchodzi też ryzyko samowzbudzenia. Nie
byłoby żadnego problemu, gdyby napię-
cie zasilające było „idealnie czyste”. Ale

nigdy tak nie jest. W przypadku samowzbu-
dzenia przez obwody zasilania nie interesuje
nas poziom szumów, wytwarzanych przez
zasilacz. Przyczyną problemu jest niezerowa
rezystancja obwodu zasilania. Gdyby źródło
zasilania było idealne, o zerowej rezystancji
wewnętrznej, jak na rysunku A1, to nie
byłoby problemu samowzbudzenia przez

obwód zasilania. W rzeczywistości każdy
zasilacz i każda bateria mają jakaś rezystancję
wewnętrzną R

W

, a do tego dochodzi niewiel-

ka, ale jednak znacząca rezystancja drutów i
ścieżek (R

D

). W rezultacie możemy naryso-

wać schemat zastępczy naszego podsłuchiwa-

TECHNIKALIA

+

R

P

R

P

E

M

U

=

const

ZAS

U

=

c

o

n

s

t

Z

A

S

Rys. A1

+

R

P

R

P

R

D

R

D

R

W

R

W

E

M

U

const

ZAS

=

U

c

o

n

s

t

Z

A

S

=

I

Z

I

Z

R

S

R

S

Rys. A2

Fot. 20

Uwaga!

Nie zlekceważ proponowanych ćwiczeń!

Wszystkiego opisać się nie da.

Trzeba tego osobiście „dotknąć”.

Nie szczędź czasu na eksperymenty!

39

Ośla łączka

Sierpieñ 2010

Sierpieñ 2010

Elektronika dla Wszystkich

cza szeptów jak pokazuje
rysunek A2. Prąd zasilania
I

Z

wywołuje na szkodliwej

rezystancji obwodu zasi-
lania (Rs) spadek napięcia
Us = I

Z

*Rs. Rzeczywiste

napięcie zasilające U

ZAS

nie jest jednakowe i równe
E, tylko zmienia się, zależ-
nie od prądu I

Z

. Na razie

nie widać może przyczy-
ny problemów, ale trzeba
pamiętać, że w czasie pracy, przez głośnik
(słuchawki) płynie stosunkowo duży prąd
zmienny. Co najważniejsze, prąd zasilania
I

Z

, znacząco zmienia swoją wartość, zależnie

od sygnału w głośniku. Czyli na rezystancji
Rs występuje niewielkie napięcie zmienne.
Oznacza to, że napięcie zasilające U

ZAS

nie

jest „czyste”, tylko występuje tam niewielka
składowa zmienna. I właśnie ta składowa
zmienna przechodzi przez rezystor Rp wprost
na wejście wzmacniacza, jak pokazuje to
rysunek A3. Wzmacniacz ją wzmacnia i
dostarcza wzmocniony sygnał do głośnika,
powodując wahania prądu zasilania.

Niewątpliwie występuje tu sprzężenie

zwrotne. Sytuacja jest skomplikowana i w
pewnych warunkach i dla pewnych częstotli-
wości sprzężenie to jest ujemne, dla innych
dodatnie. W każdym razie sprzężenie to jest
niewielkie. Tym mniejsze, czym mniejsza jest
rezystancja R

S

, będąca sumą R

D

+R

W

.

Jeśli wzmocnienie wzmacniacza jest nie-

wielkie, problemu nie ma. Ale przy odpowied-
nio dużym wzmocnieniu, dla jakiejś częstotli-
wości, wypadkowe sprzężenie staje się dodat-
nie i na tyle silne, że następuje powstanie i
utrzymanie drgań. Ponieważ
w obwodzie zasilania zazwy-
czaj włączone są też konden-
satory o znacznej pojemno-
ści, opóźniają one zmiany i
częstotliwość drgań jest mała
– my zaobserwowaliśmy ter-
kot o częstotliwości kilku
herców.

Aby zmniejszyć sygnał

przechodzący z szyny zasi-
lania na wejście, zastoso-
waliśmy filtr R2C1. Także
rezystancja wypadkowa

( d y n a m i c z n a )
mikrofonu lub
innego przetwornika R

X

, tworzy z rezystan-

cją R

P

dzielnik, zmniejszający szkodliwy

sygnał – rysunek A4. Sprawdziliśmy prze-
cież, że czym większa pojemność C1, czyli
czym lepiej filtr ten tłumi tętnienia z szyny
zasilania, tym bardziej mogliśmy zwiększyć
wzmocnienie bez ryzyka wystąpienia ter-
kotu. Kondensator C1 zwiera te szkodliwe
sygnały do masy - zmniejsza je.

A gdy podczas testów zamiast mikrofonu

wstawiliśmy zworę, czyli zmniejszyliśmy R

X

do zera, to skutecznie zwarliśmy te szkodliwe
przebiegi do masy i praktycznie całkowicie
zlikwidowaliśmy przenikanie szkodliwego
sygnału z szyny zasilania na wejście – mogli-
śmy wtedy bez ryzyka zwiększać wzmocnie-
nie potencjometrem PR1.

Takie szkodliwe sygnały mogą przenikać

do układu nie tylko przez rezystory R1 (R

P

)

i R2, ale też przez rezystor R3 w obwodzie
sztucznej masy. Dlatego stosujemy konden-
satory C3, C4, zwierające takie „śmieci”
do masy. W tłumieniu pomagają też kon-
densatory C7, C8. Kondensatory te byłyby
niepotrzebne, gdyby zasilacz miał zerową

rezystancję wewnętrzną
i gdyby zapewnił „ide-
alnie czyste” napięcie
zasilania

W sumie przyczyną

samowzbudzenia zawsze
jest przenikanie sygnału
z wyjścia wzmacniacza
na jego wejście. W ćwi-
czeniach zaobserwowa-
liśmy dwie drogi: aku-
styczną z głośnika do
mikrofonu i elektryczną

przez dodatnią szynę zasilania. Ale oprócz
tego występują jeszcze inne drogi przenikania
sygnału z wyjścia na wejście.

Otóż przyczyną samowzbudzenia mogą

też być szkodliwe spadki napięcia w obwo-
dzie masy. Tylko teoretycznie obwód masy
wszędzie ma jednakowy potencjał. W rze-
czywistości występują tam rezystancje prze-
wodów i ścieżek, co w dużym uproszczeniu
zilustrowane jest na rysunku A5. Rezystancje
i spadki napięć w obwodzie masy także mogą
być przyczyną samowzbudzenia, dlatego tak
ważne jest prawidłowe prowadzenie obwodu
masy, zwłaszcza tych jej fragmentów, gdzie
płyną duże prądy. Na razie nie będziemy
jednak wnikać w szczegóły tego obszernego
zagadnienia.

Poważne problemy z samowzbudzeniem

występują też we wzmacniaczach, obję-
tych pętlą globalnego ujemnego sprzężenia
zwrotnego. Przy wysokich częstotliwościach
sprzężenie z ujemnego staje się dodatnie i
wzmacniacz wzbudza się, na takich wyso-
kich, zwykle ponadakustycznych częstotli-
wościach. Ale to też oddzielny, bardzo sze-

roki temat.

Przyczyną kłopo-

tów może być również
przenikanie sygnału
z wyjścia na wejście
przez pole magne-
tyczne i elektryczne
– samowzbudzenie
może powstać także w
ten sposób, ale raczej
tylko w niedbale zrea-
lizowanych wzmacnia-
czach o bardzo dużym
wzmocnieniu.

TECHNIKALIA

+

R

S

R

S

R

P

R

P

E

U=

I

R

S

Z

x

S

U

=

I

R

S

Z

x

S

I

Z

I

Z

I

Z

I

Z

Rys. A3

+

E

+

R

P

R

P

R2

C1

R

S

R

S

R

X

R

X

I

Z

I

Z

I

Z

I

Z

Rys. A4

+

+

+

+

+

+

+

+

TL082

wy

+U

zas

+U

zas

TL082

Rys. A5

R E K L A M A