Zgodnie z zapowiedzią sprzed miesiąca, chce-
my zająć się (przed)wzmacniaczami audio
o bardzo dużym wzmocnieniu. Przy okazji
natkniemy się na bardzo istotny problem
samowzbudzenia i szumów. Wszystko to
będziemy mogli zbadać dość dokładnie, jeśli
zrealizujesz projekt:
Whisper, czyli podsłuchiwacz szeptów, który
jest w istocie bardzo czułym przedwzmac-
niaczem. Powtarzam, że przy wykorzysta-
niu popularnych wzmacniaczy operacyjnych,
wzmocnienie jednego wzmacniacza audio,
odwracającego czy nieodwracającego, nie
powinno być większe niż 100x (40dB), a jesz-
cze lepiej, żeby nie przekraczało 20...30x, czyli
26...30dB. Jeśli potrzebne byłoby większe
wzmocnienie, należy dodać kolejny stopień
wzmacniacza nieodwracającego lub odwraca-
jącego. I właśnie taką sytuację mamy, gdy chce-
my zrealizować nasz podsłuch przewodowy.
Wcześniej poznałeś wzmacniacze
przebiegów zmiennych: odwraca-
jący i nieodwracający – rysunki 4
i 8, które możesz potraktować jako
uniwersalne klocki i zrealizować
przedwzmacniacz dwustopniowy
(Uwaga! na rysunkach 5, 6, 7, 8
w EdW 5/2010 pojawił się błąd:
zamiana miejscami oznaczeń + i
– wejść wzmacniacza operacyj-
nego).

Mógłby to w zasadzie być

układ z rysunku 10, ale ma on
pewne wady, w tym niezbyt dużą
rezystancję wejściową. Większe
możliwości da zastosowanie na
wejściu wzmacniacza nieodwra-
cającego, a w drugim stopniu
– odwracającego, jak na rysun-
ku 15. Wartości elementów takiej
wersji można dobrać według
wcześniejszych wskazówek.

Układ może być prostszy, jak

na rysunku 16, gdzie jest jeden
obwód sztucznej masy. Ja zrea-
lizowałem podsłuchiwacz szep-
tów właśnie według tego rysunku
– na fotografii 17 pokazany jest
model zasilany z baterii 9V. Do

jego wyjścia możesz dołączyć jakiekolwiek
słuchawki. W zasadzie mógłbyś jego wyjście
dołączyć do wejścia AUX (lub innego linio-
wego) wzmacniacza z domowego systemu
audio, jak robiliśmy to wcześniej. Jednak
przy tak dużym wzmocnieniu, wykorzystanie
wzmacniacza i kolumn spowoduje dodat-
kowe problemy (m.in. ryzyko uszkodzenia
głośników), dlatego mocno zachęcam, żebyś
do wyjścia przedwzmacniacza dołączył słu-
chawki; chyba że słuchawki dołączysz do
wzmacniacza mocy, wyłączając głośniki. W
zestawie EdW A07 nie ma słuchawek ani
gniazda słuchawkowego, więc musisz jakoś
sobie poradzić we własnym zakresie. Ale
jestem przekonany, że jakieś słuchawki (np.
od empetrójki) znajdziesz w domowych
zapasach i ich podłączenie zrealizujesz w
prosty sposób, nawet bez gniazdka. Ja, choć w
swoich zapasach posiadam gniazdka słuchaw-
kowe, na potrzeby tego ćwiczenia słuchawki

od empetrójki podłączyłem kawałkami drutu.
Po prostu owinąłem i szczypcami skręciłem
drut wokół końcówek słuchawek, co pokaza-
ne jest w zbliżeniu na fotografii 18. Zwróć
uwagę, że i fotografie, i schemat przedstawia-
ją słuchawki połączone szeregowo, a wspólna
końcówka (masa) jest niepodłączona. Jest to
nietypowe wykorzystanie słuchawek, które
włączone szeregowo pracują w przeciwfazie,
co przy okazji daje specyficzny efekt. Jednak
w tak prostym zastosowaniu jest to jak najbar-
dziej dopuszczalne.

Zwróć uwagę, że pierwszy stopień wzmac-

nia sygnały zmienne około 100x (teoretycznie
101x). Wzmocnienie drugiego stopnia można
zmieniać płynnie od zera do 100x. Czyli
wzmocnienie maksymalne jest ogromne i
wynosi 10000 razy.

Na początek proponuję, żebyś zasilił

ten wzmacniacz z zasilacza stabilizowane-
go 12V. Najpierw ustaw potencjometr PR1

mniej więcej w
połowie drogi. Nie
wkładaj słuchawek
do uszu, włącz
zasilanie. Poczekaj
kilka sekund, aż
naładują się kon-
densatory. Przy
podanych war-
tościach elemen-
tów wzmocnienie
będzie wtedy duże
i najprawdopodob-

niej także u Ciebie
system się wzbudzi
i słuchawki wyda-
dzą ciągły pisk.
Zlikwiduj ten pisk,
skręcając potencjo-
metr PR1 na mini-
mum rezystancji.
Gdy pisk zniknie,
nałóż słuchawki
i za pomocą PR1
delikatnie zwięk-
szaj wzmocnienie
aż do progu samo-
wzbudzenia.

Elektronika dla początkujących,

Elektronika dla początkujących,

czyli wyprawy na oślą łączkę

czyli wyprawy na oślą łączkę

Ćwiczenie 4. Whisper – podsłuchiwacz szeptów

EdW A07

EdW A07

+

+

+

+

+

+

+

+

TL082

wy

+U

zas

+U

zas

TL082

Rys. 15

+

+

+

+

+

+

+

U1A

TL082

U1A

TL082

+7...16V

U1B

TL082

U1B

TL082

R2 1kW

R2 1kW

R3

100kW

R3

100kW

R5

1MW

1MW

R6

1kW

R6

1kW

R7 100kW

100kW

sztuczna masa

sztuczna masa

R8

1kW

1kW

R4

100kW

100kW

R1

2,2kW

2,2kW

C1

1000 F

m

1000 F

m

C2

100nF

C3

100 F

m

100 F

m

C4

100nF

C5

10 F

m

10 F

m

C6

100 F

m

100 F

m

C8

1000 F

m

1000 F

m

PR1 100kW

PR1 100kW

słuchawki

stereo

+

Me

5

6

8

7

4

2

1

3

C7

100nF

Rys. 16

40

Ośla łączka

Elektronika dla Wszystkich

Lipiec 2010

Lipiec 2010

Elektronika dla początkujących,

czyli wyprawy na oślą łączkę

EdW A07

Przekonasz się, że w tym przypadku nie

można dowolnie zwiększać wzmocnienia,
bo nastąpi samowzbudzenie. I właśnie to
okazuje się podstawowym ograniczeniem w
podobnych systemach. Samowzbudzenie w
postaci pisku spowodowane jest tym, że zni-
koma część dźwięku ze słuchawek dociera
z powrotem do mikrofonu i tak tworzy się
dodatnie sprzężenie zwrotne, które zamienia
wzmacniacz w generator. U mnie nie można
było ustawić potencjometru PR1 więcej niż w
1/4 jego rezystancji maksymalnej.

Żeby przekonać się, że problem spowo-

dowany jest właśnie akustycznym sprzęże-
niem na drodze słuchawki – mikrofon,

odłącz

mikrofon i zamiast niego wstaw zworę.

Zwarcie wejścia do masy umożliwi dowol-

ne zwiększenie rezystancji potencjometru.
Ale zauważ, że zwiększanie rezystancji PR1
powoduje duży wzrost szumów. Na zwartym

wejściu sygnał jest równy zeru, więc są to
szumy własne naszego wzmacniacza. Ściślej
biorąc, są to głównie wzmocnione szumy
wejściowe pierwszego stopnia wzmocnienia.

Wzmacniacz TL082 do niskoszumnych

nie należy. Moglibyśmy zastosować TL072,
który ma trochę mniejsze szumy. Ale nawet
z kostką TL072, przy dużym wzmocnieniu,
szumy własne będą zaskakująco duże.

W tym miejscu muszę wspomnieć o nie-

realnych wyobrażeniach większości młodych
elektroników. Niestety, powszechne jest prze-
konanie, że przy budowie superczułego pod-
słuchu kluczowy problem polega na uzyskaniu
dużego wzmocnienia. To fałszywy wniosek –
jak widzimy, zwykły podwójny wzmacniacz
operacyjny bez problemu pozwolił zrealizo-
wać wzmacniacz przebiegów zmiennych o
wzmocnieniu 10 tysięcy razy. W razie potrze-
by można byłoby zwiększyć wzmocnienie

każdego ze stopni albo dodać jeszcze jeden
taki stopień i wzmocnienie, przynajmniej teo-
retycznie, wyniosłoby milion razy.

W teorii tak, ale w praktyce nie ma sensu

budowanie wzmacniacza o jeszcze więk-
szym wzmocnieniu. Jak się już przekona-
łeś, testując wzmacniacz ze zworą zamiast
mikrofonu, kluczowym problemem są szumy
własne. Gdybyśmy jeszcze bardziej zwięk-
szyli wzmocnienie, to jeszcze bardziej zwięk-
szylibyśmy te szumy. Kwestia szumów to
zagadnienie dość skomplikowane – zajmiemy
się tym na jednej z następnych wypraw.

A na razie wypróbuj w plenerze działanie

układu z rysunku 16. Gwarantuję, że zdziwisz
się, jak wtedy brzmią głosy ptaków, szum
samochodów czy gwizd odległego pociągu.
Efekty uzyskane nawet z tanim mikrofo-
nem elektretowym są naprawdę zaskakujące.
Koniecznie zaprezentuj tak zbudowany układ
rodzinie, zwłaszcza osobom starszym, o osła-
bionym słuchu. Może on bowiem pełnić rolę
prymitywnego aparatu słuchowego.

A w następnym odcinku dokładniej zbada-

my ten układ i zamiast mikrofonu elektreto-
wego wykorzystamy inne przetworniki.

Piotr Górecki

Fot.17

Fot.18

Podczas testów podsłuchiwacza szeptów

przy zwiększaniu wzmocnienia występuje
samowzbudzenie w postaci głośnego pisku.
W anglojęzycznej literaturze takie samo-
wzbudzenie nazywane jest efektem Larsena
(

Larsen effect). Przyczyną jest sprzężenie

akustyczne między głośnikiem (słuchaw-
kami) a mikrofonem. Przy dużym wzmoc-
nieniu wzmacniacza wystarczy, że zniko-
mo mała cześć dźwięku z głośnika dotrze
z powrotem do mikrofonu. Wzmacniacz

wzmocni ten sygnał i nastąpi „zapętlenie” –
dodatnie sprzężenie zwrotne. Częstotliwość
pisku zależy m.in. od drobnego opóźnienia
wynikającego ze stosunkowo małej prędko-
ści dźwięku w powietrzu, a także od właś-
ciwości akustycznych pomieszczenia i od
pasma przenoszenia systemu audio.

Jednym z głównych sposobów minima-

lizacji tego szkodliwego efektu jest zmniej-
szanie ilości dźwięku, który dociera z głoś-
ników z powrotem do mikrofonu. W dużych

systemach polega to m.in na odpowied-
nim rozmieszczaniu głośników w stosunku
do mikrofonów, stosowania mikrofonów o
dobranych charakterystykach kierunkowych.
W układzie podsłuchiwacza szeptów warto
tak nałożyć słuchawki, żeby jak najmniej
ich dźwięku wydostawało się na zewnątrz.
Należy też maksymalnie zwiększyć odleg-
łość między mikrofonem a słuchawkami.
W sumie jednak walka z samowzbudzeniem
akustycznym jest niełatwa.

TECHNIKALIA

41

Ośla łączka

Lipiec 2010

Lipiec 2010

Elektronika dla Wszystkich

R E K L A M A