Китайский микрофон BM-700 (BM-800): по следам чужих идей и доработок

Очередная попытка внести изменения в конструкцию, навеянная чужими идеями.
Анализ схемы. Замеры АЧХ и THD.

1. Intro
Начну с того, что все радиолюбители приложили руки паяльник, чтобы улучшить этот популярный микрофон.
Букет ссылок на эту тему:
— Микрофоны — разновидности, свойства, применение
— Студийный конденсаторный микрофон или сверхглубокая модернизация китайского BM-700 (BM-800)
— Микрофон BM800. Попытка модернизации. Беда со звуком
— Alctron mc410
— Моддинг микрофона BM-700 (BM-800)
— Обзор, разборка и тест микрофонов с капсюлем 34мм. Усилитель от Rode NT1A
— Конденсаторный студийный микрофон по схеме FIN+
— Переделка микрофона Maono AU-A03T — установка однодюймового микрофонного капсюля. И далее...
— RFT Gefell MK102 с предусилителем по схеме FIN для работы от блока XLR фантомного питания +48 В
— Схема Tannoy tm1, исправляем ошибки

Если кому-то захочется купить BM700 для экспериментов, распродажа на али.

Пришло и моё время попытать счастья. ))
Естественно, поиграться с одним экземпляром — это неспортивно. Поэтому я начал сразу с двух.

2. Анализ схемы
Схема нашлась на просторах интернета:
Я лишь добавил фактические напряжения по постоянке.
Исправлены связи резистора 82кОм !

2.1 Первый каскад собран на полевом транзисторе 2sk596 по схеме с ОИ:
Для группы «B» даташит обещает следующие параметры:
Начальный ток стока 150-240 мкА. Замеренное значение 200 мкА, что полностью совпадает.

При крутизне характеристики 0,4мСм и стоковом резисторе 2,2кОм усиление 1-го каскада около единицы.
Правда, и Кг около 1,6%. Но это при 30мВ входном сигнале.
Поэтому каскад надо бы «превратить» в истоковый повторитель.

2.2 Второй каскад (фазорасщепляющий).
По всеобщему мнению, его можно упразднить.
Тогда получится примерно такая схема:

Прежде чем браться за бокорезы, запустил симулятор и «протестировал» 2-й каскад.
После исправления ошибки (связи резистора 82кОм) получилось «измерить» THD:
При входном напряжении 10мВ (действ.) Кг=0,002% всего.

Так что вырезать 2-й каскад можно, но смысла в этом немного: есть риск повредить печатную плату.
Поэтому я в очередной раз слентяйничал и решил оставить 2-й каскад как есть, ибо вреда от него как с козла молока никакого. ))

2.3 Дополнительное соединение нуля схемы с корпусом (обведено красным цветом)
Решение не моё: его рекомендует Noman.
Возможно, для каких-то модификаций (клонов) BM-700 это актуально.

Лично я в своих экземплярах проверил омметром сопротивление корпус — 1й контакт XLR: увидел ноль Ом и успокоился.

3. Замеры (схема и конструкция микрофона без изменений).
Шумовая полка:
Очень хорошо. )

АЧХ:
Супер! С файлом калибровки получается измерительный микрофон с XLR выходом.

Общий THD (динамик + микрофон):

3. Моделирование 1-го каскада
было выполнено с целью спрогнозировать, на сколько изменятся усиление и Кг, если схему с общим истоком заменить на схему с общим стоком (истоковый повторитель).
Исходная схема (вместо 2sk596 использован аналог по крутизне и начальному току стока 2n3687):
Усиление около двух, Кг=0,7%.

Схема истокового повторителя (также использован аналог 2n3687):
Усиление уменьшилось в 4 раза, Кг уменьшился в 3 раза.

Можно полагать, что с полевиком 2sk596 будет аналогично.

4. Установка резистора 2,2 кОм в исток 2sk596
Казалось бы, элементарная задача. Но час на это потратил.
Сначала порассматривал печать и запланировал сделать разрезы:
Что и сделал, хотя аккуратно не получилось:

Проверяю омметром результат: по прежнему ноль Ом между истоком и землёй схемы.
Я тупо ошибся: металлизированное отверстие около полевика даёт соединение с земляным полигоном с обратной стороны платы.
Так что разрезы бесполезны, зря потраченное время.

Всё равно пришлось выпаивать полевик, отгибать исток и уже к нему подпаивать 2,2 кОм:

5. Замеры THD для схемы с 2sk596 и 2,2 кОм в цепи истока
Было: _1,3% _0,51% 0,25%, 0,34%
Стало: 0,43% 0,17% 0,28% _0,39%

Так что изменения пошли на пользу. ))

7. КП303И
Осталось проверить вариант схемы с отечественным полевым транзистором.
Моделирование выполнено с аналогом BF245A:

КП303И из личных запасов, резисторы 10МОм из лабаза:

В плату запаяны только сток и затвор полевика.
2,2кОм запаян одним выводом в плату, другим выводом — непосредственно к истоку.
Ток стока 0,3 мА (измеренное значение), т.е. по 0,64В на каждом 2,2 кОм.

Сборку 20МОм (10+10МОм) пришлось припаять с обратной стороны:

Что получилось по шумам:
На воробьиный шаг лучше, чем с 2sk596.

THD с транзистором КП303И:
Чудо в очередной раз не произошло: цифры 1в1, как с полевиком 2sk596.

В итоге:
— время потрачено
— Кг удалось улучшить совсем немного
— снизить шумы НЕ получилось совсем

8. Источники шумов в микрофоне BM-700 (BM-800)
Прежде, чем и далее вносить «усовершенствования» в схему,
было бы полезно понять, что является источником шума.
И почему замена на КП303И потерпела фиаско?

Я же изначально полагал, что все шумы вносит 1-й каскад, т.е. полевик 2sk596.
Чтобы проверить идею, сток полевика был закорочен на землю:
Т.о. обеспечивается нулевой входной сигнал на входе 2-го каскада.

Измеряю и вижу:
Шум как был, так и остался!
Т.е. по факту шумят 2-й и выходные каскады. Нет слов!

Желающие могут послушать запись шума.

Из чего следует неутешительный ВЫВОД:
чтобы улучшить отношение сигнал/шум, необходимо или использовать капсюль со значительно бОлее сильным выходным сигналом, или заменять всю схему на сверхмалошумящую.
К таким же выводам пришёл и dima_k85, когда дорабатывал свой BM-700.

После очередного визита музы меня таки осенило!
Чтобы было понятно, нацарапал рисунок:
1-й каскад выполняет функцию согласования сопротивлений. Усиления сигнала при этом не происходит. Соответственно, к полезному сигналу добавляется шум полевого транзистора 2sk596 (кстати, 2sk596 не позиционируется как сверхмалошумящий).

Далее сигнал (+шум 1-го каскада) поступает на вход 2-го каскада.
Поскольку в 1-м каскаде усиление сигнала отсутствует, то на входе 2-го каскада уровень сигнала по напряжению такой же.
Т.е. требования по шумам ко 2-му каскаду такие же высокие, как и к 1-му каскаду.
Биполярные транзисторы 2-го и 3-го — это вовсе не малошумящие,
а обычные smd-шные общего назначения!
Поэтому 2-й каскад НАВАЛИВАЕТ ШУМОВ к слабому сигналу поболее, чем 1-й каскад.
Аналогично происходит и в 3-м (выходном) каскаде.

Таким образом, отношение сигнал/шум ухудшается в каждом каскаде микрофона.
В результате имеем… Ну, все поняли.

Схемотехническая ошибка в микрофонах BM-700 (BM-800) оказалась простая:
нет усиления сигнала в 1-м каскаде.
Способ исправления: замена полевика 2sk596 на сверх малошумящий полевик с крутизной характеристики S=10 мСм и более.
Да, шум от 1-го каскада также добавится к сигналу.
Но уже на входе 2-го и 3-го каскадов сигнал будет в 10-20 раз больше по напряжению.
Соответственно соотношение сигнал/шум значительно улучшится.

Забегая немного вперёд, внесу интригу: идея уже проверена и работает.
Но материал об этом ещё не упорядочен…

9. Выводы
Чужие идеи интересны и с виду логичны, но порой безрезультатны. ((

Добавление резистора в цепь истока 1-го каскада НЕ снижает шум схемы,
а лишь снижает усиление и коэффициент гармоник (THD).

В результате пригодность микрофона для измерительных задач намного улучшается.
Что, собственно, и требовалось.

Вопрос с шумами остался открытый. Поэтому есть, куда направить силы. ;)

Всем удачных экспериментов!