用于麦克风的 48V 幻象馈电电源
介绍
由于一些令我费解的原因，网上很少有像样的 48V 幻象电源原理图。我所见过的那些要么非常粗糙，要么需要使用（自然）几乎无法获得的特殊变压器（或两者兼而有之）。相比之下，几乎任何地方都可以获得15-0-15V变压器，但遗憾的是，经过整流和滤波后没有足够的电压。
幸运的是，这不是问题，因为倍压器电源将提供足够的电压，并且易于构建。这里的设计正是利用了这一点，并允许使用现成的变压器和其他低成本部件，从而提供具有极好的性能的电源。如图所示，没有短路保护，但幻象电源无论如何都不太可能短路，因此这不是限制。
在网上可用的设计中，P30混频器中所示的电源（见图 3）与此处所示的设计类似，但没有那么精致。
幻象电源的另一个版本（相当常见）使用振荡器和电压倍增器来提供 48V（或左右）电源，但由于非常差的调节和固有的无法提供足够电流的原因，这些并不合适（IMO）。短路时可从标准幻象电路（使用 6.81k 电阻器）汲取的最大电流为 14mA。由于所有幻象供电系统都需要一定的工作电压（典型值约为 10V），因此每个供电电路消耗的最大实际电流约为 11mA。当然，有些人画的会比这个少。即使如此，倍压器电源也将难以提供如此微弱的电流，并且电池消耗也会很高。
还有不少建议您可以使用低至 18V 的幻象供电（使用一对 9V 电池），但除非指定麦克风或 DI 盒（例如）在如此低的电压下工作，否则我不推荐它 - 动态余量将急剧减少，即使在相对较低的水平上，失真也会成为问题。有些设备根本无法工作。推荐的最低幻象电源电压是 30V，我认为对于大多数情况来说这个电压也太低了。
该设计的输出电流在 48V 时的额定输出电流为 100mA，不过您可以得到更多 - 通过一些改变，200mA 并不是不合理的，即使如此，输出纹波预计也将远低于 1mV。仿真给出了 200mA 时峰峰值为 10uV 的数字，但这可能相当乐观。
可能很少有人会需要建议的最大输出电流，因为 200mA 能够同时为多达 20 个幻象供电麦克风供电。我的建议是将最大电流保持在 100mA 或更低。
描述
该电路如图 1 所示，如上所述，使用倍压整流器。二极管D1和D2是1N4004或类似的。从那里，一对电阻器为次级过滤器盖提供额外的平滑作用。 R3用于平衡C3和C4两端的电压，不能省略。
图 1 - 48V 电源（P96A PCB）
所示的稳压器是在引入 3 端稳压器 IC 之前非常常见的拓扑结构，此处使用该拓扑是为了不需要高压稳压器。这些比标准版本更难获得，并且仍然需要额外的电路，因为 48V 版本尚未制造。虽然电路看起来很复杂，但构建起来非常容易（特别是使用 PCB 时）。
齐纳二极管为参考电压，Q3（误差放大器）将 1/2 输出电压与齐纳电压进行比较。如果输出电压增加（例如，因为负载电流减少），Q3 会更加导通，从而消除 Q2（以及 Q1）的基极驱动，从而将输出电压降低至预设值。
可以看出，没有进行任何调整，这意味着 48V 可能比额定电压稍高（或更低）。但这不是问题，所有幻象馈送麦克风都可以毫无问题地处理这种变化。
负载调节比您预期的要好得多，满负载 (100mA) 和空载之间通常有 100mV 的变化。在200mA负载时，与空载电压相比，电压下降不到150mV。线路（输入）调节也相当好，+20% 和 -20% 输入电压、100mA 负载时输出变化小于 200mV。
48V 稳压器的最大建议负载为 100mA，但如果您准备好为 Q1 提供足够好的散热器，它可以提供高达 200mA 的电流。最大交流电压为 30V，200mA 时 Q1 的功耗将接近 5W，因此高效的散热器至关重要。您还必须将 R1 和 R2 减小至 10 欧姆 1W，否则它们会在 200mA 电流下烧毁。对于长期可靠性而言，100mA 的最大电流要安全得多。如果允许最多 10 个幻象供电麦克风，每个麦克风消耗约 10mA 的典型电流，那么电流仍然只有 100mA，因此这几乎不是一个限制。
交流输入电压是一个令人烦恼的问题。正常范围为 25 至 30V 交流电，但至少一位客户发现他们有 50V 绕组可用，非常适合幻象电源。不幸的是，如果将其应用到电路的输入（如图所示），电源将会出现故障，因为总电压约为 140V。
图 1A - 使用 50-60V AC 48V 输入的改进整流器
要使用单个 50-60V 绕组，只需用 100k 电阻器替换 D1 和 D2，连接 AC1 和 AC2 端子，然后应用外部桥式整流器的输出，如图所示。正极连接到 D1 位置的阴极连接（C1 的正极端子），负极连接到 D2 连接的阳极（C2 的负极端子）。外部电桥可以在一小块 Veroboard 上轻松制作，如果您愿意，也可以使用 1A 电桥组件。绝对确保极性正确 - 如果极性错误，过滤器盖和调节器将会被损坏！
下一个问题是如何将幻象电源实际发送到麦克风而不是混音器输入电路。后者不会对施加的 48V DC 印象深刻，并且很可能会通过立即失败来表达他们的不满。幻像馈电电路的标准值 6.81k（0.1% 容差）可以降低到 6.8k（标准 E12 系列电阻值），我建议使用万用表将电阻匹配到至少 0.1% 是最简单的，并且最便宜的替代方案。为了获得最佳效果，每对电阻器之间的匹配误差应在 10 欧姆以内（如果可能的话，甚至更小）。这优于 0.1%，并确保共模性能不受影响。
如果您想知道我所说的 10 欧姆优于 0.1%，最坏情况下一对 0.1% 6.81k 电阻器可能会有 13.62 欧姆的差异 - 一个电阻器处于最大正容差，另一个电阻器处于最大负容差。很明显，匹配越接近越好，并且所使用的万用表不必绝对准确，因为您测量的是差异而不是绝对电阻值。如果您的万用表拒绝测量所需的位数，请参阅附录以了解可以使用的替代方法。
图 2 显示了基本的幻象供电方案。仅显示一个通道 - 后续通道相同，单个电源模块的典型最大值为 10 个（紧要关头为 20 个）。
尽管显示使用双极电解盖，但一些构造者无疑会想要使用“更好”的东西，但聚酯或类似的盖在这些值下将非常大！假设麦克风电路输入阻抗为 1.2k（相当典型），如图所示的两个 22uF 电容将给出 12Hz 的 -3dB 频率 - 这是获得 20Hz 平坦响应所必需的。当然，如果您需要的最低频率较高，则可以接受较低的电容。同样，如果麦克风前置放大器的输入阻抗高于1.2k，也可以使用较小的电容。
值得注意的是，许多混频器在幻象电源电路的输入端使用极化电解。虽然在应用幻象电源时这完全没问题，但在不使用幻象电源时上限将是无偏差的。这通常没问题，只要电容器上的瞬时电压不超过 1V。在某些情况下，使用非偏振帽可能会产生声音失真或音染。对于“无成本”设计，请使用 10uF/50V（或更高）聚酯帽，封装在自己的屏蔽罐中。这些可以轻松连接到 PCB 中。如果您选择对 C1 和 C2 使用极化电解电容，则正极端必须面向麦克风输入（连接到 6.8k 电阻）。
图 2 - 幻象供电电路（P96B PCB）
必须如图所示使用齐纳二极管来限制施加到麦克风输入电路的最大电压。最糟糕的情况是当幻象电源打开时麦克风引线连接到麦克风。该电缆实际上是一个电容器，电缆和耦合帽的突然放电会产生通过齐纳二极管的高电流，齐纳二极管必须能够承受浪涌而不会出现故障。幸运的是，1W 齐纳二极管足够坚固，可以承受，这几乎是行业标准电路。 1W 10V 齐纳二极管的最大浪涌电流通常约为 450mA，在实践中不太可能超过该值。指定 10V 齐纳二极管是因为任何麦克风几乎不可能超过该电平，并且麦克风前置放大器将在您达到齐纳二极管施加的 7V RMS 输入电压限制之前进行削波。此外，10V 齐纳二极管比更高电压的齐纳二极管具有更高的电流容量，从而提供了额外的安全裕度。 10 欧姆串联电阻对输入电平或噪声影响很小或没有影响，并有助于限制峰值齐纳电流。
一些调音台拥有“静音”幻象开关，以减轻幻象电源打开或关闭时通过调音台发出的典型响亮的“砰”声。幻象分配PCB（2通道）具有此功能，但此处未显示。
建造
很自然地，我建议使用 PCB，因为这使得施工变得非常容易。 PCB 的尺寸仅为 64mm x 38mm (2.5" x 1.5")，因此很容易改装到除最紧凑的调音台之外的所有调音台中。如果根本没有空间，外部盒子可以容纳调节器和配电板。
如果您不想购买 PCB，则可以使用 Veroboard，但除非非常小心接地安排，否则噪音几乎肯定会比报价的要差。所有电解电容的额定电压应为 50V 或更高（注意：图 1 中的 C5 的额定电压必须为 63V！）。 C7推荐使用标准50V陶瓷，用于保证稳压器不振荡。未显示（或不需要）与电解液并联的薄膜帽 - 如果您愿意，可以添加这些薄膜帽，但通过显示的过滤，高频噪声应该不存在。
电源变压器不需要太花哨，但我建议为其配备一个单独的盒子，以最大限度地减少嗡嗡声和噪音。通常，20VA 15-0-15V（或具有 30V 连接的多抽头变压器）就足够了。这些在澳大利亚很容易买到，但我不能代表世界其他地方。如果最坏的情况发生，你可以使用一对单绕组15V变压器，将绕组串联起来提供30V电压。如果可能的话，我建议使用传统的“EI”变压器，因为初级和次级之间的电容较小，并且允许较少的高频电源噪声通过。
 | 变压器不得用于为其他电源或设备供电，这一点极其重要。中心抽头不得连接到任何东西，并且需要绝缘以防止接触。电源电路在浮动配置中使用完整的 30V 交流电，连接到另一个电源或整流器将导致绕组短路。 |
电源上的 Q1（图 1）必须配备散热器，最坏情况下功耗约为 5W。这看起来似乎没什么大不了的，但 10°C/W 散热器（典型的大型 PCB 安装类型）在 200mA 输出时将达到高于环境温度 50°C（即太热！）。
在 100mA 负载下，功耗降低至约 3W，更易于管理。即便如此，也不存在太大的散热器，所以我建议您使用尽可能大的散热器。不需要强制空气（风扇）冷却。
PCB 的布局使得功率晶体管可以根据需要直接连接到底盘（当然使用绝缘垫圈和散热器化合物），这减少了对单独散热器的需求。对于只有一两个幻象供电的麦克风，散热器不是必需的，但一个小的散热器是便宜的保险。在这种情况下，图 1 中的 R1 和 R2 的值可能会增加，这将提供更好的滤波。对于两个麦克风系统来说，100 欧姆就足够了。
古老的方法有时是最好的。惠斯通电桥曾经是精确测量电阻、电感和电容的标准方法，但新的数字仪器已经取代。这是一种耻辱（我认为），因为旧方法实际上在您使用它们时教会了您一些东西 - 而不是任何数字仪器的情况。
惠斯通电桥很容易设置，虽然它在绝对意义上不是特别准确，但它可以对组件之间的变化极其敏感。使用电源、9V 电池（或者更好的是来自变压器的 12V 交流电压），图 3 中所示的电路将通过合适的测试设置轻松解决 1 欧姆的差异。 10 欧姆的差异将从 12V 输入产生 4.38mV 的输出信号。
图 3 - 惠斯通电桥
由于桥式电路并不关心使用交流电还是直流电，因此可以使用放大器来检测零点，并且可以使其变得几乎令人难以置信的灵敏。使用时，如图所示连接电路，并用仪表或放大器和耳机（或扬声器）监测差异信号。 请注意- 移除 DUT（被测设备）后，放大器输入信号将为 6V RMS（对于 12V 输入），除非按所示安装 D1 和 D2。
您手头上将有许多 6.8k 电阻器，它们都具有相同的标称值，但具有正常 (1%) 容差。安装一个作为测试电阻，并将 VR1 调整为完全零（无信号）。现在这就是您的参考电阻。将剩余电阻一一连接到电路中，并以输出信号小于4mV为目标——不要重新调整VR1。希望您会找到许多接近您选择的参考的电阻器 - 如果没有，只需选择不同的电阻器用作参考，然后重新平衡电桥。重复这些测试，直到找到所需数量的电阻对 - 如果您正确进行了测试和选择，现在每对电阻都将非常匹配。
如果您使用放大器进行监听，信号输入（毫不奇怪地应用于 Sig1 和 Sig2）必须浮动，因为如图所示，放大器输入的一侧将接地。 50 或 60Hz 12V 变压器就足够了。仅当 DUT 牢固连接时才按 TEST 按钮，否则输出确实会很大。在监视器端子上连接一对二极管 - 并联且极性相反。如果在 DUT 端子上没有连接任何东西时按下“测试”按钮，这将使最大级别保持在更合理的水平。
惠斯通电桥是一种非常有用的设备，可用于比较电阻器、电容器和电感器 - 实际上，您可以通过这种方式匹配任何无源元件甚至完整网络。惠斯通电桥还用于精密温度测量、应变仪（用于测试结构中的机械运动）以及许多其他用途。