Vorspannendes DC-Audiosignal

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Ich habe verschiedene Möglichkeiten gesehen, einem Audiosignal eine DC-Vorspannung hinzuzufügen. Ich habe sie simuliert und sie alle geben mir ähnliche Ergebnisse, aber ich kann nicht herausfinden, warum ich A über B oder C wähle. Meine Audioquelle wird ein Line-Level-Audio von -2V bis + 2V AC sein, das durch eine 220uF-Koppelungskappe geleitet wird und dann ein Tiefpassfilter (RC, 2-polig). Das Signal wird von einem ADC gelesen.

Der erste Weg ist die Verwendung eines Spannungsteilers: Einfache Vorspannungsschaltung

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Das ist ziemlich selbsterklärend und ich verstehe, wie es funktioniert. Ich habe das gleiche Design auch mit einer Diode gesehen, konnte aber kein Beispiel finden.

Nächstes Beispiel: Wie liest man ein Audiosignal mit ATMega328? - Bild ist von der Antwort des Endolithen.

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Eine andere, die ich gesehen habe, ist: Ich verstehe diese FET-BJT-Vorverstärkerschaltung nicht ganz

Und das Schema ist für einen Vorverstärker, und es gibt 2 Versionen und beide fügen eine Vorspannung hinzu.

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Meine Frage ist, was ist die beste Vorgehensweise zum Hinzufügen der Vorspannung zu einem Audiosignal? Was sind einige der anderen Möglichkeiten, um dem Signal eine DC-Vorspannung hinzuzufügen?

Bearbeiten / Aktualisieren: Sehen Sie sich die Antworten an - die zweite scheint für meine Anwendung am besten zu funktionieren, wenn Sie so etwas verwenden. Kann ich noch weitere Verbesserungen vornehmen? Andere als stabile Vref / Stromschienen.

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jsolarski
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Kleine Notiz, Sie sagen, Sie haben eine 220 uF Entkopplungskappe. Ich denke, Sie könnten sich auf eine Kupplungskappe beziehen.
Kellenjb
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Das Signal wird von einem ADC gelesen, für einen BPM-Zähler (Schläge pro Minute). Und Kellenjb, Sie sind korrekt und nicht entkoppelt - behoben
jsolarski
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Als Hinweis: Ich verwende die erste Lösung ohne Probleme, aber meine Schaltung ist definitiv keine High-Fidelity-Lösung, wie es bei einem Modellflugzeug mit vielen anderen Geräuschen (Motoren, Servo, Wind usw.) der Fall ist
Thomas O
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Sie versuchen absichtlich, niedrige Frequenzen mit diesen RC-Filtern zu isolieren, oder?
Endolith
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@endolith Ja, ich versuche absichtlich, tiefe Frequenzen unter 3
kHz

Antworten:

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Verwenden Sie nicht den ersten Stromkreis. Jegliche Geräusche oder Spannungsspitzen im Netzteil werden mit Ihrem Signal gemischt. Da der Bias-Punkt direkt mit dem Signal verbunden ist, können Sie das Netzteilrauschen nicht herausfiltern, ohne auch das Signal herauszufiltern.

Verwenden Sie den zweiten Stromkreis. Es wird eine Mittelspannung erzeugt, die fest mit Masse verbunden ist, sodass die Gleichstromkomponente die Hälfte der Versorgung ausmacht, die Wechselstromkomponente (Rauschen und Spitzen) jedoch vom Kondensator herausgefiltert wird. Dies ist jedoch keine vollständige Schaltung, Sie müssen sie dennoch an Ihr Signal anschließen.

Das versuchst du zu tun :

einfache DC-Vorspannung

Der Ausgang ist derselbe wie der Eingang, nur um 2,5 V nach oben verschoben. Der Widerstand am Eingang stellt sicher, dass die Eingangsseite des Kondensators auf 0 VDC liegt, um Spannungsspitzen während des Anschlusses zu vermeiden. Der Widerstand auf der Ausgangsseite der AC-Kopplungskappe spannt diese Seite auf die DC-Vorspannung vor. Wenn Ihre Schaltung bereits eine saubere, niederohmige DC-Vorspannungsquelle hat, schließen Sie diese an. Andernfalls können Sie Schaltung 2 verwenden, um die Vorspannung wie folgt zu erzeugen :

Schaltung, die die Gleichstromvorspannung eines Wechselstromsignals zeigt

(Die Simulation benötigt jedoch eine längere Zeit, um den DC-Bias-Wert zu erreichen. Drücken Sie den Menüeintrag "DC-Arbeitspunkt suchen", um ihn festzulegen. )

Die Gleichvorspannung wird durch einen Spannungsteiler und einen Kondensator erzeugt, um das Rauschen der Stromversorgung herauszufiltern. Beachten Sie, dass bei Verwendung desselben Vbias-Punkts für mehrere Signale ein Übersprechen über diesen Punkt erfolgen kann. Eine größere Vorspannungskappe reduziert das Übersprechen. Ein größerer Koppelkondensator verbessert den Niederfrequenzgang. Wenn Sie sie jedoch zu groß machen, dauert es lange, bis sie aufgeladen sind, wenn Sie den Netzschalter betätigen.

Das dritte Diagramm ist keine Vorspannungsschaltung; Es ist ein Mikrofonvorverstärker.

Endolith
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Wie wäre es mit dem Vorverstärker, wenn ich ein unverstärktes (Phono) Signal oder ein Mikrofon verwenden würde? oder sollte es nur durch einen Vorverstärker gehen, der das Signal in der Nähe des Filters nicht vorspannt und vorspannt?
jsolarski
@jsolarski: Ich verstehe deine Frage zum Vorverstärker nicht. Diese Schaltung ist ein Mikrofonelement-Vorverstärker mit hoher Verstärkung. Möchten Sie das Signal nur puffern, bevor es in den ADC gelangt?
Endolith
In Bezug auf meinen früheren Kommentar muss ich eine weitere Frage stellen, wenn ich an diesem Punkt angelangt bin. Mein Anliegen ist, dass ich mehrere Signale habe, einige sind Line-Pegel und einige sind sehr leise Mikrofoneingänge oder Phono-Eingänge. Ich brauche nur eine Möglichkeit, um die Pegel im gleichen Bereich zu halten, wenn ich verschiedene Quellen einstecke.
jsolarski
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@jsolarski: Dann ist es wie bei jedem Audio-Mixer-Eingang. Sie benötigen eine variable Verstärkungsregelung für die unvorhersehbaren Low-Level-Eingänge und möglicherweise separate Buchsen für den Line-Level, abhängig von den Anschlüssen, die Sie verwenden möchten. Für einen BPM-Zähler ist Rauscharmut wahrscheinlich nicht so wichtig, sodass Sie nur eine einzelne Operationsverstärkerstufe mit einem großen Verstärkungsbereich verwenden können. Alternativ ein engerer Gain-Bereich und ein 20-dB-Pad-Schalter.
Endolith
Sie sagen, dass bei der ersten Schaltung des OP das Rauschen der Stromversorgung verstärkt wird, bei Ihrer ersten Schaltung ist die Stromversorgung jedoch direkt mit dem Ausgang verbunden. Fehlt da nicht ein Kondensator? Wie filtert der erste Stromkreis die Wechselstromversorgung (Rauschen)?
SpaceDog
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Die einfachste Methode ist das erste Bild, mit dem Sie verlinkt haben. Es wird die Arbeit erledigen, hat aber einen großen Nachteil für Ihre Anwendung. Wenn Ihre Versorgungsleitungen Störungen aufweisen, werden diese dem Signal hinzugefügt, das Sie messen möchten.

Die zweite Methode ist fast identisch mit der ersten Methode. Es ist ein großer Vorteil gegenüber der ersten Methode, dass das Rauschen auf den Versorgungsleitungen keine so große Auswirkung auf das Signal selbst hat.

Die dritte Methode ist Over Kill für das, was Sie tun möchten. Es ist für höhere Ausgangsleistungen ausgelegt, aber da Sie es nur mit einem ADC lesen, gibt es keinen Grund, warum Sie es brauchen.

Kellenjb
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Wenn die Spannung, von der der ADC seine Referenz ableitet, den Widerstandsteiler speist, ist es meines Erachtens kein Problem, diese Spannung an den ADC anzuschließen. In der Tat, wenn die ADC-Referenz schwankt, wäre es meiner Meinung nach besser, sie mit 50% Amplitude an den ADC-Eingang zu koppeln, als wenn sich die Referenz bewegt und der Eingang nicht, obwohl das Audiosignal in jedem Fall beeinträchtigt würde. Wenn die ADC-Referenz eine absolute Spannung ist, die an einem Ausgangspin nicht verfügbar ist, sollte Ihre Vorspannung ebenfalls eine absolute Spannung sein (von einem Regler oder was auch immer).
Supercat
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Die erste Schaltung, der einfache Widerstandsteiler, ist bei weitem die einfachste, schnellste und billigste Lösung. Es ist auch die Lösung, die die meisten Audiokreise verwenden. Dies ist die empfohlene Methode, es sei denn, Sie möchten eine Pro-Audio-Leistung erzielen.

Die "richtige" Lösung wäre, eine separate Stromschiene mit der Vorspannung zu haben. Führen Sie Ihr Audiosignal durch eine DC-Blockierkappe und weisen Sie dann einen Widerstand zur Vorspannungsschiene auf. Dieser Ansatz weist weniger Rauschen und harmonische Verzerrungen auf als der einfache Widerstandsteiler - obwohl der Leistungsunterschied nur für diejenigen in der Pro-Audio-Welt wichtig ist und für die meisten keine Mühe wert ist.

Ein Fall, in dem die "richtige" Lösung die Mühe für die Durchschnittsschaltung wert ist, ist, wenn der ADC selbst die Vorspannungsschiene liefert. Einige ADCs geben diese Spannung aus und Sie müssen sie nur noch verwenden. Das ist schön, weil Sie eine bessere Präzision erzielen können als mit jeder anderen Lösung. Manchmal hatte ich jedoch Probleme, bei denen ich diesen Ausgang vom ADC nehmen und ihn durch einen auf Operationsverstärkern basierenden Puffer mit Einheitsverstärkung laufen lassen musste, damit er die Laufwerksstärke hatte, um richtig zu funktionieren.

Die anderen beiden Lösungen, die Sie erwähnen, würden funktionieren, aber ich würde mich nicht darum kümmern. Sie sind etwas knifflig und bieten keine wichtigen Vorteile, die der einfache Widerstandsteiler oder die "richtigen" Lösungen bieten.


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