Vorverstärkung des Elektretmikrofons - funktioniert sie für dynamische Mikrofone?

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Ich möchte dieses Diagramm verwenden, um ein Mikrofonsignal vorzuverstärken, um den Analogeingang meines Arduino zu aktivieren

schematisch
(Quelle: reconnsworld.com )

Funktioniert es mit einem dynamischen Mikrofon anstelle eines Elektretmikrofons?

Joseph
quelle
Vor kurzem gab es eine andere Frage zum Anschließen von Mikrofonen an Arduinos: Wie kann man ein Mikrofon auf Arduino mit Opamp verbinden?
Phil Frost
Danke an alle. Ich baue es noch, also werde ich die hilfreichste Antwort markieren, wenn ich fertig bin.
Joseph

Antworten:

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Die Schaltung ist in Ordnung (nicht ideal für Qualität, aber es wird funktionieren), aber es gibt ein kleines Problem, wenn Sie den Ausgang Ihrem Arduino zuführen möchten. Wie gezeigt, schwingt der Ausgang unter der Erde (dh er wird auf 0 V vorgespannt) und Ihr Arduinos-Analogeingang akzeptiert nur positive Spannungen.

Der Ausgang mit der obigen Schaltung wird ungefähr so ​​aussehen:

Cap Couple No Bias

Wenn Ihre Versorgung 5 V beträgt, müssen Sie den Ausgang auf 2,5 V vorspannen, um den maximalen Swing von Ihrem Eingangssignal zu erhalten.

Durch Hinzufügen eines Spannungsteilers nach dem Kondensator wird Folgendes ausgeführt:

Kappenpaarschaltung mit Teiler

Der Spannungsteiler besteht aus R2 und R4 und spannt den TO_ADCKnoten bei 2,5 V vor (lesen Sie "hält"), so dass der ADC-Pin den vollen Schwung des Signals sieht. Ohne sie würde der ADC nur die positive Hälfte des Signals sehen, da keine negative Stromversorgung vorhanden ist.
Die Formel für einen Spannungsteiler lautet:

Spannungsteilerformel

Beispiel für einen Spannungsteiler

Für den aus R2 und R4 gebildeten Spannungsteiler erhalten wir mit der 5-V-Versorgung:

5 V * (R4 / (R2 + R4), was entspricht:

5 V * (100 kΩ / (100 kΩ + 100 kΩ) = 5 V / 0,5 = 2,5 V in der Mitte (V out im obigen Beispieldiagramm, das der TO_ADCKnoten in unserer Schaltung ist)

Dann wird der Ausgang eher so aussehen (abhängig von der Eingangsimpedanz Ihres ADC funktioniert er möglicherweise nicht gut - dies ist das Bit, das von Radc und Cadc simuliert wird , ich werde dies in Kürze überprüfen):

Kappenpaar mit Vorspannung

Es gibt auch andere Optionen, ich werde versuchen, in Kürze eine verbesserte Schaltung zu veröffentlichen.

Okay, hier ist eine Option, die die Transistorverstärkung richtig steuert (unter Verwendung des Emitterwiderstands mit AC-Bypass) und ein Signal mit niedrigerer Impedanz ausgibt, das um ~ 2,5 V schwingt (V + ist 5 V - die Kondensatoren müssen nicht so groß wie 10 uF sein, Sie kann immer noch 100nF verwenden, wenn Sie Ihren Eingangskondensator wünschen):

Verbesserte Option

Radc und Cadc
Radc und Cadc sind keine Komponenten, die Sie hinzufügen müssen (Sie können sie also ignorieren, wenn Sie die Schaltung herstellen), sondern repräsentieren die analogen Eingangs-Pin-Eigenschaften Ihres Mikrocontrollers. Einige Mikrocontroller-ADCs können recht niedrige Eingangsimpedanzen haben, die Ihr Signal laden und dämpfen können (so dass Sie im Grunde genommen einen niedrigeren Messwert als erwartet haben).
Wenn wir also simulieren, ist es gut, diese simulierte Belastung hinzuzufügen, um sicherzustellen, dass das Signal dies nicht tut zu stark betroffen sein.

Simulation (beachten Sie auch das simulierte ADC-Laden):

Verbesserte Optionssimulation

Wir können sehen, dass dies einen 20-mV-Eingang ziemlich gut handhabt. Wenn wir 20 mV in die ursprüngliche Schaltung eingeben (auch ohne Belastung), erhalten wir aufgrund der ungleichmäßigen Verstärkung eine gewisse Verzerrung (beachten Sie abgeflachte Kanten bei negativem Swing):

Originalausgabe

Es gibt immer noch bessere Optionen und Variationen (für die oben genannten müssen die Werte möglicherweise ein wenig angepasst werden). Eine einfache Opamp-Schaltung wäre eine, aber es hängt davon ab, wie besorgt Sie über die Klangqualität sind, ob Sie sich darum kümmern möchten. Wenn Sie mit ein wenig Verzerrung zufrieden sind, ist die erste Schaltung mit einer geeigneten Vorspannungsmethode in Ordnung.

Oli Glaser
quelle
Sind Sie sicher, dass diese Lösung funktioniert, ohne die Verstärkung des Verstärkers zu beeinflussen? Tatsächlich hat der zweite Plot, den Sie gepostet haben, einen etwas geringeren Gewinn. Vielleicht würde die Verwendung noch größerer Widerstände für den Teiler funktionieren ...
Vladimir Cravero
1
Es hat ungefähr die gleiche Verstärkung, der Hauptpunkt ist das Problem der Gleichstromvorspannung, so dass der ADC eine positive Spannung sieht. Die Schaltung ist nicht ideal. Wenn die ADC-Eingangsimpedanz niedrig ist, sind größere Teilerwiderstände schlechter. Ich bin gerade dabei, eine bessere Strecke zu posten.
Oli Glaser
@Oli. Vielen Dank für Ihre ausführliche und ausführliche Antwort. Es ist jedoch etwas jenseits meiner Fähigkeiten. Ich habe also folgende Fragen: Was ist ein Spannungsteiler? Noch wichtiger - wie funktioniert es? Was machen Radc und Cadc im zweiten Schaltplan?
Joseph
1
Wenn wir nur Schaltkreise in Circuitlab bekommen könnten, damit die Leute leicht damit spielen können! :) Sehr schöne Antwort.
Kortuk
1
@OliGlaser Ja, wir haben den Link zu Ding gemacht, SE wartet tatsächlich mit Entwicklern, um das Plugin auf der Site zum Laufen zu bringen, sobald Circuitlab die Schnittstelle eingerichtet hat!
Kortuk
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Ja, es wird wahrscheinlich gut funktionieren. Sie müssen nur R1 eliminieren, da ein dynamisches Mikrofon keine DC-Vorspannung benötigt.

Dave Tweed
quelle
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Ich würde es stärker ausdrücken: Eine Gleichstromvorspannung kann ein dynamisches Mikrofon beschädigen.
Phil Frost
Ich bezweifle, dass 1 mA es physisch beschädigen wird, aber es wird wahrscheinlich nicht sehr gut funktionieren, während der Strom fließt.
Dave Tweed
Hallo, ich habe die Schaltung ohne R1 gebaut und durch einen Draht ersetzt. Die Membran des Mikrofons ist vollständig angesaugt - dies scheint die Aufzeichnung eines Signals nicht zu unterstützen. Es liegt eindeutig an dem Strom, der in ihn fließt - sollte dies etwas sein, das auftritt?
Joseph
1
Ah ... entfernen Sie den Widerstand vollständig und ersetzen Sie ihn nicht durch Draht
Joseph
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Ich denke, Sie haben Ihr Mikrofon gebraten ...
Vladimir Cravero
4

Möglicherweise benötigen Sie mit einem dynamischen Mikrofon erheblich mehr Verstärkung - wahrscheinlich eine zweite Verstärkerstufe. Ab diesem Zeitpunkt ist die Verwendung eines rauscharmen Operationsverstärkers wahrscheinlich einfacher.

Brian Drummond
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Ein anständiges (empfindliches) dynamisches Mikrofon kann ein ziemlich großes Signal (im Vergleich zu anderen Mikrofonen) in der Größenordnung von zehn mV ausgeben, sodass eine Verstärkung von 100 für einen 5-V-Mikrocontroller-ADC angemessen ist. Ich bin damit einverstanden, dass ein geräuscharmer Opamp eine gute Lösung ist.
Oli Glaser
"anständig" und "empfindlich" sind oft verschiedene Dinge in Mikrofonen! Vielleicht sollte ich umformulieren als, überprüfen Sie die Spezifikation des Mikrofons; Wählen Sie bei Bedarf ein Mikrofon mit höherer Verstärkung oder seien Sie bereit, mehr Verstärkung hinzuzufügen.
Brian Drummond
Ja, du hast Recht mit dem anständigen / sensiblen Teil :-) Ich meinte nicht, dass sie unbedingt zusammenpassen. Hoffentlich ist das OP-Mikrofon geeignet, aber ein einfacher Audio-Operationsverstärker mit Verstärkungsregelung wäre schön - ich wollte meiner Antwort einen hinzufügen, aber es ist trotzdem lang genug, vielleicht könnten Sie ein Beispiel in Ihre hinzufügen.
Oli Glaser
Gehen Sie geradeaus. Ihre Antwort ist insgesamt sowieso besser; Ich hatte nur das Gefühl, dass eine Warnung vor Gewinn sich lohnt, um später Überraschungen zu vermeiden.
Brian Drummond
Ja, die Warnung zur Verstärkung hat sich angesichts des breiten Spektrums an dynamischen Mikrofonempfindlichkeiten definitiv gelohnt. Ich werde es wahrscheinlich später hinzufügen, hoffentlich hat das OP bis dahin kommentiert, ob die Qualität so wichtig ist (oder ein Opamp ist eine Option)
Oli Glaser