Kann ich einen PNP-Transistor mit einem Elektretmikrofon verwenden, um einen nicht invertierenden Ausgang für mein Arduino zu erhalten?

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Ich möchte einfach den allgemeinen Schallpegel von einem Elektretmikrofon ablesen. Ich habe eine Reihe von Schaltplänen mit NPN-Transistoren gesehen, die einen invertierten Ausgang liefern (~ 5 V im leisen Zustand, ~ 0 V im lauten, linearen Betrieb dazwischen).

Hier ist ein Beispiel:

Einfacher Audio-Vorverstärker

Ich möchte jedoch einen nicht invertierten Ausgang (linearer Betrieb, super leiser Eingang ergibt ~ 0V, super lauter Eingang ergibt ~ 5V). Mir ist klar, dass ich dies in der Software leicht korrigieren könnte, aber es scheint mir in gewisser Weise rückständig zu sein und ich kann keine Beispiele für einen nicht invertierenden Ausgang mit einem PNP-Transistor finden.

Gibt es einen Grund dafür, der nicht ungewöhnlich ist? Wenn es möglich ist, könnte jemand ein Schema eines Elektretmikrofons und eines PNP-Transistors bereitstellen, die im leisen Zustand ~ 0 V und im lauten Zustand ~ 5 V liefern?

Gibt es einen Grund, warum dies so ungewöhnlich oder unerwünscht ist? NPNs scheinen viel häufiger verwendet zu werden als PNPs. Warum ist das so?

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Es scheint, dass ich ziemlich verwirrt war, was ich als Ausgabe vom NPN-Vorverstärker erhalten würde, der 0 V für Stille und +/- Vin / 2 wäre. Hier ist, was ich stattdessen möchte:

0 V im leisen Zustand, ~ 2,5 V bei mittleren Schallpegeln, ~ 5 V bei maximalen Schallpegeln. Dies könnte vom ADC ohne großen Aufwand leicht in den Schallpegel eingelesen werden. Ich kann dem Analogkomparator jedoch keine Spannungen <0 V oder> 5 V zuführen. Es sieht so aus, als ob ich das Obige mit einem Hüllkurvendetektor haben möchte, aber das würde mich nur von 0V auf 2,5V bringen. Wie kann ich die vollen 0V bis 5V variieren, wobei 0V "leise" und 5V "laut" sind, wobei alles dazwischen linear ist?

Ehryk
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Leider erzeugt diese Schaltung keine Gleichspannung, wenn der Ausgang auf der rechten Seite von C2 liegt. Es wird eine Wechselspannung erzeugt. Dies liegt an den Kondensatoren. Kondensatoren lassen keine Gleichspannungen durch.
Abdullah Kahraman
Der Arduino verfügt über 6 analoge Eingänge, die 0-1023 für 0V-5V anzeigen. AC ist das, wonach ich dort suchen würde, oder? Vielleicht brauche ich eine Diode, um keine negative Spannung an den Analogkomparator zu leiten?
Ehryk
Ja, aber eine Diode fällt an sich um 0,6 V ab. Vielleicht sollten Sie versuchen, die Versorgungsspannung auf 5V zu bringen. Die Versorgungsspannung ist mit "+3 bis 9 Volt" gekennzeichnet. Dann entfernen Sie C2. Lesen Sie dann den Analogwert am Kollektor von Q1 ab. Experimentieren Sie mit verschiedenen Geräuschpegeln, z. B. klatschen, sprechen, schreien, leise sein, flüstern und sehen, wie sich der analoge Messwert ändert. Es wird jedoch eine Sinuswelle mit einem Gleichstromwert hinzugefügt.
Abdullah Kahraman
Wenn Sie Ihre Frage und Kommentare lesen, scheint es, dass Ihre Frage nicht klar sagt, was Sie wollen. Es scheint, dass Sie einen Wechselstrompegel wünschen, dessen Größe mit zunehmender Eingangsspannung abnimmt. Wenn dies der Fall ist, müssen Sie dies klar angeben. Wenn dies nicht der Fall ist, können Sie bitte erklären, dass "Ich suche keine logische 0-1, die analogen Eingänge des Arduino haben einen 10-Bit-ADC, der 0-1023 für 0V-5V ergibt" in diesem Zusammenhang. || ...
Russell McMahon
... WENN Sie über DC-Pegel sprechen, ist die Frage noch unklar. Ein Wechselstromsignal wird auf dem Gleichstromvorspannungspunkt zentriert. Dies ist bei der Signalstärke relativ fest. Können Sie sehr klar und einfach erklären, was der Ausgang genau tun soll, wenn das Eingangssignal von 0 VAC auf Max Vin AC wechselt?
Russell McMahon

Antworten:

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Soweit ich verstanden habe, versuchen Sie, eine Art Schallpegeldetektor zu entwickeln, mit dem Sie erkennen können, ob ein Ton mit einer bestimmten Lautstärke vorliegt oder nicht. Sie können dies mit geringfügigen Änderungen an Ihrem Schaltplan tun. Aber vorher sollten Sie die Schaltung verstehen.

Lassen Sie uns diesen Kreislauf aufbrechen. Zunächst der Teil mit dem Mikrofon.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

R1 dient zur Versorgung des vom Mikrofon benötigten Stroms und wird als Vorspannung des Mikrofons bezeichnet. Ein Mikrofon erzeugt eine Wechselspannung, die manchmal negativ und manchmal positiv ist und sich die meiste Zeit ändert. Denken Sie an eine Sinuswelle . Aber denken Sie daran, wir hatten eine gewisse Vorspannung, die eine Gleichspannung ist. Wir müssen das herausnehmen und dem Verstärker nur die Wechselspannung geben. Mit einem einfachen Einzelkondensator ist dies ganz einfach. Ein Kondensator lässt den Gleichstrom nicht durch, aber lässt den Wechselstrom leicht durch. Wir haben den Gleichstromanteil der Spannung am Elektretmikrofon blockiert.

Schauen wir uns nun den Verstärker selbst an. Stellen Sie sich vor, es gibt nichts anderes als das folgende Schema:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In dieser Konfiguration ist der Transistor so vorgespannt, dass er sich im linearen Bereich befindet. Es ist kurz davor, ein- oder ausgeschaltet zu werden, aber es ist keines davon. Wenn es vollständig eingeschaltet wäre, wäre es gesättigt. Wenn es vollständig ausgeschaltet wäre, würde es überhaupt nicht leiten. Aber es ist in der Mitte, die als lineare Region bezeichnet wird.

Wenn es so konfiguriert ist und Sie die Basis berühren (nicht wörtlich), wodurch eine kleine Änderung entsteht, ändert sich die Ausgabe stark. Dies nennt man Verstärkung. Sie können Google um detailliertere Informationen bitten.

Was ist, wenn wir die beiden oben genannten Schaltkreise kombinieren? Ein vorgespanntes Elektretmikrofon mit einem Kondensator gibt kleine Änderungen in Bezug auf den Klang aus. Der Transistor verstärkt diese kleinen Änderungen, damit sie leicht angezeigt werden können:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beachten Sie, dass ich C1 in 1uF geändert habe. Sie können Werte bis zu 100 uF verwenden. Sie benötigen wahrscheinlich Elektrolytkondensatoren. Beachten Sie auch, dass kein Ausgangskondensator mehr vorhanden ist. Dies bedeutet, dass Sie je nach Schallpegel eine Ausgangsspannung zwischen 0 und 5 V haben. Wenn Sie ein Oszilloskop haben, zeigen Sie die Wellenform am Ausgang an. Wenn Sie dies nicht tun, versuchen Sie, eine LED anzuzünden, wenn der analoge Messwert höher als beispielsweise 750 ist. Experimentieren Sie mit anderen Werten als 750 und melden Sie mir die Ergebnisse.

abdullah kahraman
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Ich verstehe das meiste davon, danke. Da jetzt ein NPN-Transistor verwendet wird, beträgt der Ausgang etwa ~ 5 V, wenn die leise / Eingangsamplitude niedrig ist, und ~ 0 V, wenn die Lautstärke / Eingangsamplitude hoch ist. Das scheint rückwärts zu sein. Gibt es eine Möglichkeit, es so zu ändern, dass es sich im linearen Bereich genau wie oben verhält, wobei ~ 0 V "leise" und ~ 5 V "laut" bedeuten?
Ehryk
@Ehryk Nein, der Ausgang wird irgendwo zwischen 0 und 5V liegen. Wenn Sie eine Autosirene nehmen und in die Nähe des Elektretmikrofons stellen, handelt es sich um eine Sinuswelle mit einer Amplitude von Spitze zu Spitze von 5 Vss mit einer Frequenz von etwa 300 Hz. 5 Vpp bedeutet, dass es auf 5 V geht und mit einer sinusförmigen Form auf 0 V zurückkehrt. Werfen Sie einen Blick auf diese . Wenn es ein Flüstern gibt, beträgt die Amplitude von Spitze zu Spitze aufgrund der Sprache etwa 1 Vpp bei sich ändernder Frequenz. Das heißt, es geht auf 1V und kommt auf 0V zurück.
Abdullah Kahraman
In meinem obigen Kommentar wird jedoch der DC-Offset ignoriert.
Abdullah Kahraman
Gibt es eine Möglichkeit, wie ich es ~ 0V für leise, ~ 5V für laut machen kann? Würde der Kondensator nicht genau das tun, wenn ich dann den negativen Teil der Welle irgendwie umkehren und ihn dann etwas glätten würde? Mit vielleicht einem Brückengleichrichter / Diodenbrücke? ( en.wikipedia.org/wiki/Diode_bridge )
Ehryk
@Ehryk Ja, Sie können einen Ausgangskondensator und einen Hüllkurvendetektor hinzufügen. Mit den richtigen Komponentenwerten können Sie abhängig von der Schallamplitude einen analogen Spannungspegel einstellen. Ich bin mir jedoch nicht sicher. Du solltest experimentieren. Nachdem Sie die Ergebnisse erhalten haben, stellen Sie in der Software einfach eine if-else-Bedingung in Abhängigkeit vom gelesenen ADC-Wert.
Abdullah Kahraman
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Der Verstärker der gemeinsamen Emitterklasse A invertiert immer, selbst wenn Sie ein PNP verwenden. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Sie die Polarität der Stromversorgung invertieren. Wenn Sie einen Audio-Transformator anstelle eines Kondensators verwenden, können Sie die Signalphase nach Belieben ändern. Aber es wird wahrscheinlich mehr kosten als zwei BJT. Um Ihre letzte Frage trotzdem zu lösen, müssen Sie den Ausgang gleichrichten (auch mit einer einzelnen Diode) und das Ergebnis an eine Last anlegen (ein Widerstand wäre in Ordnung) und diesen dem Arduino-Analogeingang zuführen. Es gibt keinen Grund, das Signal überhaupt zu invertieren.

Felice Pollano
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Was ist dann der einfachste nicht invertierende Nicht-IC-Verstärker (unabhängig von Klasse oder Common-Emitter)?
Ehryk
Der gemeinsame Kollektor, aber ich denke, ist in diesem Fall nicht korrekt zu verwenden, da Sie eine Spannungsverstärkung benötigen
Felice Pollano
Die gemeinsame Basis, wenn Sie eine Spannungsverstärkung benötigen (aber die Stromverstärkung = 1). Beachten Sie, dass Sie in diesem Fall eine zweite Inversion hinzufügen können, indem Sie einfach R1 und das Mikrofon austauschen. Kein PNP notwendig. Das Invertieren oder Nicht-Invertieren löst jedoch NICHT das angegebene Problem - es wird je nach Lautstärke eine logische 1 oder 0 generiert.
Brian Drummond
Ich suche keine logische 0-1, die analogen Eingänge des Arduino haben einen 10-Bit-ADC, der 0-1023 für 0V-5V ergibt. Können Sie hierfür einen Schaltplan angeben?
Ehryk
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Dieser Verstärker invertiert das Signal, aber Sie sollten sich nicht um ein Audiosignal kümmern. Was Sie am Ausgang haben, ist Wechselstrom, ein Kondensator blockiert Gleichstrom. Sie können also nicht ~ 0 V für leises Rauschen und ~ 5 V für lautes Rauschen sagen. Wenn Sie einen Schallpegelsensor wünschen, können Sie auf einfache Weise nach der Ausgangskappe eine Schaltung hinzufügen, die als "Demodulator" oder "Spitzendetektor" bezeichnet wird und leicht um eine Diode und einige passive Komponenten implementiert werden kann.

Joan
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Können Sie ein Diagramm dazu hinzufügen? Würde der Spitzendetektor nicht auch zwischen -2,5 V und 2,5 V variieren? Ich möchte, dass ~ 0V leise und ~ 5V am lautesten sind. Wie würde dies erreicht werden?
Ehryk
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Invertieren Sie den Ausgang einfach ein zweites Mal mit einem 2-Stufen-Verstärker. ( Weitere Informationen zur zweistufigen und nicht invertierenden Transistorverstärkung finden Sie auf dieser Seite. Sehr aufschlussreich. )

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dieselben Wertwiderstände und Kondensatoren, derselbe 2n3094-Transistor, der zum Ausgang Ihres vorhandenen Schaltplans hinzugefügt wird, würden eine zweite Inversion liefern.

Aber jemand korrigiert mich, wenn ich falsch liege, aber Ihr Schaltplan zeigt einen einfachen vorgespannten Verstärker, sodass Sie wirklich 2,5 V als leisen Bereich haben und die Wellenform mit mehr Klang größer wird? Sie haben eine Spitze von Spitze von ± 2,5 V. Sie hätten 1V / 3V als mittlere Lautstärke.

Passant
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