Elektret Mikrofonundan (veya diğer bileşenlerden) gürültü için + 5v, sessizlik için 0v nasıl alabilirim?

Burada düzgün bir soru almak için birkaç soru soruyordum, sorduğum ilk sorular sonunda bağlantılı. İlk düşüncelerimin bazı şemalarını oluşturmak için Fritzing'i kullandım, ancak en azından bileşenler üzerindeki değerlerle ilgili yardıma ihtiyacım var, ki bu sadece makul veya ortak değerler gibi görünen şeyleri belirsiz bir şekilde anladım ve seçtim.

Temelde, 6 analog girişi olan bir Arduino var. Analog pimlerin herhangi birindeki voltajı okumak için 10 bitlik bir ADC kullanır, bu nedenle 0 = 0v, 511 = 2.5v ve 1023 = 5v ve arasındaki tüm değerler. Bir LINEAR DC okuması yapar, bu yüzden burada 1-0 mantığı aramıyorum.

Bunu LED ışıklara bağladım ve müziğe yanıt vermelerini istiyorum. İstediğim minimum bileşenlerle maksimum çözünürlük ve WAY çok fazla bileşen kullanıyorum ve bu WAY'ı çok karmaşık hale getiriyorum. Belki de Electret mikrofonları burada istediğim gibi değil, başka bir şeye açığım. PCB'imdeki alandan tasarruf etmek için op-amp kullanmamayı tercih ederim.

İstediğim basit bir gürültü seviyesi sensörü. Sesi çoğaltmak ya da netlik ya da herhangi bir şey aramak istemiyorum, ancak yakınlaşabildiğim kadarıyla istiyorum:

• Mükemmel Sessizlik = 0v DC'ye (kararlı, AC değil) mümkün olduğunca yakın
• Orta Gürültü = Yaklaşık 2.5v DC (kararlı, AC değil)
• Yüksek Gürültü = 5v DC'ye (kararlı, AC değil) mümkün olduğunca yakın

Bir BJT ile anlayabileceğim en iyi şeyin 0.6v ila 4.4v arasında olacağını anlıyorum, ancak bu yeterince kabul edilebilir. Bununla birlikte olmayan, dalganın yarısı, 0.6v ila 2.5v arasındadır. Bu, mevcut kararımın yarısını sebepsiz yere boşa harcıyor gibi görünüyor. Ancak, bir BJT'den beni 0v-5v'ye yaklaştırabilecek başka kurulumlar varsa, onları denemek isterim; basit oldukları sürece.

İşte bunun daha basit olduğunu umuyorum, bunun mümkün olduğunu umuyorum, ancak elektret sinyalinin sadece pozitif yarıyı elde etmek için zarf dedektörü devresini (diyot, direnç ve kapasitör) sürmek için yeterli genliğe sahip olmasını gerektiriyor. Diyotun ileriye doğru düşmesi nedeniyle olabileceğini düşünmüyorum, ancak belki de bu, çıkış başlığından önce yeniden düzenlenebilir veya yapılabilir mi? Zarf detektörü ve amplifikatör dirençlerinin değerleri ne olmalıdır? Sinyale, RE veya RL'ye bir duyarlılık potansiyometresi yerleştirilmeli ve değeri ne olmalıdır? Doğrusal mı, Logaritmik mi?

Bununla birlikte, belki elektret çıkışı zarf detektöründen, hassasiyet şantından kurtulamaz ve yine de bir NPN transistörü süremez. Değilse, işte daha karmaşık bir sürüm. Bu rotaya gitmem gerekiyor mu? İstediğim çıkışı devreden almak gerçekten tüm bu bileşenleri gerektiriyor mu?

Daha fazla ayrıntı için, neyi eklemeye çalıştığımı tam olarak anlamadan önce sorduğum bazı geçmiş sorular. Zarf dedektörünün yapması gereken 'işte' ve elektret çıkışı için nasıl ayarlanacağından emin değilim:

Her şeyi sadece bir amplifikatör ve bir mikrodenetleyici (Arduino) ile yapabilseniz de, görebildiğim kadarıyla, analog seçeneği istiyorsunuz. Mikrofondaki ses seviyesini veren bir devre oluşturmaya çalıştım. Aralık 0V ila 4V arasındadır. Ancak, OP-AMP'yi değiştirerek kolayca 0V'den 5V'a yükseltebilirsiniz. Şimdi içine girelim;

Her şeyden önce, transistör amplifikatörünü OP-AMP ile değiştirdim. İşte ben geldim;

Bu 100 kazanç ile basit bir ters yükselticidir. İşte kazancı hesaplamak için formül;

Gördüğünüz gibi, U1 giriş sinyalini alır, ters çevirir ve ardından 100 ile çarpar. R2 veya R3'ü değiştirebilirsiniz ve U1 kazancının değiştiğini göreceksiniz. Daha sonra anlayacağınız için giriş sinyalinin ters çevrilmesi burada önemli değildir. Bu amplifikatörün çıkışına bakalım ve giriş sinyalinde büyük bir büyüme olduğunu göreceksiniz.

Yukarıdaki grafikte, çıkışın DC ofset voltajının 2,5 volt olduğunu göreceksiniz. Bunun nedeni, kullandığımız sanal zemindir. Sanal bir zemin yaratırsak, bu, zemini başka bir voltaj seviyesine taşıdığımız anlamına gelir. Bu durumda onu 2.5 V'a taşıdık. Yeni yapılandırma ile devreye -2,5 V, 0 V ve 2,5 V gibi görünen bir şey yarattık . Bunu başarmak için 2.5 voltluk yeni bir voltaj rayı oluşturmak zorunda kaldım. Bu voltaj rayı (1 mA'dan daha az) çok fazla güç sağlamayacağından, oluşturulması kolaydır;

$V+=V-$

Amplifikasyondan sonra, sinyali bir "zarf detektörü" ne yani "zarf takipçisi" ne takmalıyız. Bu, istediğiniz gibi ve sorunuzdaki resimde gösterdiğiniz gibi sinyal seviyesini alacaktır. Temel bir zarf takipçisi şöyle görünür:

Her şey harika görünüyor, ancak burada D3'ün bir diyot olduğunu ve kendi başına yaklaşık 0,6 V düştüğünü fark edin. Böylece, voltajı kaybedersiniz. Bunun üstesinden gelmek için, "süper diyot" olarak adlandırılan şeyi kullanacağız. Gerilim düşmesi neredeyse 0V olduğu için süper! Bunu başarmak için, diyotlu bir OP-AMP dahil ediyoruz ve hepsi bu! OP-AMP, diyotun voltaj düşüşünü telafi edecektir ve neredeyse ideal bir diyotunuz olacaktır;

$V+=V-$$V-$$V-$$V+$

Şimdi, yukarıdaki zarf takip devresindeki D3'ü bir süper diyotla değiştirin ve daha iyi bir zarf takipçiniz var! Sonuçlarımıza bakalım;

Yaklaşıyoruz. Gördüğünüz gibi, kırmızı çizgi olan zarf takipçisinin çıkışı 2,5 V ila 4 V arasında olabilir. 2,5 V ses yok, 4 V yüksek ses ve orta ses için 3,25 V. Bunu istediğiniz şekilde ölçeklemek için 2,5 V ofset voltajını çıkarabilir ve ölçeklendirebiliriz. Yani, 2.5 V çıkardığınızda; Ses yok için 0 V, 1,5 V yüksek ses ve orta ses için 0,75 V vb. Bundan sonra, bunu yaklaşık 3 ile çarparsanız, tam olarak istediğinizi elde edersiniz. Ses yok için 0 V, orta ses için 2,5 V ve yüksek ses için 5 V. Özetle, istediğimiz bu;

$V_{out}=(V_{in} - 2.5V) * 3$

Bunu başarmak için, bir diferansiyel yükselteç veya başka bir deyişle bir " çıkarıcı " kullanacağız .

Dirençler, R1 = R2 ve R3 = R4 olduğunda, diferansiyel amplifikatörün transfer fonksiyonu aşağıdaki ifadeyle basitleştirilebilir:

V1 = 2.5V ve R3 / R1 oranını 3 yaparsanız, istediğiniz çıkışı elde edersiniz.

İstediğinizi yapacak tam şematik:

Simülasyon amacıyla LM324 OP-AMP'yi burada kullandım. Bu, maksimum çıkış voltajını 4V ile sınırlar. Tam menzilli çıkışa sahip olmak için, raydan raya çıkış OP-AMP kullanmalısınız. MCP6004'ü öneririm . İstediğiniz sonucu elde edene kadar R1 ve R2'yi değiştirin. İşte simülasyon ile ne var:

Şimdi, ADC'de bu değerleri ölçerken, doğrusal bir anlam elde edemezsiniz , bunun yerine ses kulakları bu şekilde duyduğu için logaritmik olarak daha iyi anlaşılır. Yani desibel kullanmalısınız . Desibellere aşina değilseniz, işte bununla ilgili harika bir video eğitimi.

Örneğin, sessiz bir odanın 40 dB civarında olduğu ölçülür. Bir odadaki bir parti, odanın seviyesini 100 dB'ye veya belki 110 dB'ye kadar çıkaracaktır. Bu web sitesinde e, bunun altında, resmin altına gömdüğüm yerden harika bilgiler bulabilirsiniz. Desibel seviyelerini düşünün ve devrenin voltaj çıkışını deneyin. Ardından, ihtiyacınız olacak ADC çözünürlüğünü hesaplayın. Muhtemelen, 12 bitlik bir ADC ile iyi olacaksınız.

Doğru yolda gibi görünüyorsun. O does bu tür bir şey yapmak için ayrık bileşenlerin bir sürü almak. Bana inanmayabilirsiniz, ancak op-amp kullanmak bunların hepsini basitleştirebilir ve küçültebilir. Eminim daha küçük bir pakette ihtiyacınız olandan daha fazlasını yapan daha özel IC'ler bulabilirsiniz. Bahse girerim tam olarak ihtiyacınız olanı yapan bir IC vardır . Ancak, sadece akademik değer için bile olsa, onlarsız devam ederseniz daha fazla bilgi edineceksiniz.

Ayrıca mantığı mikroişlemciye taşıyarak bunlardan bazılarını basitleştirebilirsiniz. Zarf tespiti yazılımda kolaydır ve mikrofonunuzun ne kadar doğru olması gerektiğine ve mikrofonunuzun hassasiyetine bağlı olarak, mikrofondan sonra amplifikatörü atlamak ve çıkışını doğrudan ADC'ye koymaktan bile kaçabilirsiniz. Bu size 0V-5V kazandırmaz, ama bu önemli mi? Yazılımda bir sabitle çarpabilirsiniz. Kaybettiğiniz şey, ADC'nin tüm yelpazesini hazırlamanın doğruluğudur, ancak belki de basitlik kadar önemli değildir. Sen karar ver.

Öncelikle, daha fazla işlem yapmanız gerekmedikçe arduinoya ihtiyacınız yok - gerçekten istediğiniz tek şey bir amplifikatör (bir op-amp yapardı, googles'in her yerinde temel devreler yükler). 0-5V. Doğruluk konusunda çok endişelenmiyorsanız (bilimsel ölçümden ziyade eğlence için olduğu gibi) oldukça temel bir kırpma devresi kullanabilir, çıkışı bir schmitt tetikleyicisine bağlayabilir veya bir ekran oluşturmak için LM3914 kullanabilirsiniz.

Bir AGC devresi kazancı ortalama seviyeyle otomatik olarak yukarı ve aşağı doğru artırmak için biraz daha incelik elde edilebilir.

Her neyse, arduino'yu terk ederek ve doğayı amaçladığı gibi analog yaparak büyük bir pozitif karma elde edersiniz;)

Düzenleme: Şans web üzerinde "mikrofon pre-amp" devreleri de bir sürü, muhtemelen bu gün sizin için yapmak bir 0.10 $ SOT23 çip var ...