डिजिटल रूपांतरण के लिए एक स्वच्छ प्रवर्धित माइक्रोफोन एनालॉग कैसे बनाया जाए?

Question

मैंने पिछले कुछ दिनों से इस परियोजना से संबंधित कुछ प्रश्न पूछे हैं, लेकिन मुझे यह सब एक साथ नहीं लगता।

मैंने एक इलेक्ट्रेट माइक को एक ऑम्पैम्प में झुका दिया और अपने arduino माइक्रोकंट्रोलर को आउटपुट दिया। माइक्रोकंट्रोलर पर एडीसी 0 से 5 वीवी की सीमा को 10-बिट संख्या (0 से 1023) में परिवर्तित करता है।

मैंने 3 अलग-अलग amp चिप्स की कोशिश की:

• LM386 - मुझे यह प्रतिक्रिया मिली कि यह चिप इस उद्देश्य के लिए अच्छा नहीं था, क्योंकि यह ऑपैंप नहीं है, और यह उम्मीद के मुताबिक सही ढंग से काम नहीं कर पाया।
• LM358 - काम करता है
• UA741 - काम करता है, LM358 से अधिक बढ़ जाता है

मैंने इस योजनाबद्ध तरीके से पालन ​​किया (सिवाय इसके कि मैंने अच्छा लाभ प्राप्त करने के लिए अवरोधक मानों के साथ खिलवाड़ किया): मैंने R5 के लिए 50 k ओम और R2 के लिए 10 ओम का उपयोग किया।

समस्या यह है कि बाद के दो चिप्स से आउटपुट "साफ" नहीं है। Arduino पर analogRead () हमेशा गैर-शून्य मान पढ़ रहा होता है जब मैं माइक में शोर नहीं करता। जब मैं शोर करता हूं, तो रीडिंग ठीक से प्रतिक्रिया करता है, लेकिन "शून्य" मान गैर-शून्य है। कभी-कभी "शून्य" मूल्य भी हर समय पढ़ने से दूर फेंकते हैं। उम्मीद है कि समझ में आया।

क्या आप मुझे इसे सुलझाने में मदद कर सकते हैं?

बस के रूप में महत्वहीन, अतिरिक्त जानकारी: मैं अंततः इस तरह से कुछ बनाने की कोशिश कर रहा हूं ।

Comments

आप निश्चित हैं कि आपके पास C2 है? C2 के बाद मूक डीसी वोल्टेज क्या है?

— माजेंको

हां मेरे पास C2 है। यह लगभग 2 वोल्ट है। मुझे नहीं पता कि क्या इसका कोई मतलब है: क्या ऐसा हो सकता है कि पिन और 2 और आउटपुट के बीच लूप में कुछ करंट (?) फंसा हो?

— शुभम

कैसे Arduino इनपुट पिन से डिस्क के साथ C2 के बाद मूक डीसी वोल्टेज के बारे में?

— माज़ेंको

C2 की उपस्थिति का मतलब है कि preamp का आउटपुट लगभग 0V - 2.5V नहीं, बल्कि यह आंतरिक रूप से चल रहा है।

— माजेंको

एक और बात - आप पूर्व-amp C2 और Arduino इनपुट के बीच में थोड़ा-सा shottky डायोड खिसकना चाह सकते हैं - उन नकारात्मक वोल्टेजों को दूर फेंक दें जिनकी आपको वास्तव में परवाह नहीं है। एक और बात मैंने एनालॉग इनपुट और जमीन के बीच एक और संधारित्र को जोड़ने के लिए किया था ताकि सिग्नल को थोड़ा बाहर निकाला जा सके। VU मीटर को थोड़ा कम चंचल बनाता है।

— माजेंको

Answer 1

आउटपुट कैपेसिटर से छुटकारा पाएं। वह सर्किट शायद शून्य के आसपास एक संकेत उत्पन्न करने के लिए था, इसलिए संधारित्र 1/2 Vdd ऑफसेट को अवरुद्ध करने के लिए है। हालांकि, माइक्रोकंट्रोलर सिग्नल को 1/2 Vdd के आसपास केंद्रित देखना चाहता है, इसलिए बस संधारित्र से छुटकारा पाएं।

माइक्रोफ़ोन को बहुत अधिक लाभ की आवश्यकता होती है। Electrets संवेदनशील हो सकता है, लेकिन आपको अभी भी 1000 की वोल्टेज लाभ की आवश्यकता हो सकती है। आपके सर्किट में लाभ आर 5 से आर 2 का अनुपात है, लेकिन यह केवल ओप्पैम्प क्या कर सकता है की सीमा के भीतर काम करता है।

आपके द्वारा ऊपर दिए गए मान आपको 5000 का लाभ देंगे। यह एक बहुत कुछ है जो आपको एक एकल ओपैंप चरण से प्राप्त करने का प्रयास करना चाहिए। न केवल ऑफसेट वोल्टेज को इस लाभ से गुणा किया जाएगा, लेकिन ओपैंप पूर्ण आवृत्ति सीमा पर प्रदान करने में सक्षम नहीं होगा। 1 मेगाहर्ट्ज गेन-बैंडविड्थ पर, आपको केवल वह लाभ मिलेगा जो 200 हर्ट्ज से कुछ नीचे है। 5000 तक के प्रवर्धन के बाद भी 1 mV इनपुट ऑफसेट 5 V हो जाता है।

R2 इनपुट संधारित्र के बाद माइक्रोफोन द्वारा देखा जाने वाला प्रतिबाधा भी है। आपको इसकी रुकावट के साथ माइक्रोफोन के प्रतिबाधा और ब्याज की सबसे कम आवृत्ति पर इनपुट संधारित्र से कुछ बड़ा होना चाहिए। 10 too उसके लिए बहुत छोटा है। 10 k 10 एक बेहतर मूल्य होगा।

शुरुआत के लिए 30 या तो के लाभ के साथ दो चरणों का प्रयास करें और देखें कि आपको कहां मिलता है। यह एक ऐसा लाभ है जो काम के फीडबैक के लिए पर्याप्त हेडरूम के साथ उचित आवृत्तियों को संभाल सकता है। आपको दो चरणों को कैपेसिटिव रूप से युगल करने की भी आवश्यकता है ताकि इनपुट ऑफसेट वोल्टेज सभी चरणों के माध्यम से जमा न हो।

संपादित करें: जोड़ा गया सर्किट

मेरे पास पिछली रात एक सर्किट खींचने का समय नहीं था जब मैंने ऊपर उत्तर लिखा था। यहाँ एक सर्किट है जो इसे करना चाहिए:

इसमें लगभग 1000 का वोल्टेज लाभ है, जो एक उचित इलेक्ट्रेट माइक्रोफोन के लिए पर्याप्त होना चाहिए। मैं थोड़ा बहुत हो सकता हूं, लेकिन कुछ क्षीणन को जोड़ना आसान है।

टोपोलॉजी आपके सर्किट से अलग है। नोट करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह एक चरण में पूरे लाभ का उत्पादन करने की कोशिश नहीं करता है। प्रत्येक चरण में लगभग 31 का लाभ होता है। यह फीडबैक के लिए 20 किलोहर्ट्ज़ की अधिकतम ऑडियो आवृत्ति पर बहुत अधिक हेडरूम छोड़ देता है, इसलिए लाभ ऑडियो आवृत्ति रेंज के लगभग अनुमानित और सपाट हो जाएगा क्योंकि MCP6022 में एक विशिष्ट लाभ-बैंडविड्थ है। 10 मेगाहर्ट्ज का उत्पाद। सीमित कारक सबसे अधिक संभावना माइक्रोफोन होगा।

इससे पहले कि मैंने जो कहा, उसके विपरीत, दो चरणों को कैपेसिटिव रूप से युग्मित करने की आवश्यकता नहीं होती है ताकि ऑफसेट वोल्टेज को लाभ के साथ जमा होने से रोका जा सके। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस सर्किट में, प्रत्येक चरण में केवल 1 का DC लाभ होता है, इसलिए अंतिम ऑफसेट केवल opamp ऑफसेट से दोगुना है। इन ओपैम्प्स में केवल 500 offsetV ऑफसेट होते हैं, इसलिए ओप्स के कारण अंतिम ऑफसेट केवल 1 mV होता है। R3 और R4 के बेमेल के कारण अधिक होगा। किसी भी मामले में, आउटपुट डीसी काफी करीब से 1/2 होगा आपूर्ति सार्थक तरीके से ए / डी रेंज में नहीं खाने के लिए।

1 प्रति चरण के डीसी लाभ को कैपेसिटिव रूप से फीडबैक डिवाइडर पथ को जमीन पर युग्मित करके प्राप्त किया जाता है। संधारित्र डीसी को ब्लॉक करता है, इसलिए प्रत्येक चरण डीसी के लिए सिर्फ एक एकता अनुयायी है। पूर्ण एसी लाभ को कैपेसिटर (पहले चरण में C3) के रूप में महसूस किया जाता है, प्रति कम रेज़र अवरोधक (पहले चरण में R7) की तुलना में प्रतिबाधा छोटी हो जाती है। यह लगभग 16 हर्ट्ज पर होने लगता है। इस दृष्टिकोण में एक दोष यह है कि बसने का समय C3 बार R7 + R5 है, न कि केवल R7। इस सर्किट को चालू होने के बाद एक-दो सेकंड का समय लगेगा।

Comments

जब मैं आउटपुट से कैप निकालता हूं, तो arduino लगभग 3 वोल्ट का इनपुट देखता है। मुझे खेद है, लेकिन क्या आप बता सकते हैं कि ऑफसेट वोल्टेज से आपका क्या मतलब है? 1000 का लाभ प्राप्त करने के लिए, R2 को 10k ओम होने के साथ, मुझे R5 के लिए 10M ओम की आवश्यकता है? क्या तुम इसके बारे में निश्चित हो? लाभ R5 और R2 के बीच का अनुपात सही है?

— शुभम

@ शुभम: आपका सर्किट ओप्पम के ऑफसेट वोल्टेज को 5000 से गुणा करने की कोशिश करता है, इसलिए यह आश्चर्य की बात नहीं है कि आउटपुट एक रेल के लिए आंकी गई है। कोई भी ओपैंप परफेक्ट नहीं है। इनपुट ऑफसेट वोल्टेज दो इनपुट के बीच का वोल्टेज होता है जब आउटपुट मिड रेंज होता है। सिद्धांत रूप में दोनों इनपुट समान होंगे। इनपुट ऑफसेट वोल्टेज कल्पना आपको बताती है कि यह इस आदर्श से कितनी दूर है।

— ओलिन लेट्रोप

@ शुभम: फीडबैक रोकने वाले के लिए आपको 10 एमओएम की आवश्यकता होगी यदि आपने एक चरण में सभी लाभ प्राप्त करने की कोशिश की। जैसा कि मैंने कहा, यह एक बुरा विचार है।

— ओलिन लेट्रोप

सभी मदद के लिए धन्यवाद, यहाँ बहुत कुछ सीखना। इसलिए प्रत्येक 30 लाभ के दो चरण होने से मुझे 900 का कुल लाभ मिलेगा, है ना? मैं एक LM358 (जो मैं चारों ओर झूठ बोल रहा है) का उपयोग करके यह कोशिश करूँगा, और वापस रिपोर्ट करूँगा

— शुभम

अंत में यह काम किया! मुझे उस योजनाबद्ध देने के लिए धन्यवाद! लेकिन मुझे केवल लगभग 200 की एडीसी रेंज मिल रही है। मूक एडीसी मूल्य मिडपॉइंट (512) से थोड़ा ऊपर होगा, लेकिन इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि मैं माइक में कितना शोर करता हूं, एडीसी मान 200 से अधिक नहीं जाएगा मौन मूल्य। यह शायद मेरे कैप और प्रतिरोधों का सेटअप है जो इसे सीमित कर रहा है।

— शुभम

Answer 2

जैसा कि आप कहते हैं, डिजिटल मान 0 से 1023 तक होगा। इस श्रेणी का मध्य 0 नहीं है, यह 512 है (जो लगभग 2.5 के वोल्टेज से मेल खाता है)। मौन के लिए, आपको रेंज के बीच में कुछ इस तरह से देखना चाहिए। 512 बिल्कुल नहीं होना चाहिए, लेकिन यह करीब होना चाहिए। इसे "डीसी ऑफ़सेट" कहा जाता है। सिग्नल को ऊपर की तरफ शिफ्ट किया जाता है और 2.5 V के आसपास केंद्रित किया जाता है।

यदि आप 2 V को माप रहे हैं और 400 के आसपास ADC मान देख रहे हैं, तो यह मूल रूप से ठीक काम कर रहा है।

ध्वनि तरंगें नकारात्मक से सकारात्मक दबाव तक जाती हैं। यदि केंद्र बिंदु 0 था, और संकेत केवल 0 और 1023 के बीच मापा जा सकता है, तो नकारात्मक दबाव मान (-1023) काट दिया जाएगा।

इसके अलावा, यह हमेशा एडीसी के शोर मंजिल के कारण थोड़ा उतार-चढ़ाव होगा। (और कमरे में हमेशा कुछ ऑडियो शोर होगा चाहे आप कितने शांत हों।)

Comments

ओह्ह जो "डीसी ऑफसेट" बताते हैं, मैं अन्य उत्तरों में देखता रहा। वहाँ डीसी ऑफसेट को हटाने के लिए एक रास्ता है, लेकिन कहीं एक टोपी डाल रहा है?

— शुभम

@ शुभम: आप एक डीसी ऑफसेट चाहते हैं । एडीसी प्रक्रिया एक के बिना काम नहीं करेगी। कैप सी 2 वह है जो सुनिश्चित करता है कि आपके पास एक है। इस मामले में, शायद बहुत अंतर नहीं है, हालांकि, क्योंकि यू 1 का आउटपुट पहले से ही ऑफसेट है। क्या आप C2 के प्रत्येक तरफ DC मान को माप सकते हैं?

— एंडोलिथ जुएल

@ शुभम: अगर आपका मतलब है कि आप अपने डिजिटल माप को 512 के बजाय 0 के आसपास केंद्रित करना चाहते हैं, तो आप बस अपने सॉफ़्टवेयर में ऑफ़सेट को घटा सकते हैं, या बेहतर, सॉफ़्टवेयर में डिजिटल उच्च-पास फ़िल्टर लागू कर सकते हैं।

— एंडोलिथ जुएल

Answer 3

क्या आप उस माइक्रोफ़ोन पर स्पेक शीट पोस्ट कर सकते हैं? कोई कारण नहीं है कि आपको एक इलेक्ट्रेट माइक के साथ 5000 की आवश्यकता होनी चाहिए जब तक कि आपके पास कोई आंतरिक इकाई न हो जिसमें कोई आंतरिक एफईटी न हो। अगर ऐसा है तो प्रस्ताव को अलग तरह से देखने की जरूरत है।

इसके अतिरिक्त आपके द्वारा उपयोग किया जाने वाला सर्किट बहुत अच्छा नहीं है जो एक इलेक्ट्रेट माइक के लिए पूर्व-amp के रूप में उपयोग किया जा रहा है।

मैं सुझाऊंगा:

R5 / R4 लाभ निर्धारित करता है और सर्किट के इनपुट प्रतिबाधा के साथ खराब हुए बिना समायोजित किया जा सकता है। R3 2k -> 10k ish से हो सकता है। 10k विरूपण प्रदर्शन में सुधार करेगा, यदि आप इसे बहुत कम समायोजित करते हैं, तो आपको इनपुट प्रतिबाधा को ठीक करने के लिए R1 और R2 के लिए मानों को पुनर्विचार करना चाहिए।

यह भी बहुत महत्वपूर्ण है कि बिजली की आपूर्ति पर्याप्त रूप से डिकॉउन्ड की जाती है क्योंकि कोई भी शोर माइक्रोफोन में फीड होगा।

जैसा कि आपके "शून्य" बिंदु का उल्लेख किया गया अन्य उत्तर ~ 512 होगा जब आप एडीसी को पढ़ेंगे और आप जो भी करते हैं, उसमें थोड़ा सा भी उतार-चढ़ाव नहीं होगा।

यदि आपका लक्ष्य स्तर के जवाब में रोशनी झपका रहा है, तो आपको किसी भी तरह से तत्काल रीडिंग नहीं लेनी चाहिए, क्योंकि मुझे संदेह है कि आपकी प्रतिक्रिया बहुत तेजी से नमूना लेने में सक्षम है ताकि यह अच्छी तरह से प्रतिक्रिया कर सके। इसके बजाय एनालॉग डोमेन में चोटी या औसत स्तर का पता लगाने और औसत अवधि निर्धारित करें जो भी आपके नमूना दर होगा।

EDIT: पीक डिटेक्टर के साथ ऐसा करने पर अधिक

आपके पास यहां जो मुद्दा है वह यह है कि आर्डिनो में अपेक्षाकृत सीमित नमूना दर है, मुझे लगता है कि आपकी अधिकतम 10khz होने वाली है जिसका अर्थ है कि आप केवल 5khz ऑडियो सिग्नल अधिकतम को हल कर सकते हैं। यह एडीसी को चलाने के अलावा बहुत कम काम कर रहा है, अगर आपको कोई वास्तविक काम करने की आवश्यकता है (और आप कुछ प्राप्त करने के लिए करते हैं) तो नमूना दर कम होगी।

याद रखें कि कच्चे सिग्नल के असतत नमूने लेना , सिर्फ इसलिए कि आपके पास एडीसी में फुल रेंज साइन वेव फीडिंग है, इसका मतलब यह नहीं है कि आपको एडीसी से 0 की रीडिंग नहीं मिलेगी, आपको लहर के विभिन्न बिंदुओं पर नमूने मिलेंगे। । वास्तविक संगीत के साथ परिणामी संकेत काफी जटिल होगा और आपके पास सभी जगह नमूने होंगे।

अब, यदि आप सभी को मापने की कोशिश कर रहे हैं, तो इनपुट सिग्नल का स्तर है, और वास्तव में सिग्नल के डिजिटल प्रतिनिधित्व प्राप्त करने के बारे में परवाह नहीं है, तो आप ऐसा करने के लिए इस पूर्व-एम्पी के बाद एक साधारण चोटी डिटेक्टर का उपयोग कर सकते हैं।

यह क्या करता है यह आपके ऑडियो सिग्नल को एक वोल्टेज में बदल देता है जो अपने चरम स्तर का प्रतिनिधित्व करता है। जब आप एडीसी के साथ इस वोल्टेज को मापते हैं, तो आपके पास रीडिंग के समय संकेत के स्तर का प्रतिनिधित्व करने वाला एक तत्काल मूल्य होगा। आप अभी भी थोड़ा लड़खड़ाएंगे क्योंकि ध्वनि एक जटिल, हमेशा बदलती तरंग है, लेकिन सॉफ्टवेयर में इससे निपटना आसान होना चाहिए।

होल्ड के बिना एक पीक डिटेक्टर वास्तव में आउटपुट पर एक फिल्टर के साथ सिर्फ एक रेक्टिफायर है। इस मामले में हमें निम्न स्तर के संकेतों से निपटने और सटीकता बनाए रखने की आवश्यकता है इसलिए हमें आपके औसत रेक्टिफायर सर्किट के लिए जो करना होगा उससे थोड़ा अधिक करने की आवश्यकता है। सर्किट के इस परिवार को "सटीक रेक्टिफायर" कहा जाता है।

ऐसा करने के लिए लगभग एक अरब अलग-अलग तरीके हैं, लेकिन मैं इस सर्किट के साथ जाऊंगा, यह एकल आपूर्ति का उपयोग करते समय सबसे अच्छा काम करता है। यह प्री-एम्पी सर्किट के बाद पहले से ही चर्चा में है और इनपुट एसी युग्मित हो सकता है या नहीं, एक एकल आपूर्ति से चलने के बावजूद यह वास्तव में नकारात्मक इनपुट वोल्टेज के साथ ठीक काम करेगा जब तक कि आप उपलब्ध शिखर से अधिक न हों- सेशन पीक से पीक वोल्टेज।

OP1 एक (लगभग) आदर्श डायोड के रूप में कार्य करता है जो कि सुधार करते समय डायोड में वोल्टेज ड्रॉप के सामान्य मुद्दे के आसपास हो जाता है। लगभग कोई भी छोटा सिग्नल डायोड डी 1 के लिए काम करेगा, कुछ कम आगे वोल्टेज ड्रॉप के साथ सटीकता बढ़ जाएगी लेकिन मुझे संदेह है कि यह आपके उपयोग के लिए मायने रखेगा।

C1 और R4 आउटपुट को सुचारू करने के लिए एक कम पास फिल्टर के रूप में कार्य करते हैं, आप अपने मूल्यों के साथ प्रदर्शन कर सकते हैं कि आपके प्रदर्शन को क्या करना है (और आपकी नमूना दर)।

आप शायद पूर्व-amp में अपने ऑप्स मॉडल का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन इस सर्किट के लिए रेल-टू-रेल और उच्च स्लीव दर आदर्श हैं। यदि आपके पास स्थिरता की समस्या है तो R1, R2 और R3 को 100k ओम तक बढ़ाएं।

Comments

माइक एक मानक इलेक्ट्रेट कंडेनसर माइक है। मैं R3 10K बनाऊंगा, मेरा Vcc 5.9V है तो क्या यह ठीक रहेगा यदि R1 और R2 10K भी हैं? आप किस opamp की सिफारिश करेंगे: LM358 या 741? क्या कोई ऐसा तरीका है जिससे मैं "शून्य" बिंदु को 0 या नीचे 0 पर ला सकता हूं? "इसके बजाय एनालॉग डोमेन में चोटी या औसत स्तर का पता लगाने और जो भी आपके नमूना दर होगा के लिए आनुपातिक अवधि निर्धारित करें।" - क्या आप मुझे इस पर थोड़ा और विस्तार दे सकते हैं? यह दिलचस्प लगता है और मैं वास्तव में इस पर गौर करना चाहता हूं। क्षमा करें, मुझे कई प्रश्न करने हैं ... मैं अभी भी कॉलेज में एक ईई छात्र हूं।

— शुभम

मैंने आपके अनुशंसित सर्किट की कोशिश की (यह बहुत साफ है कि मैं जो उपयोग कर रहा था, आउटपुट में कम यादृच्छिकता है)। मैंने R5 के लिए 1M ओम का उपयोग किया और R4 के लिए 1k ओम का, 1000 का प्रवर्धन दिया। जब मैंने एक DMM के साथ कुछ मापन किया, तो opamp लगभग 3 वोल्ट का मौन उत्पादन दे रहा है, और C3 इसे घटाकर लगभग 1.5 वोल्ट करता है। जब मैं R5 निकालता हूं तो भी आउटपुट पर कोई फर्क नहीं पड़ता ... क्या आपको यकीन है कि लाभ R4 / R5 है?

— शुभम

R3 माइक्रोफोन के अंदर FET का पूर्वाग्रह बिंदु सेट करता है, (R1 || R2) || R3 माइक्रोफोन द्वारा देखे गए AC इनपुट प्रतिबाधा को सेट करता है। "शून्य" बिंदु को 0 पर सेट करना एनालॉग डोमेन में किसी भी चीज से हल नहीं किया जा सकता है, जो कि एक एकल बिजली की आपूर्ति वाले arduino में ADC का एक फ़ंक्शन है। आपको बस प्रत्येक नमूने से ~ 512 घटाना है यदि आप चाहते हैं कि कोई भी ध्वनि शून्य न हो (सुनिश्चित करें कि आप एक हस्ताक्षरित डेटा प्रकार का उपयोग करें क्योंकि इसका मतलब है कि नकारात्मक मान संभव हैं)

— मार्क

R4 / R5 एक लाभ है, हालाँकि 1000 का लाभ आपके द्वारा परीक्षण की गई आवृत्ति पर opamp की सीमा को पार कर सकता है। सर्किट में C2 आउटपुट में किसी भी डीसी ऑफसेट को वापस फीड करने से कम करने में मदद करने के लिए है और लाभ को प्रभावित नहीं करता है।

— मार्क

R1 // R2 के खिलाफ मार्क, C1 में 1.3 kHz हाई पास फिल्टर रोलऑफ आवृत्ति है। यह "हाईफी" निचली सीमा से ऊपर ध्वनि आवृत्तियों और 6 सप्तक के एक अच्छे अंश से ऊपर है। यह ठीक हो सकता है अगर वह सिर्फ एक ध्वनि सक्रिय ट्रिगर करना चाहता है, लेकिन अच्छा नहीं अगर वह सामान्य डिजीटल ध्वनि चाहता है।

— ओलिन लेट्रोप