Sygnał dźwiękowy promujący prąd stały

21

Widziałem kilka różnych sposobów dodawania odchylenia prądu stałego do sygnału audio. Symulowałem je i wszystkie dają mi podobne wyniki, ale nie mogę zrozumieć, dlaczego wybrałem A zamiast B lub C. Moim źródłem audio będzie Line Level Audio -2 V do + 2 V AC przechodzący przez nasadkę łączącą 220uF, a następnie filtr dolnoprzepustowy (RC, 2 bieguny). Sygnał zostanie odczytany przez ADC.

Pierwszym sposobem jest zastosowanie dzielnika napięcia: prosty obwód odchylający

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jest to dość oczywiste i rozumiem, jak to działa. Widziałem też ten sam projekt za pomocą diody, ale nie mogłem znaleźć przykładu.

Następny przykład: jak odczytać sygnał audio za pomocą ATMega328? - zdjęcie pochodzi z odpowiedzi endolitu.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Kolejny, który widziałem to: nie do końca rozumiem ten obwód przedwzmacniacza FET-BJT

Schemat dotyczy przedwzmacniacza, a są 2 wersje i oba dodają odchylenie.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Moje pytanie brzmi: jaka jest najlepsza praktyka dodawania odchylenia do sygnału audio? Jakie są inne sposoby dodania odchylenia prądu stałego do sygnału?

Edycja / aktualizacja: Patrząc na odpowiedzi - użycie drugiego wygląda na to, że będzie działać najlepiej w mojej aplikacji, przy użyciu czegoś takiego. Czy mogę wprowadzić jakieś inne ulepszenia? Inne niż stabilne szyny Vref / power.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

jsolarski
źródło
1
Mała uwaga, mówisz, że masz czapkę odsprzęgającą 220 uF. Myślę, że masz na myśli czapkę sprzęgła.
Kellenjb
2
Sygnał zostanie odczytany przez ADC, dla licznika BPM (uderzeń na minutę) A Kellenjb masz poprawną czapkę sprzęgła i nie rozprzęgasz - naprawiono
jsolarski
1
Uwaga: używam pierwszego rozwiązania bez problemów, ale mój obwód zdecydowanie nie jest wysokiej wierności, ponieważ jest w modelu samolotu z dużą ilością innych szumów (silniki, serwomechanizm, wiatr itp.)
Thomas O
1
Celowo próbujesz izolować niskie częstotliwości za pomocą tych filtrów RC, prawda?
endolith
1
@endolith Tak, celowo próbuję izolować niskie częstotliwości poniżej 3
kHz

Odpowiedzi:

22

Nie używaj pierwszego obwodu. Wszelkie zakłócenia lub skoki napięcia zasilającego zostaną zmiksowane z sygnałem. Ponieważ punkt polaryzacji jest podłączony bezpośrednio do sygnału, nie można odfiltrować szumów zasilacza bez filtrowania sygnału.

Korzystaj z drugiego obwodu. Wytwarza napięcie w punkcie środkowym, które jest ściśle połączone z ziemią, więc składnik prądu stałego stanowi połowę zasilania, ale składnik prądu przemiennego (szumy i skoki napięcia) jest odfiltrowywany przez kondensator. To jednak nie jest kompletny obwód, wciąż musisz podłączyć go do swojego sygnału.

Oto, co próbujesz zrobić :

proste odchylenie prądu stałego

Wyjście jest takie samo jak wejście, tylko przesunięte w górę o 2,5 V. Rezystor na wejściu zapewnia, że ​​strona wejściowa kondensatora jest na 0 VDC, aby zapobiec trzaskom podczas połączenia. Rezystor po stronie wyjściowej nasadki sprzęgła prądu przemiennego dociska tę stronę do napięcia polaryzacji prądu stałego. Jeśli obwód ma już czyste źródło prądu stałego o niskiej impedancji napięcia polaryzacji prądu stałego, podłącz do niego. W przeciwnym razie możesz użyć obwodu nr 2 do wygenerowania błędu, tak jak poniżej :

Obwód pokazujący polaryzację DC prądu przemiennego

(Symulacja zajmuje jednak dużo czasu, aby osiągnąć wartość odchylenia DC. Naciśnij pozycję menu „Znajdź punkt pracy DC”, aby ją ustalić ).

Napięcie polaryzacji prądu stałego jest wytwarzane przez dzielnik napięcia i kondensator w celu odfiltrowania szumu zasilania. Zauważ, że jeśli użyjesz tego samego punktu Vbias dla wielu sygnałów, mogą one przejść przez ten punkt. Większy korek odchylenia zmniejsza przesłuch. Większy kondensator sprzęgający poprawia odpowiedź niskiej częstotliwości. Ale uczyń je zbyt dużymi, a ładowanie zajmie dużo czasu po naciśnięciu przełącznika zasilania.

Trzeci schemat nie jest obwodem odchylającym; to przedwzmacniacz mikrofonowy.

endolit
źródło
Jeśli chodzi o przedwzmacniacz, czy ten sygnał polaryzacji obwodu miałbym, gdybym używał sygnału bez wzmocnienia (phono) lub mikrofonu? czy powinien po prostu przejść przez przedwzmacniacz, który nie zakłóca i nie przesyła sygnału w pobliżu filtra?
jsolarski
@jsolarski: Nie rozumiem twojego pytania na temat przedwzmacniacza. Obwód ten to przedwzmacniacz mikrofonowy o wysokim wzmocnieniu. Czy chcesz buforować sygnał, zanim trafi on do ADC?
endolith
co do mojego wcześniejszego komentarza, będę musiał zadać kolejne pytanie, kiedy dojdę do tego punktu, mam obawy, że mam wiele sygnałów, niektóre mają poziom liniowy, a niektóre będą bardzo niskimi wejściami mikrofonowymi lub wejściami gramofonowymi. Potrzebuję tylko sposobu, aby utrzymać poziomy w tym samym zakresie, kiedy podłączam różne źródła.
jsolarski
1
@jsolarski: To będzie jak każde wejście miksera audio. Będziesz potrzebował zmiennej kontroli wzmocnienia dla nieprzewidywalnych wejść niskopoziomowych i być może oddzielnych gniazd dla poziomu liniowego, w zależności od złączy, których chcesz użyć. W przypadku licznika BPM niski poziom szumów prawdopodobnie nie jest tak ważny, więc możesz po prostu użyć pojedynczego stopnia wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego z szerokim zakresem wzmocnienia. Alternatywnie, węższy zakres wzmocnienia i przełącznik padu 20 dB.
endolith
Mówisz, że pierwszy obwód OP będzie miał wzmocniony szum zasilacza, ale twój pierwszy obwód ma zasilacz bezpośrednio podłączony do wyjścia. Nie brakuje tam kondensatora? W jaki sposób pierwszy obwód filtruje napięcie zasilania (szum)?
SpaceDog,
8

Najprostszą metodą jest pierwszy obraz, z którym się łączysz. Wykona pracę, ale ma dużą wadę dla twojego wniosku. Jeśli na twoich liniach zasilających występuje szum, szum zostanie dodany do sygnału, który próbujesz zmierzyć.

Druga metoda jest prawie identyczna z pierwszą metodą. Dużą zaletą w stosunku do pierwszej metody jest to, że szum na liniach zasilających nie będzie miał tak dużego wpływu na sam sygnał.

Trzecia metoda to zabijanie za to, co chcesz zrobić. Został zaprojektowany, aby zapewnić wyższą moc wyjściową, ale ponieważ po prostu czytasz go za pomocą ADC, nie ma powodu, aby go potrzebować.

Kellenjb
źródło
2
Jeśli napięcie, z którego pochodzi przetwornik ADC, zasila dzielnik rezystora, nie widzę, że podłączenie tego napięcia do źródła zasilania ADC będzie dużym problemem. Rzeczywiście, jeśli w referencji ADC występuje chwiejność, pomyślałbym, że połączenie jej z wejściem ADC o amplitudzie 50% byłoby lepsze niż przesunięcie referencji, a wejście nie, chociaż sygnał audio i tak zostałby pogorszony. Jeśli odniesieniem ADC jest napięcie bezwzględne, które nie jest dostępne na styku wyjściowym, twoje napięcie powinno również być napięciem absolutnym (z regulatora lub cokolwiek innego).
supercat
6

Pierwszy obwód, prosty dzielnik rezystorów, jest zdecydowanie najłatwiejszym, najszybszym i najtańszym rozwiązaniem. Jest to również rozwiązanie, z którego korzysta większość obwodów audio. O ile nie chcesz poziomów wydajności pro-audio, poleciłbym tę metodę.

„Prawidłowym” rozwiązaniem byłoby posiadanie oddzielnej szyny zasilającej, która jest pod napięciem polaryzacji. Przeprowadź sygnał audio przez zaślepkę blokującą napięcie stałe, a następnie podłącz rezystor do szyny zasilającej napięcie wstępne. Takie podejście ma mniej szumów i zniekształceń harmonicznych niż prosty dzielnik rezystorowy - chociaż różnica w wydajności jest ważna tylko dla osób w świecie pro-audio i nie warto się tym przejmować dla większości.

Jednym z przypadków, w których „prawidłowe” rozwiązanie jest warte kłopotu dla przeciętnego obwodu, jest wtedy, gdy sam ADC zapewnia szynę napięcia polaryzacji. Niektóre ADC wytwarzają to napięcie i wszystko, co musisz zrobić, to go użyć. Jest to miłe, ponieważ można uzyskać lepszą precyzję niż jakiekolwiek inne rozwiązanie. Czasami miałem jednak problemy, w których musiałem wziąć to wyjście z ADC i uruchomić je przez bufor oparty na wzmacniaczu operacyjnym wzmocnienia jedności, aby miał siłę napędu, aby działać poprawnie.

Dwa pozostałe rozwiązania, o których wspominasz, zadziałałyby, ale nie zawracałbym sobie głowy. Są nieco poprawione i nie oferują żadnych istotnych korzyści, które zapewnia prosty dzielnik rezystorów lub „prawidłowe” rozwiązania.


źródło