Czy mogę użyć tranzystora PNP z mikrofonem elektretowym, aby uzyskać nieodwracające wyjście dla mojego Arduino?

9

Chcę po prostu odczytać ogólny poziom dźwięku z mikrofonu elektretowego. Widziałem wiele schematów z tranzystorami NPN, które zapewnią odwrócone wyjście (~ 5 V przy cichym, ~ 0 V przy głośnym, liniowa praca pomiędzy nimi).

Oto przykład:

Prosty przedwzmacniacz audio

Chciałbym jednak wyjścia nieodwróconego (praca liniowa, bardzo ciche wejście daje ~ 0 V, wejście super głośne daje ~ 5 V). Zdaję sobie sprawę, że mogę to łatwo poprawić w oprogramowaniu, ale wydaje mi się to w pewnym sensie zacofane i nie mogę znaleźć żadnych przykładów nieodwracającego wyjścia z tranzystorem PNP.

Czy istnieje powód, dla którego nie jest to rzadkie? Jeśli to możliwe, czy ktoś mógłby przedstawić schemat mikrofonu elektretowego i tranzystora PNP, który da ~ 0 V przy cichym i ~ 5 V przy głośnym?

Ponadto, czy jest jakiś powód, dla którego jest to tak rzadkie lub niepożądane? Wydaje się, że NPN są używane znacznie częściej niż PNP, dlaczego tak jest?

Edytować

Wygląda na to, że byłem raczej zdezorientowany tym, co dostałbym jako wyjście z przedwzmacniacza NPN, czyli 0 V dla ciszy i +/- Vin / 2. Oto, czego chcę zamiast tego:

0 V w trybie cichym, ~ 2,5 V przy średnim poziomie głośności, ~ 5 V przy maksymalnym poziomie głośności. ADC może to łatwo odczytać do „poziomu dźwięku” bez większego wysiłku. Nie mogę jednak podawać napięć <0 V lub> 5 V do komparatora analogowego. Wygląda na to, że chcę mieć powyższe z detektorem obwiedni, ale dostarczyłoby mnie to tylko od 0 V do 2,5 V. Jak sprawić, by zmieniało się pełne 0 V do 5 V, 0 V „cicho” i 5 V „głośno”, a wszystko było pomiędzy liniami?

Ehryk
źródło
Niestety obwód ten nie będzie generował napięcia stałego, jeśli wyjście zostanie pobrane po prawej stronie C2. Generuje napięcie prądu przemiennego. Wynika to z kondensatorów. Kondensatory nie pozwalają na przechodzenie przez nie napięcia stałego.
abdullah kahraman
Arduino ma 6 wejść analogowych, które odczytują 0-1023 dla 0V-5V. AC właśnie tego tam szukałem, prawda? Być może potrzebowałbym diody, aby nie przekazywała ujemnego napięcia do komparatora analogowego?
Ehryk
Tak, ale dioda sama spadnie o 0,6 V. Może powinieneś spróbować zrobić napięcie zasilania 5 V. Napięcie zasilania jest oznaczone jako „+3 do 9 woltów”. Następnie usuń C2. Następnie odczytaj wartość analogową na kolektorze Q1. Eksperymentuj z różnymi poziomami dźwięku, na przykład klaszcz, mów, krzycz, bądź cicho, szepcz i zobacz, jak zmienia się odczyt analogowy. Będzie to jednak fala sinusoidalna dodana z wartością prądu stałego.
abdullah kahraman
Po przeczytaniu twojego pytania i komentarzy wydaje się, że twoja questiojn nie mówi jasno, czego chcesz. Wygląda na to, że potrzebujesz poziomu prądu przemiennego, który zmniejsza się wraz ze wzrostem napięcia wejściowego. W takim przypadku należy to wyraźnie zaznaczyć. Jeśli tak nie jest, czy możesz wyjaśnić: „Nie szukam logiki 0-1, wejścia analogowe Arduino mają 10-bitowy ADC, który daje 0-1023 odpowiednio dla 0–5 V” w tym kontekście. || ...
Russell McMahon
... JEŚLI mówisz o poziomach DC, pytanie jest nadal niejasne. Sygnał prądu przemiennego zostanie wyśrodkowany na punkcie polaryzacji prądu stałego. Jest to względnie ustalone za pomocą siły sygnału. Czy możesz bardzo jasno i w prosty sposób wyjaśnić DOKŁADNIE, co chcesz zrobić z wyjściem, gdy sygnał wejściowy zmienia się z 0VAC na Max Vin AC.
Russell McMahon

Odpowiedzi:

9

O ile rozumiem, próbujesz stworzyć jakiś wykrywacz poziomu dźwięku, który pozwoli ci wykryć, czy jest dźwięk o określonej głośności, czy nie. Możesz to zrobić z niewielkimi zmianami w schemacie, który masz. Ale wcześniej powinieneś zrozumieć obwód.

Zlikwidujmy ten obwód. Przede wszystkim część z mikrofonem.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

R1 służy do dostarczania mocy potrzebnej mikrofonowi, co nazywa się polaryzowaniem mikrofonu. Mikrofon generuje napięcie prądu przemiennego, które czasami jest ujemne, a czasem dodatnie i zmienia się przez większość czasu. Pomyśl o fali sinusoidalnej . Pamiętaj jednak, że mieliśmy do tego pewne napięcie, które jest napięciem stałym. Musimy to wyjąć i podać wzmacniaczowi tylko napięcie prądu przemiennego. A to proste dzięki prostemu, pojedynczemu kondensatorowi. Kondensator nie przepuszcza prądu stałego, ale przepuszcza łatwo prąd przemienny. Zablokowaliśmy część napięcia stałego na mikrofonie elektretowym.

Spójrzmy teraz na sam wzmacniacz. Wyobraź sobie, że nie ma nic poza poniższym schematem:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

W tej konfiguracji tranzystor ma tendencję do bycia w obszarze liniowym. Jest na krawędzi włączenia lub wyłączenia, ale nie jest to żaden z nich. Gdyby było w pełni WŁĄCZONE, byłoby nasycone. Gdyby było całkowicie WYŁĄCZONE, w ogóle by nie przewodziło. Ale jest w środku, co nazywa się regionem liniowym.

Gdy jest tak skonfigurowany, jeśli dotkniesz (nie dosłownie) podstawy, tworząc małą zmianę, wynik będzie się znacznie zmieniał. Tak nazywało się wzmocnienie. Możesz poprosić Google o bardziej szczegółowe informacje.

Co jeśli połączymy dwa obwody wymienione powyżej. Tendencyjny mikrofon elektretowy z kondensatorem spowoduje niewielkie zmiany dźwięku. Tranzystor wzmocni te małe zmiany, aby można je było łatwo przeglądać:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Zauważ, że zmieniłem C1 na 1uF. Możesz użyć wartości do 100uF. Prawdopodobnie będziesz potrzebować kondensatorów elektrolitycznych. Zauważ też, że nie ma już kondensatora wyjściowego. Oznacza to, że napięcie wyjściowe będzie wynosić od 0 do 5 V, w zależności od poziomu dźwięku. Jeśli masz oscyloskop, sprawdź przebieg na wyjściu. Jeśli nie, spróbuj zapalić diodę LED, jeśli odczyt analogowy jest wyższy niż, na przykład 750. Eksperymentuj z wartościami innymi niż 750, a następnie zgłoś mi wyniki.

abdullah kahraman
źródło
Rozumiem większość tego, dziękuję. Ponieważ wykorzystuje tranzystor NPN, napięcie wyjściowe wyniesie około ~ 5 V, gdy cicha / amplituda wejściowa jest niska, i ~ 0 V, gdy głośna / amplituda wejściowa jest wysoka. To wydaje się zacofane. Czy istnieje sposób, aby go zmodyfikować, aby zachowywał się dokładnie tak, jak powyżej, w obszarze liniowym, przy czym ~ 0 V oznacza „cicho”, a ~ 5 V oznacza „głośno”?
Ehryk
@Ehryk Nope, moc wyjściowa będzie wynosić od 0 do 5 V. Jeśli weźmiesz syrenę samochodową i umieścisz ją w pobliżu mikrofonu elektretowego, będzie to fala sinusoidalna od amplitudy szczytowej do szczytowej 5 Vpp z częstotliwością około 300 Hz. 5 Vpp oznacza, że ​​wzrośnie do 5 V i wróci do 0 V z sinusoidalnym kształtem. Spójrz na to . Kiedy słychać szept, amplituda od szczytu do szczytu będzie wynosić około 1Vpp ze zmieniającą się częstotliwością z powodu mowy. Oznacza to, że wzrośnie do 1 V i wróci do 0 V.
abdullah kahraman
Jednak mój komentarz powyżej ignoruje przesunięcie DC.
abdullah kahraman
Czy istnieje sposób, aby ustawić ~ 0 V na cicho, ~ 5 V na głośno? Czy kondensator nie zrobiłby tego, gdybym w jakiś sposób odwrócił ujemną część fali, a następnie ją trochę wygładził? Z mostkiem prostowniczym / mostkiem diodowym? ( en.wikipedia.org/wiki/Diode_bridge )
Ehryk
@Ehryk Tak, możesz dodać kondensator wyjściowy i detektor obwiedni. Przy odpowiednich wartościach składowych będziesz mieć analogowy poziom napięcia w zależności od amplitudy dźwięku. Nie jestem jednak tego pewien. Powinieneś eksperymentować. Po uzyskaniu wyników, po prostu stwórz warunek if-else w oprogramowaniu w zależności od odczytanej wartości ADC.
abdullah kahraman
3

Typowy wzmacniacz klasy A emitera zawsze odwraca się, nawet jeśli używasz PNP, jedyną różnicą jest odwrócenie polaryzacji zasilacza. Jeśli zamiast kondensatora użyjesz transformatora audio, możesz dowolnie zmienić fazę sygnału. Ale prawdopodobnie będzie kosztować więcej niż użycie dwóch BJT. Aby rozwiązać ostateczne pytanie, musisz sprostować (nawet za pomocą jednej diody) wyjście i przyłożyć wynik do obciążenia (opornik byłby w porządku) i podać to do wejścia analogowego arduino. Nie ma powodu, by w ogóle odwracać sygnał.

Felice Pollano
źródło
Zatem jaki jest najprostszy nieinwersyjny wzmacniacz nieodwracający (niezależnie od klasy lub wspólnego emitera)?
Ehryk
Wspólny kolektor, ale myślę, że nie jest poprawne użycie w tym przypadku, ponieważ potrzebujesz wzmocnienia napięcia
Felice Pollano
Wspólna podstawa, jeśli potrzebujesz wzmocnienia napięcia (ale jego wzmocnienie prądu = 1). Zauważ, że w tym przypadku możesz dodać drugą inwersję, po prostu zamieniając R1 i mikrofon. Nie wymaga PNP. Jednak odwracanie lub nie rozwiąże zadanego problemu - generowanie logiki 1 lub 0 w zależności od głośności.
Brian Drummond
Nie szukam logiki 0-1, wejścia analogowe Arduino mają 10-bitowy ADC, który daje 0-1023 odpowiednio dla 0V-5V. Czy możesz podać schemat połączeń?
Ehryk
1

Ten wzmacniacz odwraca sygnał, ale nie powinieneś dbać o sygnał audio. Na wyjściu będzie prąd przemienny - kondensator blokuje prąd stały. Nie można więc powiedzieć ~ 0 V dla cichego hałasu i ~ 5 V dla głośnego. Jeśli potrzebujesz czujnika poziomu dźwięku, jednym łatwym sposobem jest dodanie, po czapce wyjściowej, obwodu zwanego „demodulatorem” lub „detektorem szczytowym”, łatwo zaimplementowanego wokół diody i kilku pasywnych elementów.

Joan
źródło
Czy możesz dodać schemat tego? Czy detektor szczytowy nie zmienia się między -2,5 V a 2,5 V? Chciałbym, aby ~ 0 V było ciche, a ~ 5 V było najgłośniejsze, jak by to osiągnąć?
Ehryk
0

Po prostu odwróć moc wyjściową drugi raz, używając 2-stopniowego wzmacniacza. ( Zobacz tę stronę, aby uzyskać więcej informacji na temat dwustopniowego i nieodwracającego wzmocnienia tranzystora. Bardzo wnikliwe )

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Rezystory i kondensatory o tej samej wartości, ten sam tranzystor 2n3094, dodane do wyjścia istniejącego schematu, zapewniłyby drugą inwersję.

Ale ktoś mnie poprawia, jeśli się mylę, ale twój schemat pokazuje prosty stronniczy wzmacniacz, więc naprawdę masz 2,5 V jako cichy zakres, a kształt fali powiększa się z większą ilością dźwięku? Będziesz miał ± 2,5 V między szczytami. Miałbyś 1v / 3v jako średnią głośność.

Przechodzień
źródło