Làm cách nào để tôi có được + 5v cho tiếng ồn lớn, 0v cho im lặng từ Electret Micrô (hoặc các thành phần khác)?

Tôi đã hỏi một vài câu hỏi ở đây để đi đến một câu hỏi thích hợp, những câu hỏi ban đầu tôi hỏi có liên quan đến cuối cùng. Tôi đã sử dụng Fritzing để tạo ra một số sơ đồ về những suy nghĩ ban đầu của mình, nhưng ít nhất tôi cần sự giúp đỡ với các giá trị trên các thành phần, mà tôi chỉ mơ hồ hiểu và chọn những gì có vẻ hợp lý hoặc giá trị chung.

Về cơ bản, tôi có một Arduino có 6 đầu vào tương tự. Nó sử dụng ADC 10 bit để đọc điện áp trên bất kỳ chân tương tự nào, do đó 0 = 0v, 511 = 2.5v và 1023 = 5v và tất cả các giá trị ở giữa. Nó làm cho việc đọc LINEAR DC, vì vậy tôi không tìm kiếm logic 1-0 ở đây.

Tôi có cái này được nối với đèn LED, và tôi muốn làm cho chúng phản ứng với âm nhạc. Điều tôi muốn là độ phân giải tối đa với các thành phần tối thiểu và tôi nghĩ rằng tôi đang sử dụng CÁCH quá nhiều thành phần và làm cho CÁCH này quá phức tạp. Có lẽ micro Electret không phải là thứ tôi muốn ở đây, tôi mở cho thứ khác. Tôi không muốn sử dụng op-amps để tiết kiệm không gian trên PCB của mình.

Những gì tôi muốn là một cảm biến mức độ tiếng ồn đơn giản. Tôi không muốn tái tạo âm thanh, hoặc có sự rõ ràng hoặc bất cứ điều gì, nhưng tôi muốn, gần như tôi có thể nhận được:

• Im lặng hoàn hảo = càng gần 0v DC (ổn định, không phải AC) càng tốt
• Độ ồn trung bình = Khoảng 2,5v DC (ổn định, không phải AC)
• Tiếng ồn lớn = càng gần 5v DC (ổn định, không phải AC) càng tốt

Tôi hiểu với một BJT rằng điều tốt nhất tôi có thể nhận được là từ 0,6v đến 4,4v, nhưng điều này là đủ chấp nhận được. Tuy nhiên, những gì không phải là một nửa của sóng, 0,6v đến 2,5v. Điều này dường như đang lãng phí một nửa độ phân giải có sẵn của tôi mà không có lý do. Tuy nhiên, nếu có các thiết lập khác ngoài một BJT có thể giúp tôi đến gần hơn với 0v-5v, tôi sẽ quan tâm đến việc cung cấp cho họ một shot; miễn là chúng đơn giản.

Đây là một cách đơn giản hơn, tôi hy vọng rằng điều này là có thể, nhưng nó đòi hỏi tín hiệu điện phải có đủ biên độ để điều khiển mạch dò đường bao (diode, điện trở và tụ điện) để chỉ có được một nửa dương. Tôi không nghĩ rằng nó có thể do sự sụt giảm về phía trước của diode, nhưng có lẽ điều này có thể được sắp xếp lại hoặc thực hiện trước giới hạn đầu ra? Các giá trị của bộ dò đường bao và điện trở khuếch đại phải là gì? Nên đặt một chiết áp độ nhạy trên tín hiệu, hoặc RE, hoặc RL, và giá trị của nó phải là bao nhiêu? Tuyến tính hay logarit?

Tuy nhiên, có lẽ đầu ra electret không thể tồn tại trong bộ phát hiện đường bao, shunt độ nhạy và vẫn điều khiển một bóng bán dẫn NPN. Nếu không, đây là một phiên bản phức tạp hơn. Tôi có cần đi tuyến đường này không? Có nhận được đầu ra mong muốn của tôi từ mạch thực sự thực sự đòi hỏi tất cả các thành phần này?

Dưới đây là một số câu hỏi trong quá khứ tôi đã hỏi trước khi tôi hiểu đầy đủ hơn những gì tôi đang cố gắng nói rõ, để biết thêm chi tiết. Đây là những gì trình phát hiện phong bì 'được cho là' phải làm và tôi không chắc chắn làm thế nào để điều chỉnh nó cho đầu ra electret:

Mặc dù bạn có thể làm toàn bộ điều này chỉ với một bộ khuếch đại và vi điều khiển (Arduino), theo như tôi có thể thấy, bạn muốn tùy chọn tương tự. Tôi đã cố gắng tạo một mạch phát ra mức giọng nói trên micro. Phạm vi là từ 0V đến 4V. Tuy nhiên, bạn có thể dễ dàng nâng cấp nó lên 0V lên 5V chỉ bằng cách thay đổi OP-AMP. Bây giờ, hãy đi vào nó;

Trước hết, tôi đã thay thế bộ khuếch đại bóng bán dẫn bằng OP-AMP. Đây là những gì tôi đã đưa ra;

Đây là một bộ khuếch đại đảo ngược đơn giản với mức tăng 100. Dưới đây là công thức để tính toán mức tăng;

Như bạn có thể thấy, U1 nhận tín hiệu đầu vào, đảo ngược nó và sau đó nhân nó với 100. Bạn có thể thay đổi R2 hoặc R3 và bạn sẽ thấy mức tăng của U1 thay đổi. Đảo ngược tín hiệu đầu vào không quan trọng ở đây, vì bạn sẽ hiểu sau này. Hãy xem đầu ra của bộ khuếch đại này và bạn sẽ thấy rằng có sự tăng trưởng lớn về tín hiệu đầu vào.

Trong hình trên, bạn sẽ thấy đầu ra có điện áp bù DC là 2,5 volt. Đó là vì mặt đất ảo mà chúng ta đã sử dụng. Nếu chúng ta tạo ra một mặt đất ảo, điều đó có nghĩa là chúng ta mang mặt đất đến một mức điện áp khác. Trong trường hợp này, chúng tôi đã chuyển nó sang 2,5 V. Với cấu hình mới, chúng tôi đã tạo ra một cái gì đó trông giống như -2,5 V, 0 V và 2,5 V cho mạch. Để đạt được điều này, tôi đã phải tạo ra một đường ray điện áp mới 2,5 volt. Vì đường ray điện áp đó sẽ không cung cấp nhiều năng lượng, (dưới 1 mA), nên rất dễ tạo ra;

$V+=V-$

Sau khi khuếch đại, chúng ta nên đặt tín hiệu vào "máy dò phong bì" hay nói cách khác là "người theo phong bì". Điều này sẽ nhận được mức tín hiệu, như bạn muốn và như bạn đã thể hiện trong hình trong câu hỏi của bạn. Đây là những gì một người theo phong bì cơ bản trông như thế nào:

Có vẻ như tất cả đều tuyệt vời, tuy nhiên, lưu ý rằng ở đây, D3 là một diode và nó giảm khoảng 0,6 V trên chính nó. Vì vậy, bạn mất điện áp. Để khắc phục điều này, chúng tôi sẽ sử dụng cái gọi là "siêu diode". Nó là siêu, vì điện áp giảm gần 0V! Để đạt được điều đó, chúng tôi bao gồm một OP-AMP với một diode, và đó là tất cả! OP-AMP sẽ bù cho sự sụt giảm điện áp của diode và bạn sẽ có một diode gần như lý tưởng;

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

Bây giờ, thay đổi D3 trong mạch theo dõi phong bì ở trên bằng một siêu diode, và bạn có một người theo dõi phong bì tốt hơn! Hãy nhìn vào kết quả của chúng tôi;

Chúng tôi đang đến gần. Như bạn có thể thấy, đầu ra của tín hiệu bao, là đường màu đỏ, có thể đi từ 2,5 V đến 4 V. 2,5 V là không có âm thanh, 4 V là âm thanh lớn và 3,25 V cho âm thanh trung bình. Để chia tỷ lệ theo những gì bạn muốn, chúng ta có thể trừ điện áp bù 2,5 V và chia tỷ lệ. Vì vậy, khi bạn trừ 2,5 V, nó sẽ trở thành; 0 V đối với âm thanh không có âm thanh, 1,5 V là âm thanh lớn và 0,75 V đối với âm thanh trung bình, v.v. Sau đó, nếu bạn nhân số này với khoảng 3, bạn sẽ nhận được chính xác những gì bạn muốn. 0 V cho âm thanh không, 2,5 V cho âm thanh trung bình và 5 V cho âm thanh lớn. Tóm lại, những gì chúng ta muốn là đây;

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

Để đạt được điều này, chúng tôi sẽ sử dụng một bộ khuếch đại vi sai hay nói cách khác là "bộ trừ ".

Khi có điện trở, R1 = R2 và R3 = R4, chức năng truyền cho bộ khuếch đại vi sai có thể được đơn giản hóa thành biểu thức sau:

Nếu bạn thực hiện tỷ lệ V1 = 2,5V và R3 / R1 3, thì bạn sẽ nhận được đầu ra bạn muốn.

Dưới đây là sơ đồ hoàn chỉnh sẽ làm những gì bạn muốn:

Tôi đã sử dụng LM324 OP-AMP ở đây cho mục đích mô phỏng. Điều đó sẽ giới hạn điện áp đầu ra tối đa đến 4V. Để có đầu ra toàn dải, bạn nên sử dụng OP-AMP đầu ra từ đường ray đến đường ray. Tôi muốn đề nghị MCP6004 . Thay đổi R1 và R2 cho đến khi bạn có kết quả mong muốn. Đây là những gì tôi nhận được với mô phỏng:

Bây giờ, khi đo các giá trị này trong ADC, bạn sẽ không có cảm giác tuyến tính , thay vào đó âm thanh được hiểu rõ hơn logarit, vì tai chúng ta nghe theo cách đó. Vì vậy, bạn nên sử dụng decibel . Nếu bạn không quen thuộc với decibel, đây là một video hướng dẫn tuyệt vời về nó.

Một căn phòng yên tĩnh, ví dụ được đo khoảng 40 dB. Một bữa tiệc trong phòng sẽ khiến mức độ của căn phòng lên tới 100 dB, hoặc có thể là 110 dB. Trong websit e này, bạn có thể tìm thấy thông tin tuyệt vời về nó, từ đó tôi cũng đã nhúng bên dưới hình ảnh. Hãy suy nghĩ về các mức decibel và thử nghiệm với đầu ra điện áp của mạch. Sau đó, tính toán độ phân giải ADC mà bạn sẽ cần. Có lẽ, bạn sẽ ổn với ADC 12 bit.

Bạn dường như đang đi đúng hướng. Nó làm mất rất nhiều linh kiện rời rạc để làm việc này. Bạn có thể không tin tôi, nhưng sử dụng op-amps có thể làm cho tất cả những điều này đơn giản và nhỏ hơn. Tôi chắc chắn rằng bạn có thể tìm thấy các IC cụ thể hơn, làm được nhiều hơn những gì bạn cần trong một gói nhỏ hơn. Tôi cá là có một IC ngoài đó thực hiện chính xác những gì bạn cần. Tuy nhiên, bạn sẽ học được nhiều hơn nếu bạn tiến hành mà không có chúng, ngay cả khi chỉ vì giá trị học thuật.

Bạn cũng có thể làm cho một số điều này đơn giản hơn bằng cách di chuyển logic vào bộ vi xử lý. Phần mềm phát hiện phong bì rất dễ dàng và tùy thuộc vào mức độ chính xác của bạn và độ nhạy của micrô, bạn thậm chí có thể thoát khỏi việc bỏ qua bộ khuếch đại sau micrô và đưa đầu ra của nó vào thẳng ADC. Điều này sẽ không giúp bạn có được 0V-5V, nhưng điều đó có quan trọng không? Bạn có thể nhân nó với một hằng số trong phần mềm. Những gì bạn mất là độ chính xác của việc có đầy đủ phạm vi của ADC, nhưng có lẽ điều đó không quan trọng bằng sự đơn giản. Bạn quyết định.

Trước hết, bạn không cần arduino trừ khi bạn cần xử lý nhiều hơn - tất cả những gì bạn thực sự muốn là một bộ khuếch đại (op-amp sẽ làm, tải các mạch cơ bản trên khắp các googles) để tăng đầu ra mic trong phạm vi 0-5v. Nếu bạn không quá lo lắng về độ chính xác (vì đây là để giải trí chứ không phải đo lường khoa học), bạn có thể sử dụng mạch cắt khá cơ bản, chuyển đầu ra vào bộ kích hoạt schmitt hoặc sử dụng LM3914 để tạo màn hình.

Một chút tinh tế hơn có thể có được bằng cách tạo ra một mạch AGC để tự động tăng tốc độ tăng & giảm với mức trung bình.

Dù thế nào đi nữa, bạn sẽ có được nghiệp tích cực lớn bằng cách bỏ arduino và thực hiện nó tương tự như mục đích tự nhiên;)

Chỉnh sửa: Có thể có vô số mạch "mic pre-amp" trên web, có thể là chip SOT23 $ 0,10 để làm điều đó cho bạn trong những ngày này ...