Mikrofonförstärkare (OP)

Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej!

Jag har nu konstruerat en mikrofonförstärkare.

Tanken med denna är främst att jag ska kunna analysera varför mina nybyggda högtalare inte låter så bra.

Jag har mha kär kollega gjort avancerade mätningar på dom och dom dippar lustigt nog typ 10dB mellan 2-4kHz dvs inom örats mest känsliga område.

Jag vill dock hellre analysera detta närmare än skruva isär högtalarna och testa omkastning av fasen vilket jag fått tips om.

Så tanken med den här enheten är att svepa med tongenerator, hålla för endera elementet och kolla fasen.

På lång sikt är dock KMA tänkt att ingå i ett Arduino "Stand-Alone" mätsystem för högtalare.

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Henrik Kjellberg
Inlägg: 539
Blev medlem: 26 december 2004, 00:59:27
Ort: Lund

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Henrik Kjellberg »

Vad är det du tänkt koppla in? Plug-in power microfon ser det ut som?
MiaM
Inlägg: 9903
Blev medlem: 6 maj 2009, 22:19:19

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av MiaM »

Tänk på att "TTL"/peak-mojängen kan generera märkbara störningar i matningen. Se till att ha avkoppling direkt mellan lysdiodens jord och plusmatningen på TL072, då bör sådana störningar inte dundra vidare in till OP27

P.S. schemat saknar värde på avkopplingskondingen vid 10k/10k-mittnolla-spänningsdelaren.

Om du inte lastar "SINE"-utgången så kommer DC-nivån bli knasig varpå PEAK och TTL antagligen kommer fungera märkligt / inte alls.

Jag gillar inte riktigt 3,9V-zenerdioden som kopplar utgången på TL072b till SINE-utgångssignalen. Likaså är det inte jättesnyggt att ha 1N4148 matad av SINE-signalen. Glättningskondingen på PEAK är bara 10 gånger mindre än kopplingskondingen för SINE-utgången. När det går ström i 1N4148 så kommer de två kondingarna bli en spänningsdelare som gör att SINE-utgången tappar 1/11 av utgångssignalen.

Det vore kanske bättre om hela TL072-grejerna matas före SINE-utgångskondingen. Med lite trolleri på minusingången på TL072a så bör det gå att skifta DC-nivån nedåt om du vill att PEAK ska börja från noll och uppåt. Samma typ av trolleri torde gå att göra kring TL072b.

Men, tänk på att TL072 är väl ändå inte rail-to-rail varken på ingångarna eller utgångarna? Det betyder att PEAK kommer inte fungera förrän det dundrar på högst avsevärda signalnivåer, typ flera volt.

Jag skulle nog råda dig att kosta på en till OP, låta den förstärka mittnollan som 10k/10k-spänningsdelaren skapar, och låta den mittnollan vara signaljord för SINE och PEAK-utgångarna. TTL-utgången kan buffras på något lämpligt vis, t.ex. med ett enkelt tranisistorsteg. Förresten, med 9V matning så lär det väl inte bli 5V-nivå på utgången märkt TTL, så den bör kanske heta "digital" eller liknande?

100 gångers spänningsförstärkning är rätt mycket, var försiktig med risken för oönskad återkoppling (självsvängning). Det kanske eller kanske inte är bättre att invertera signalen? (Nån annan kan nog fylla i bättre här).
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Fasen vad härlig du är, MiaM!

Det är alltid lika roligt att läsa din konstruktiva, charmiga och sakliga kritik!

Nu är det dock som så att jag kom på flera brister under bussresan till jobbet idag.

Jag hade först hoppats att ingen skulle hinna kommentera bygget och bara byta schema.

Men nu måste jag ladda upp ett nytt :)

Bifogar nytt schema där jag tagit fasta på viss del av din kritik.

MVH/Roger
PS
Du missade dock den allvarligaste bristen, dvs avsaknaden av C.

Utan den går nämligen förstärkaren i taket :D

EDIT: Jag har enbart adderat rött motstånd. Se förklaring nedan.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av Spisblinkaren 1 februari 2015, 22:18:52, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Nu har jag skapat en testkrets för KMA.

Den avser främst testa utgångarna och deras eventuella påverkan på SINE.

Jag är extra skeptisk till TTL då det ser konstigt ut att inte ha nåt motstånd på minusingången.

Kanske 1k skall ligga där istället?

Ni ser vad kass jag är på elektronik :D

MVH/Roger
PS
TTL kommer svinga positivt med max vad TL084 kan svinga (förmodligen med mindre än 3,5V). Dock avser jag senare byta denna OP (i mitt skarpa schema ovan) till en Rail-to-Rail vilket ger nära nog exakt TTL.

EDIT: Har enbart adderat rött motstånd på minusingången för jag kom på att det måste sitta där. OP jobbar olinjärt och när utgången är noll och insignalen går positiv så begränsas svinget negativt enbart av dioden vilket påverkar första OP.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
MiaM
Inlägg: 9903
Blev medlem: 6 maj 2009, 22:19:19

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av MiaM »

Det röda 10k-motståndet hintade jag om redan från början. :)

Jag skulle sätta ett litet motstånd i serie med dioden som matar A1:b, för att kapa bort den smula distortion som kan bli när det går relativt mycket laddström genom den dioden (i början av en transient).

Men fortfarande så kommer väl A1:b inte fungera förrän det är rejält starkt ljud eftersom OP'n inte fungerar vettigt när ingången är nära minusrail'en (vilket den är när 100nF-glättningskondingen är urladdad). Är det inte bättre att ha ca 4V ut på "PEAK" i tomgång och ökande spänning vid ökad signal? D.v.s. mata dioden direkt från A1:a istället för efter 100µF-kondingen.
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1943
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av YD1150 »

En LM311 som komparator till TTL-utgången skulle passa bra då den har öppen kollektor utgång så
blir det ett större sving. Ett motstånd på utgången upp till plus 5V.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Nu tror jag jag löst det :)

Mycket tack vare er hjälp!

Försökte ett tag summera bort Vcc/2 men kom till slut fram till att, varför det?

OP klarar ju ändå inte av att gå till rail, som du MiaM så tacksamt noterade.

Inte nog med att utgången hos allmän OP inte klarar av att gå till varken positiv eller negativ rail, ingångarna klarar det inte heller (har jag precis lärt mig).

Så vad göra?

Jo, man kan "fuska" och köpa Rail-to-Rail OP.

Eller också kan man göra som jag nu gjort och nyttja virtuell jord fullt ut (för I/O är ändå isolerade system).

Visst, man har fortfarande problemet att OP ej svänger till positiv rail.

Men efter studier av TL071's datablad är differensen mindre än 1V vid 10k last (och typ 3V vid 2k last).

Så det är uppenbart att om man bara drar minimalt med ström så hamnar man nära rail.

Ditt tips, YD1150, har jag också studerat och är tacksamt noterat.

Dock tyckte jag den var lite krånglig i sin konfiguaration med 3 matningaspinnar och strobe-funktioner.

Tanken med OC är dock genial i sammanhanget.

Vilket dessutom går att fixa diskret med en transistor, om man vill.

MVH/Roger
PS
Kom precis på att LED ställer till det för mig.

Jag kan nog inte koppa den så för den drar för mycket ström ur den virtuella jorden.

Två lösningsvarianter:

1) Lågimpediv jord mha ytterligare en OP (ditt ursprungliga tips, MiaM).
2) Ytterliggare en Schmitt-trigger på komparatorn som slår om när spänningen är runt 4,5V och drar ström till jord istället för Vcc/2. Som det är nu är bias 4,5V så det går inte att koppla LED på komparatorns utgång (även om pulsering i ljusstyrka faktiskt är acceptabelt :))

Beslutar mig härmed för att låta den vara pulserande :D

Speciellt intressant är då också att den blir en ON-indikator samtidigt som den kan indikera signal :D
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Det här är vad jag kommer bygga.

Genom att lyssna på Er så kom jag fram till bifogat schema.

Det tidigare schemat fungerar nog också men man bör inte lasta så hårt (>50k rekommenderas).

Dock är ingendera av utgångarna tänkta att belastas särskilt hårt då PEAK avses kopplas till DVM (>10M), SINE till oscilloskop (>1M) och TTL till räknare eller Arduino I/O (>1M).

Om någon vill använda föregående schema rekommenderar jag att man sätter en zener i serie med LED för att få den att bara lysa vid signal samtidigt som man då också sparar på batteriet.

Jag var ett tag, med hjälp av ditt tips YD1150, inne på att montera en transistor på utgången av TTL för att OC-mässigt generera en TTL men den höga utgångsimpedansen kändes trist och ytterligare en trissa som emitterföljare skulle omedelbart innebära ett tapp på 0,7V varvid man skulle vara tillbaks där man började :)

Till slut lyssnade jag således på ditt tips MiaM om OP-genererad mittnolla.

Jag hade dock kvar problemet med "äkta" TTL.

Jag funderade och funderade likt Dr Snuggles :D

Så plötsligt slog det mig.

Jag sätter en mittnolla som inte är halva spänningen utan bara en mindre del av spänningen.

Då kan jag ju faktiskt få TTL ut (eftersom OP bara behöver gå 0,7V negativt) även om OP inte är RtR och inte kan gå i taket (samtidigt som maxsignal hos SINE kommer vara av storleksordningen 100mV vid "normala" ljudtryck).

I samband med detta passade jag sen på att biasera PEAK-detektorns diod så att minsta lilla ljudtryck genast detekteras.

Det enda undran jag nu har är om jag också bör sätta kondingar på de virtuella jordarna (en OP's utgång är ju tros allt runt 100 Ohm...)

Vad tycker ni om "vår" skapelse?

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Eller vad sägs om den här tillkrånglade varianten :D

PEAK:

Om jag bara har spänningsföljare blir utgångsspänningen innan signal (och relativt virtuell jord, VG) -0,3V

Vilket funkar så länge man inte avser A/D-omvandla med t.ex Arduino UNO.

Om jag sätter upp OP som differentialförstärkare enligt schemat ovan blir utspänningen innan signal -0,6V (dvs än mer misslyckat :D).

Om jag adderar negativt 0,6V enligt detta schemat så blir utspänningen 0V innan signal.

Frågan är om dessa offset spelar så stor roll.

Men det känns bäst att ha en samplingsbar spänning som börjar på åtminstone ungefär 0V.

Så jag överväger nu detta schema (även om jag tror jag skippar de hysteriska Schottky-dioderna).

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Såhär får det bli.

Jag tror mig veta att det här kommer att fungera.

Åtminstone så länge batteriet är färskt :D

Sen kan man alltid överväga RtR för A2 för nu ligger allt på pottkanten.

Eftersom jag är ganska nära speciellt negativ rail har jag en fundering på LM324 för A2.

Dess SR är dock bara på 0,5V/us medans TL074/84 är på hela 13V/us.

Jag vill gärna ha snygga och snabba flanker på TTL (för långsam SR sägs inte vara bra för digitala I/O som UNO).

Vi skissar lite på det.

T/2(20kHz) = 25us
Umax = 5V
Acceptabel "lutning": 10% av T/2 = 2,5us =>
SR-krav: >5/2,5us = 2V/us

Det är faktiskt nästan så att LM324 fungerar tillräckligt bra!

Vore perfekt för då behöver jag inte bekymra mig för negativ rail (då den är inkluderad som tillåten inspänningsnivå).

Samtidigt ska man komma ihåg att hög SR ställer större krav på både layout och avkoppling (samtidigt som man riskerar ringningar).

Hmm, börjar seriöst fundera på LM324 :)

Vad tycker ni?

MVH/Roger
PS
För att möjliggöra "godtycklig" OP som A2 har jag varit tvungen att ta till Schottky-dioder (men om man väljer LM324 eller någon RtR fungerar dock vanliga dioder typ 1N4148 lika bra).

Nu slår det mig att LM324 faktiskt innebär hela 40% "lutning" vid 20kHz. Går bort mao :D

Fast samtidigt kan man faktiskt ha en HC14 inne på UNO-kortet då toppen hos 5-volten trots allt och viktigast av allt, nås.

Ser förresten nu att LM324 tappar endast 1,5V relativt Vcc (matad med endast 5V och lastad med hela 2k).

Jag har således 0,4V kvar i marginal så länge batteriet är färskt.

En fundering kvarstår dock, kan jag koppla denna långsamma signal till en frekvensräknare utan problem?

Jag tror att svaret på den frågan är ja, då den säkert har nån Schmitt-trigger krets i sig.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
MiaM
Inlägg: 9903
Blev medlem: 6 maj 2009, 22:19:19

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av MiaM »

Jag hinner inte titta på alla detaljer nu, men ett par kommentarer:

Motståndet R på 10k från fösta OP:n till batteriminus verkar ha blivit kvar som en relik från då det satt en konding i serie där. Bort?

Kondingar på mittnollan, både före och efter OP:n, sänker bruset. Utan kondingar så kommer bruset från "mittnolla-förstärkar-op:n" att finnas på mittnollan och onödigtvis beblanda sig med resten av kretsen. Dessutom gör kondingar att t.ex. ESD in mot kretsen leds via kondingar istället för att riskera att grilla halvledare.

En zenerdiod på 4,7V ger bättre "mittnolla" för TTL än motstånd i spänningsdelaren när det är batteridrift.

TTL är specat som max 0,7V för en nolla och min 2,4V för en etta. (Jag minns inte specen för cmos-5V). Kommer dessa OP's ner till 0,7V?

Om du inte når korrekta TTL-nivåer så kan det vara lämpligt att använda en 74xx/40xx-krets för att ge rätt nivåer. Läs gärna på vilka inspänningar som gäller för kretsarna med inbyggd schmidttrigger såsom t.ex. 7414 eller 4093. För batteridrift så är det väl hc/hct som gäller för en 74-krets. 40-kretsen är ju alltid ändå cmos hur man än gör så där kvittar det väl om du kör en vanlig 4093 eller en 74HC(T)4093 (om det ens finns). OBS, glöm inte att ansluta alla ingångar på cmos-kretsarna, annars tar de oanslutna grindarna styk så fort man slår på strömmen.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Tack för dina kommentarer, MiaM!

R är ett försök att jämna ut den ojämna belastningen av A1 som jag inbillar mig genereringen av TTL och PEAK innebär.

Men hur blir det egentligen?

Jag har fått lära mig att motståndet in på minusingången på en OP är samma som dess ingångsresistans.

Om det är fallet ser A1 alltid 10k in i TTL-genereringen.

Samtidigt borde PEAK-genereringens motstånd på minusingången kunna nyttjas som ingångsresistans varvid de bådas dioderna skulle kunna kopplas i serie och rätt in på minusingångens motstånd.

Men då får jag det inte att gå ihop.

Så jag genererar en spänningskälla motsvarande två Schottky med 10k till backen. Denna spänningskälla har inre resistansen motsvarande de två Schottky så den kan alltså sedan belastas med minusingångens 10k utan problem.

Samtidigt tror jag att peak-detektorns diod belastar A1 ojämt.

Fast jag tror mina funderingar är akademiska.

MVH/Roger
PS
Jag borde nog, som du tidigt sa, byta namn på TTL :)

Jo, en sak till, jag vill nog att de virtuella nollorna ska följa batteriets urladdning. Så sätt får jag nämligen krympande marginaler uppå och neråt samtidigt.
MiaM
Inlägg: 9903
Blev medlem: 6 maj 2009, 22:19:19

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av MiaM »

10k-motståndet mot minus kommer belasta första OP'n "åt samma håll" som 10k/100nF i peakdetektorn, d.v.s. båda drar (mer) ström när spänningen ut från första OP'n går uppåt.

"TTL"-utgången kommer ge någon slags belastning åt båda hållen beroende på driftförhållande, om jag inte tolkar kretsen fel.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: Mikrofonförstärkare (OP)

Inlägg av Spisblinkaren »

Vi nördar till det lite extra eftersom det här ju är ett elektronikforum :)

Jag är ganska, men inte helt, säker på att komparatorns ingångsimpedans är 10k (oavsett sving-riktning).

Peak-detektorn är dock som värst 10k vid positivt sving och i praktiken avbrott vid negativt sving.

Utan R lastas då A1 med (TTL/PEAK):

RL(posititivt sving)=10k//10k=5k
RL(negativt sving)=10k//>>1M=10k
Kvot: 10k/5k=2

Med R lastas A1 med (TTL/PEAK/R):

RL(positivt sving)=10k//10k//10k=3k3
RL(negativt sving)=10k//>>1M//10k=5k
Kvot: 5k/3k3=1,5

Jag står således fast vid senaste schemat.

Det kommer inte ens införas några fler kondingar även om jag hör vad du säger.

Mikrofonförstärkare medels OP härmed avklarad.

Tack för hjälpen!

MVH/Roger
Skriv svar