Witam.



Zaprojektowałem układ (obrazek), który ma po prostu wzmacniać sygnał z mikrofonu - nie potrzebuję liniowej charakterystyki, przede wszystkim interesuje mnie przenoszenie maksymalnych wartości proporcjonalnie do ich wielkości. Niestety układ nie działa tak, jak bym się tego spodziewał na podstawie mojej wiedzy. Proszę o wskazanie błędów w moim rozumowaniu i schemacie. Przede wszystkim, oprócz działania układu, interesuje mnie zrozumienie, tego co się w nim dzieje. Nie interesuje mnie wykorzystanie gotowców, których jest pełno do kupienia w internecie, nie interesuje mnie też zmontowanie układu z gotowego schematu, bo nic z tego się nie nauczę.

Układ zasilany jest z zasilacza o napięciu 5V i wykorzystuje wzmacniacz operacyjny LM358. Dodatkowo wykorzystuję mikrofon tego typu: https://sklep.avt.pl/mikrofon-pojemnosciowy-9-7-5-0mm-47199.html, zamieszczam link, bo faktycznie chcę się upewnić, że jest to mikrofon elektretowy. Być może w pewien sposób to ważne - układ montowany na płytce stykowej. Pominąłem filtrację RC napięcia zasilania dla mikrofonu (nie budowałem jej).

To co planowałem uzyskać za pomocą tego układu i problem do jakiego doszedłem pod sam koniec:
Rezystor R3 ma służyć jako konwerter prąd-napięcie (choć nie wiem do jak policzyć prawidłową jego wartość - wybrałem taką, jaka jest w nocie, ale próbowałem też trochę większych). C2 ma separować wzmacniacz operacyjny od składowej stałej (jego pojemność zaczerpnąłem z internetu - nie wiem jak ją wyliczyć). Mierząc potencjometrem napięcie (niestety nie mam oscyloskopu) na wyjściu kondensatora - waha się ono +/- 20mV pukając bezpośrednio w mikrofon. Skoro mam na wyjściu napięcie - fajnie byłoby je wzmocnić, a że układ odwracający wzmaczniacza operacyjnego jest mi znany - postanowiłem wykorzystać LM358. W związku z tym, że nie mam zasilania symetrycznego - za pomocą kondensatora C1 i dzielnika z rezystorów R1 i R2 stworzyłem sobie odpowiednik masy w układzie symetrycznym. Dobrałem rezystory R4 i R5, żeby otrzymać wzmocnienie 10, 100 i doszedłem do R5 = 3.3MΩ, R4 = 2kΩ, co daje wzmocnienie x1650, natomiast napięcie na wyjściu nie zmieniało się bardziej niż o 100mV, kiedy spodziewałem się przesterowania do maksymalnych i minimalnych wartości napięcia jakie może osiągnąć wzmacniacz przy 5V.

Kolejna sprawa - jak policzyć wartość R1? Spotkałem się z opisem mikrofonu elektretowego jak źródła prądowego sterowanego napięciem z okładzin mikrofonu (JFET wewnątrz mikrofonu) , maksymalny prąd w nocie 0.5mA, ale podaje się też jego impedancję - w tym wypadku 2.2kΩ. Niestety pomimo tych informacji nadal nie wiem jak policzyć wartość opornika dla innego napięcia - gdyby nie był on podany w nocie, a napięcie nie było podobne, to bym nie widział. Tranzystory, pomimo ogólnej znajomości zasady ich działania są mi obce, szczególnie polowe.

I ostatnie - dlaczego większość schematów ma C2 = 100nF?

Z góry dzięki za odpowiedzi!

Ja bym sprawdził, czy te 5 V jest wystarczające do zasilania tego wzmacniacza, standardowo zasilanie wzmacniaczy operacyjnych to 2 * 15V.
Po drugie mikrofon 2 końcówkowy ma raczej dużą impedancję wewnętrzną, a tu jest obciążony
rezystancją 1 kohm (równolegle R3 i R4). Lepszy pod tym względem byłby wzmacniacz nieodwracający.
A zerknąłem na ten link, mikrofon ma napięcie zasilania 4,5 V, tu będziesz miał za małe, jeśli to zasilasz z 5V.
Wartość kondensatora wynika z dolnej wartości częstotliwości jaka ma ten wzmacniacz przenosić.
Dla spadku 3dB f=1/(2*Pi*RC), R w tym przypadku można przyjąć R4.

Ale zawsze można coś podglądnąć i zrobić podobnie, poeksperymentować... http://serwis.avt.pl/manuals/AVT3144.pdf

Niemniej polecam przeczytać http://wydawnictwo.btc.pl/index.php?uke ... ductID=316 - sporo się wyjaśni

Oczywiście, że sprawdziłem - w nocie katalogowej: "Single Supply: 3 V to 32 V, Dual Supplies: ±1.5 V to ±16 V"


Z tego co mi wiadomo wzmacniacze operacyjne mają impedancję wejściową rzędu MΩ - niestety nie widzę w nocie katalogowej tego parametru, natomiast w nocie aplikacyjnej producenta podana jest typowa impedancja rzędu 100MΩ, w pętli sprzężenia także znajduje się rezystor rzędu MΩ. Na tej podstawie wnioskuję, że obciążenie jednak nie jest tak małe jak 1kΩ.


Nie wiem, jak ustalić kiedy napięcie zasilania jest wystarczające. Natomiast 4,5V to standardowe zasilanie tego mikrofonu. Dla 3V ma mniej niż 3dB spadek czułości. Z tego co mi wiadomo na elektretowym mikrofonie spadek napięcia nie powinien być mniejszy niż 1V, a nawet 2V, ale przy wyższych spokojnie powinien działać (maksymalne napięcie ~10V) - jeżeli mamy po 2kΩ impedancji R3 i mikrofonu, to spadek napięcia powinien wynieść 2.5V przy zasilaniu 5V i założeniu, że mikrofon w tym wypadku to zwykły rezystor (nie wiem czy to jest dobre założenie).


Ja rozumiem, że można coś podpatrzeć i to co napisałem nie znaczy, że tego nie zrobiłem - w końcu podejrzałem jak się podłącza mikrofon elektretowy i podłączyłem gotowy wzmacniacz operacyjny. Czyli i tak wykorzystuję pewnego rodzaju gotowce, po prostu chodzi o to, żeby zejść poziom niżej i zamiast budować urządzenia z gotowych modułów, które nie wiem jak działają wewnątrz, budować moduły z elementów dyskretnych i jakichś prostych układów. Często takie moduły mają cyfrowe wyjście i można podpiąć mikrokontroler i śmiga, ale jestem programistą i chciałbym dobrze poznać hardware zamiast po prostu go wykorzystywać. Czy wszędzie musi być mikrokontroler(bo tak najłatwiej)? Pomimo manipulowania rezystorami wzmocnieniem i też rezystancją na wejściu mikrofonu (eksperymentowanie) nie uzyskałem zamierzonego efektu, pomimo prostoty układu.

Z punktu widzenia osoby, która nie wie wielu rzeczy, gotowce, nawet jeśli zawierają jakiś opis, to jest on niewystarczający. W podanym przykładzie opis wspomina tylko wykorzystanie wzmacniacza operacyjnego i to, że można regulować czułością za pomocą potencjometru. W części układu odpowiadającej za wykrywanie dźwięku rozpoznaję filtr RC zasilania, zasilenie mikrofonu i to że wykorzystano wzmacniacze operacyjne. Niestety nie rozpoznaję już wzorca typu "wzmacniacz odwracający", nieodwracający itp. W tamtym układzie R2, R3, C2, C3 oraz R6, R7, C5, C6 i R10 sprawiają, że nie wiem co się dzieje. Nie jest to jednak wytłumaczone. U2A przypomina wzmacniacz nieodwracający, a U2B komparator, ale poprzednio wymienione elementy mogę znacząco modyfikować zachowanie. Schematy "ideowe" (bo tak są zwykle nazywane) nie przedstawiają idei, przedstawiają gotowy układ do zmontowania. Nie widać w nich jawnie granic pomiędzy "logicznymi" elementami idei. Na przykład po przejściu z prawdziwego schematu ideowego bramka not może zostać zrobiona jako nand, bo mam akurat wolną bramkę gdzieś indziej w układzie. Inny przykład - na schemacie ideowym jedno napięcia odniesienia może stać się dwoma dzielnikami napięcia. Granice znikają pomiędzy takimi odrębnymi(lub wspólnymi) elementami, gdy ktoś przedstawi "schemat ideowy". Właśnie dlatego nie lubię gotowców. Kolejna sprawa to wartości elementów - też nie wiadomo skąd się biorą. Wszystko to sprowadza się do kopiowania schematów bez jakiegokolwiek zrozumienia, oprócz tego, że na wejściu jest A, a na wyjściu B.



Wygląda na ciekawą, postaram się w najbliższym czasie zapoznać.

Wejście nieodwracające wzmacniacza masz dla składowej zmiennej uziemione, pętla sprzężenia zwrotnego stara się utrzymać ten sam potencjał wejścia odwracającego. Czyli końcówka 2 to praktycznie masa, jest to tak zwana masa pozorna. Więc mikrofon widzi tylko nieco ponad 2 kohm (R4). Masz jeszcze z rezystor R3 podłączony do zasilania, a zasilanie dla składowej zmiennej to oczywiście masa, a w każdym razie tak powinno byc. Czyli masz 2 rezystory 2 kohm połączone równolegle, wyjdzie 1 kohm. I będziesz miał tyle, nawet dla wzmacniacza IDEALNEGO! Może lepszy byłby mikrofon 3 końcówkowy, one mają wtórnik źródłowy wbudowany, czy jakiś wzmacniacz.

Ja bym raczej upatrywał źródła problemu w bardzo dużym wzmocnieniu układu.
Sprawdź jakie jest napięcie stałe na wyjściu wzmacniacza operacyjnego. LM358 ma napięcie niezrównoważenia kilka mV, co wzmocnione 1500 razy daje kilka V, co powoduje przesterowanie wzmacniacza. Dobrym rozwiązanie byłoby zastosowanie dwu stopni wzmacniających np pierwszy razy 50 drugi razy 30. Wtedy napięcie na wyjściu wynikające z napięcia niezrównoważenia wyniesie około 100mV (może 200 mV), ale nie będzie ono wzmacniane przez drugi stopień, jeżeli połączysz drugi stopień przez kondensator.



Nie tylko dla składowej zmienne, dla stałego napięcia także. Wzmacniacz operacyjny, to takie urządzenie, które tak zmienia napięcie na wyjściu, aby uzyskać jednakowe napięcia na wejściach. Dlatego na końcówce 2 jest takie samo napięcie jak na końcówce 3 (niezależnie od tego jakie napięcie jest na końcówce 3).
Oczywiście jest to prawda tylko jeżeli wzmacniacz pracuje w liniowym obszarze pracy. Jeżeli wyjdziemy z tego obszaru to możne być różnie.


Kondensator C2 wraz z rezystorem R2 tworzą filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości około 800Hz. Taka częstotliwość wynika z przeznaczenia większości tego typu układów układów, a mianowicie rejestracja mowy (zakres 300Hz - 3kHz).

Trochę minęło zanim odpowiedziałem, ale jeszcze raz dziękuję za odpowiedzi.

Ostatecznie zastosowałem nieodwracający wzmacniacz operacyjny i faktycznie działa. Zgodnie z uwagą użytkownika czarekgr i pozycją wskazaną przez użytkownika Jarecki, wzmacniacz operacyjny w układzie odwracającym ma impedancję zależną od rezystora wejściowego przed wejściem odwracającym.