Могу ли я использовать транзистор PNP с электретным микрофоном, чтобы получить неинвертирующий выход для моего Arduino?

9

Я просто хочу прочитать общий уровень звука с электретного микрофона. Я видел несколько схем с NPN-транзисторами, которые обеспечивают инвертированный выходной сигнал (~ 5 В в тихом состоянии, ~ 0 В в громком режиме, линейный режим между ними).

Вот пример:

Простой аудио предусилитель

Тем не менее, я хотел бы получить неинвертированный выход (линейная работа, супер тихий вход дает ~ 0 В, супер громкий вход дает ~ 5 В). Я понимаю, что могу легко исправить это в программном обеспечении, но это мне кажется в некотором роде отсталым, и я не могу найти никаких примеров неинвертирующего выхода с PNP-транзистором.

Есть ли причина для этого помимо того, чтобы быть необычным? Если это возможно, может ли кто-нибудь предоставить схему электретного микрофона и PNP-транзистора, которая даст ~ 0 В в тихом состоянии и ~ 5 В в громком состоянии?

Кроме того, есть ли какая-то причина, почему это так необычно или нежелательно? Похоже, что NPN используются гораздо чаще, чем PNP. Почему?

редактировать

Кажется, я был немного озадачен тем, что я получу в качестве выходного сигнала от предварительного усилителя NPN, который будет 0 В для тишины и +/- Vin / 2. Вот что я хочу вместо этого:

0 В в тихом состоянии, ~ 2,5 В при средних уровнях звука, ~ 5 В при максимальных уровнях звука. Это может быть легко прочитано АЦП на уровне звука без особой работы. Однако я не могу подать напряжение <0 В или> 5 В на аналоговый компаратор. Похоже, что я хочу вышеописанное с детектором огибающей, однако это дало бы мне только напряжение от 0 до 2,5 В. Как сделать так, чтобы он менял полный 0В на 5В, 0В - «тихий» и 5В - «громкий», при этом все между линейным?

Ehryk
источник
К сожалению, эта схема не будет генерировать напряжение постоянного тока, если выходной сигнал находится на правой стороне C2. Это будет генерировать переменное напряжение. Это из-за конденсаторов. Конденсаторы не пропускают через них постоянное напряжение.
Абдулла Кахраман
Arduino имеет 6 аналоговых входов, которые показывают 0-1023 для 0V-5V. AC - это то, что я искал бы там, верно? Возможно, мне нужен диод, чтобы не передавать отрицательное напряжение на аналоговый компаратор?
Эрик
Да, но сам диод будет падать на 0,6 В. Может быть, вы должны попытаться сделать напряжение питания 5 В. Напряжение питания соответствует значению от «+3 до 9 Вольт». Затем удалите C2. Затем прочитайте аналоговое значение на коллекторе Q1. Поэкспериментируйте с различными уровнями звука, например, хлопайте в ладоши, говорите, кричите, молчите, шепчите и наблюдайте, как меняется аналоговое чтение. Тем не менее, это будет синусоида, добавленная со значением постоянного тока.
Абдулла Кахраман
Читая ваш вопрос и комментарии, вы обнаружите, что в вашем вопросе нет четкого указания, что вы хотите. Кажется, вы хотите уровень переменного тока, который уменьшается по величине с увеличением входного напряжения. Если это так, вам нужно четко заявить об этом. Если это не так, объясните, пожалуйста, «Я не ищу логическую 0-1, аналоговые входы Arduino имеют 10-битный АЦП, который дает 0-1023 для 0 В-5 В, соответственно» в этом контексте. || ...
Рассел МакМахон
... Если вы говорите об уровнях DC, вопрос все еще неясен. Сигнал переменного тока будет центрирован в точке смещения постоянного тока. Это относительно фиксировано с силой сигнала. Можете ли вы очень четко и в простых терминах ТОЧНО объяснить, что вы хотите, чтобы выход делал, когда входной сигнал переходит от 0 В переменного тока до максимального напряжения переменного тока.
Рассел МакМахон

Ответы:

9

Насколько я понял, вы пытаетесь создать какой-то детектор уровня звука, который позволит вам определить, есть ли звук с определенной громкостью или нет. Вы можете сделать это с небольшими изменениями в вашей схеме. Но перед этим вы должны понять схему.

Давайте сломать эту цепь вниз. Прежде всего, часть с микрофоном.

введите описание изображения здесь

R1 предназначен для подачи питания, необходимого для микрофона, и это называется смещением микрофона. Микрофон генерирует переменное напряжение, которое иногда отрицательное, а иногда положительное, и оно меняется в большинстве случаев. Подумайте о синусоиде . Но помните, у нас было некоторое смещение к нему, которое является напряжением постоянного тока. Мы должны убрать это и дать только напряжение переменного тока усилителю. И сделать это легко с простым, единственным конденсатором. Конденсатор не пропускает постоянный ток, но легко пропускает переменный ток. Мы заблокировали часть постоянного напряжения на электретном микрофоне.

Теперь давайте посмотрим на сам усилитель. Представьте, что нет ничего, кроме схемы ниже:

введите описание изображения здесь

В этой конфигурации транзистор смещен в линейную область. Он находится на грани включения или выключения, но это ни то, ни другое. Если бы он был полностью включен, он был бы насыщен. Если бы он был полностью выключен, он бы не проводил вообще. Но это посередине, которая называется линейной областью.

Когда он настроен таким образом, если вы прикоснетесь (не буквально) к его основанию, создав небольшое изменение, результат будет сильно изменяться. Это то, что называется усилением. Вы можете попросить Google о более подробной информации.

Что, если мы объединим две схемы, упомянутые выше. Смещенный электретный микрофон с конденсатором будет выводить небольшие изменения по отношению к звуку. Транзистор усилит эти небольшие изменения, чтобы их можно было легко увидеть:

введите описание изображения здесь

Обратите внимание, что я изменил С1 на 1 мкФ. Вы можете использовать значения до 100 мкФ. Вам, вероятно, понадобятся электролитические конденсаторы. Также обратите внимание, что выходного конденсатора больше нет. Это означает, что у вас будет выходное напряжение где-то между 0 и 5 В, в зависимости от уровня звука. Если у вас есть осциллограф, просмотрите форму сигнала на выходе. Если вы этого не сделаете, попробуйте зажечь светодиод, если аналоговое показание выше, например, 750. Поэкспериментируйте с другими значениями, чем 750, затем сообщите мне результаты.

Абдулла Кахраман
источник
Я понимаю большую часть этого, спасибо. Теперь, поскольку он использует NPN-транзистор, на выходе будет около ~ 5 В, когда тихий / входная амплитуда низкая, и ~ 0 В, если громкий / входная амплитуда высокая. Это кажется отсталым. Есть ли способ изменить его так, чтобы он вел себя точно так же, как указано выше, в линейной области, где ~ 0 В означает «тихий», а ~ 5 В означает «громкий»?
Эрик
@Ehryk Нет, выходной сигнал будет где-то между 0 и 5В. Если вы возьмете автомобильную сирену и поднесете ее к электретному микрофону, это будет синусоида с амплитудой от пика до пика 5 В при частоте около 300 Гц. 5Vpp означает, что оно пойдет до 5V и вернется к 0V с синусоидальной формой. Посмотрите на это . Когда есть шепот, амплитуда пика к пику будет приблизительно 1Vpp с изменением частоты из-за речи. Это означает, что он перейдет к 1В и вернется к 0В.
Абдулла Кахраман
Однако мой комментарий выше игнорирует смещение DC.
Абдулла Кахраман
Есть ли способ, которым я могу сделать это ~ 0 В для тихого, ~ 5 В для громкого? Разве конденсатор не сделал бы только это, если бы я тогда как-то полностью изменил отрицательную часть волны и затем сгладил это немного? Может быть, мостовой выпрямитель / диодный мост? ( en.wikipedia.org/wiki/Diode_bridge )
Эрик,
@Ehryk Да, вы можете добавить выходной конденсатор и детектор огибающей. С правильными значениями компонентов, вы сможете иметь аналоговый уровень напряжения в зависимости от амплитуды звука. Однако я не уверен в этом. Вы должны экспериментировать. После получения результатов просто установите условие if-else в программном обеспечении в зависимости от значения АЦП, которое вы прочитали.
Абдулла Кахраман
3

Обычный излучатель класса А усилитель всегда инвертирует, даже если вы используете PNP, единственная разница в том, что вы инвертируете полярность источника питания. Если вы используете аудио трансформатор вместо конденсатора, вы можете изменить фазу сигнала по своему усмотрению. Но это, вероятно, будет стоить больше, чем использовать два BJT. В любом случае, чтобы решить ваш последний вопрос, вы должны исправить (даже с одним диодом) выход и применить результат к нагрузке (резистор будет в порядке) и подать ее на аналоговый вход arduino. Нет никаких оснований для инвертирования сигнала вообще.

Феличе Поллано
источник
Тогда что является самым простым неинвертирующим усилителем без микросхемы (независимо от класса или общего эмиттера)?
Эрик
Общий коллектор, но я думаю, что не правильно использовать в этом случае, так как вам нужно усиление напряжения
Феличе Поллано
Общая база, если вам нужно усиление напряжения (но его коэффициент усиления по току = 1). Обратите внимание, что в этом случае вы можете добавить вторую инверсию, просто поменяв местами R1 и микрофон. Нет необходимости в PNP. Однако инвертирование или нет НЕ решит указанную проблему - генерирование логической 1 или 0 в зависимости от громкости.
Брайан Драммонд
Я не ищу логики 0-1, аналоговые входы Arduino имеют 10-битный АЦП, который выдает 0-1023 для 0В-5В соответственно. Можете ли вы дать схему для этого?
Эрик
1

Этот усилитель инвертирует сигнал, но вы не должны заботиться о звуковом сигнале. На выходе у вас будет переменный ток, конденсатор блокирует постоянный ток. Таким образом, вы не можете сказать ~ 0 В для тихого шума и ~ 5 В для громкого. Если вам нужен датчик уровня звука, то одним простым способом является добавление после выходной крышки схемы, называемой «демодулятор» или «пиковый детектор», легко реализуемой вокруг диода и нескольких пассивных компонентов.

Джоан
источник
Можете ли вы добавить диаграмму этого? Кроме того, пиковый детектор не будет колебаться между -2,5 В и 2,5 В? Я хотел бы, чтобы ~ 0 В было тихо, а ~ 5 В было бы самым громким, как бы это было достигнуто?
Эрик
0

Просто инвертируйте выход во второй раз, используя 2-х ступенчатый усилитель. ( См. Эту страницу для получения дополнительной информации о двухступенчатом и неинвертирующем транзисторном усилении. Очень проницательно )

введите описание изображения здесь

Резисторы и конденсаторы того же значения, тот же транзистор 2n3094, добавленный к выходу вашей существующей схемы, обеспечит вторую инверсию.

Но кто-то поправит меня, если я ошибаюсь, но ваша схема показывает простой смещенный усилитель, так что у вас действительно будет 2,5 В в качестве тихого диапазона, и форма сигнала станет больше с большим количеством звука? У вас будет пик ± 2,5 В до пика. Вы бы имели 1v / 3v в качестве средней громкости.

проезжий
источник