ฉันจะได้รับ + ​​5v สำหรับเสียงดัง, 0v สำหรับความเงียบจาก Electret Microphone (หรือส่วนประกอบอื่น ๆ ) ได้อย่างไร

ฉันได้ถามคำถามสองสามข้อที่นี่เพื่อไปหาคำถามที่ถูกต้องคำถามแรกที่ฉันถามจะเชื่อมโยงกับตอนท้าย ฉันใช้ Fritzing เพื่อจัดทำแผนผังความคิดเริ่มต้นของฉัน แต่อย่างน้อยที่สุดฉันต้องการความช่วยเหลือเกี่ยวกับค่านิยมของส่วนประกอบต่างๆซึ่งฉันเข้าใจและเลือกสิ่งที่ดูเหมือนจะสมเหตุสมผลหรือค่านิยมทั่วไป

โดยทั่วไปฉันมี Arduino ที่มี 6 อินพุตแบบอะนาล็อก มันใช้ ADC 10 บิตเพื่ออ่านแรงดันไฟฟ้าของหมุดอะนาล็อกดังนั้น 0 = 0v, 511 = 2.5v และ 1023 = 5v และค่าทั้งหมดที่อยู่ในนั้น มันทำให้การอ่าน LINEAR DC ดังนั้นฉันไม่ได้มองหาตรรกะ 1-0 ที่นี่

ฉันมีสิ่งนี้ติดอยู่กับไฟ LED และฉันต้องการให้พวกเขาตอบสนองต่อเสียงเพลง สิ่งที่ฉันต้องการคือความละเอียดสูงสุดพร้อมองค์ประกอบขั้นต่ำและฉันคิดว่าฉันใช้ส่วนประกอบมากเกินไปและทำให้วิธีนี้ซับซ้อนเกินไป บางทีอีเล็คตร้าไมโครโฟนไม่ใช่สิ่งที่ฉันต้องการที่นี่ฉันเปิดให้อย่างอื่น ฉันไม่ต้องการใช้ op-amps เพื่อประหยัดเนื้อที่บน PCB ของฉัน

สิ่งที่ฉันต้องการคือเซ็นเซอร์ระดับเสียงรบกวนแบบง่าย ฉันไม่ได้ต้องการทำซ้ำเสียงหรือมีความชัดเจนหรืออะไร แต่ฉันต้องการที่ใกล้ที่สุดที่ฉันจะได้รับ:

• Perfect Silence = ใกล้เคียงกับ 0v DC (เสถียรไม่ใช่ AC) เท่าที่จะทำได้
• เสียงรบกวนปานกลาง = ประมาณ 2.5v DC (คงที่ไม่ใช่ AC)
• เสียงดัง = ใกล้เคียงกับ 5v DC (เสถียรไม่ใช่ AC) เท่าที่จะทำได้

ฉันเข้าใจกับ BJT ว่าสิ่งที่ดีที่สุดที่ฉันจะได้รับคือ 0.6v ถึง 4.4v แต่มันก็พอยอมรับได้ อย่างไรก็ตามอะไรคือครึ่งหนึ่งของคลื่นคือ 0.6v ถึง 2.5v ดูเหมือนว่าจะเป็นการสิ้นเปลืองครึ่งหนึ่งของความละเอียดที่ฉันมีอยู่โดยไม่มีเหตุผล อย่างไรก็ตามหากมีการตั้งค่าอื่นนอกเหนือจาก BJT ที่สามารถทำให้ฉันเข้าใกล้ 0v-5v ได้ฉันก็อยากจะให้พวกเขายิง ตราบใดที่มันเรียบง่าย

นี่เป็นวิธีที่ง่ายกว่าที่ฉันหวังว่าจะเป็นไปได้ แต่มันต้องการสัญญาณอิเลคตรอนที่มีแอมพลิจูดเพียงพอที่จะขับวงจรเครื่องตรวจจับซองจดหมาย (ไดโอดตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ) เพื่อรับครึ่งบวกเท่านั้น ฉันไม่คิดว่ามันจะเป็นไปได้เพราะการลดลงไปข้างหน้าของไดโอด แต่บางทีสิ่งนี้สามารถจัดเรียงใหม่หรือทำก่อนที่เอาท์พุทแคป? ค่าของเครื่องตรวจจับซองจดหมายและตัวต้านทานเครื่องขยายเสียงควรเป็นอย่างไร? โพเทนชิออมิเตอร์แบบความไวควรวางอยู่บนสัญญาณหรือ RE หรือ RL และควรค่าเท่าไร? เชิงเส้นหรือลอการิทึม

อย่างไรก็ตามเอาท์พุทอิเล็กเตรตไม่สามารถเอาตัวรอดจากเครื่องตรวจจับซองจดหมายปัดความไวและยังคงขับทรานซิสเตอร์ NPN ถ้าไม่ใช่นี่เป็นเวอร์ชั่นที่ซับซ้อนกว่านี้ ฉันต้องไปเส้นทางนี้ไหม? การได้รับเอาต์พุตที่ต้องการจากวงจรจริง ๆ ต้องการส่วนประกอบทั้งหมดเหล่านี้หรือไม่?

ต่อไปนี้เป็นคำถามที่ผ่านมาที่ฉันถามก่อนที่ฉันจะเข้าใจอย่างถ่องแท้ยิ่งขึ้นว่าฉันพยายามพูดอะไรเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติม นี่คือสิ่งที่เครื่องตรวจจับซองจดหมายควรทำและฉันไม่แน่ใจว่าจะปรับแต่งมันอย่างไรสำหรับเอาท์พุทอิเลคทรี:

แม้ว่าคุณจะสามารถทำสิ่งนี้ได้ทั้งหมดด้วยเครื่องขยายเสียงและไมโครคอนโทรลเลอร์ (Arduino) เท่าที่ฉันเห็นคุณต้องการตัวเลือกแบบอะนาล็อก ฉันพยายามสร้างวงจรที่ส่งสัญญาณระดับเสียงของไมโครโฟน ช่วงจาก 0V ถึง 4V อย่างไรก็ตามคุณสามารถอัพเกรดเป็น 0V เป็น 5V ได้อย่างง่ายดายโดยเพียงแค่เปลี่ยน OP-AMP ทีนี้ลองเข้าไปดูสิ

ก่อนอื่นฉันได้เปลี่ยนแอมป์ทรานซิสเตอร์เป็น OP-AMP นี่คือสิ่งที่ฉันมาด้วย;

นี่เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่แปลงกลับอย่างง่ายที่ได้รับ 100 นี่คือสูตรสำหรับคำนวณหา

อย่างที่คุณเห็น U1 รับสัญญาณเข้ากลับด้านแล้วคูณด้วย 100 คุณสามารถเปลี่ยน R2 หรือ R3 และคุณจะเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของ U1 ได้รับ การกลับกันของสัญญาณอินพุตไม่สำคัญที่นี่เพราะคุณจะเข้าใจในภายหลัง ลองดูที่เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์นี้และคุณจะเห็นว่ามีการเติบโตอย่างมากในสัญญาณอินพุต

ในภาพด้านบนคุณจะเห็นว่าเอาต์พุตมีแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ต DC เท่ากับ 2.5 โวลต์ นั่นเป็นเพราะโลกเสมือนจริงที่เราใช้ ถ้าเราสร้างกราวด์เสมือนนั่นหมายความว่าเราจะพากราวด์ไปยังอีกระดับหนึ่งของแรงดันไฟฟ้า ในกรณีนี้เราได้ย้ายไปที่ 2.5 V ด้วยการกำหนดค่าใหม่เราได้สร้างบางสิ่งที่ดูเหมือน -2.5 V, 0 V และ 2.5 V ไปยังวงจร เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ฉันต้องสร้างรางแรงดันไฟฟ้าใหม่ที่ 2.5 โวลต์ เนื่องจากรางแรงดันนั้นจะไม่จ่ายพลังงานมาก (น้อยกว่า 1 mA) จึงง่ายต่อการสร้าง

$V+=V-$

หลังจากขยายสัญญาณแล้วเราควรวางสัญญาณไว้ที่ "เครื่องตรวจจับซองจดหมาย" หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งว่า "เครื่องติดตามซอง" สิ่งนี้จะได้รับระดับสัญญาณตามที่คุณต้องการและตามที่คุณแสดงในภาพในคำถามของคุณ นี่คือลักษณะที่ผู้ติดตามซองจดหมายพื้นฐานมีลักษณะ:

มันดูดีมาก แต่สังเกตว่าที่นี่ D3 เป็นไดโอดและมันจะลดลงประมาณ 0.6 V ดังนั้นคุณคลายแรงดัน เพื่อเอาชนะสิ่งนี้เราจะใช้สิ่งที่เรียกว่า "super-diode" มันยอดเยี่ยมเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกเกือบ 0V! เพื่อให้บรรลุผลนั้นเราได้รวม OP-AMP กับไดโอดและนั่นคือทั้งหมด! OP-AMP จะชดเชยแรงดันตกของไดโอดและคุณจะมีไดโอดที่สมบูรณ์แบบ

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

ตอนนี้เปลี่ยน D3 ในวงจรติดตามซองด้านบนด้วย super-diode และคุณมีผู้ติดตามซองจดหมายที่ดีกว่า! ลองดูที่ผลของเรา

เรากำลังเข้าใกล้ อย่างที่คุณเห็นเอาท์พุทของลูกศิษย์ซองจดหมายซึ่งเป็นเส้นสีแดงสามารถไปจาก 2.5 V ถึง 4 V 2.5 V ไม่มีเสียง, 4 V เป็นเสียงดังและ 3.25 V สำหรับเสียงกลาง ในการปรับขนาดตามสิ่งที่คุณต้องการเราสามารถลบแรงดันออฟเซ็ต 2.5 V และปรับขนาด เมื่อคุณลบ 2.5 V มันจะกลายเป็น; 0 V สำหรับไม่มีเสียง, 1.5 V เป็นเสียงที่ดังและ 0.75 V สำหรับเสียงกลางและอื่น ๆ หลังจากนั้นถ้าคุณคูณนี่ด้วย 3 คุณจะได้สิ่งที่คุณต้องการ 0 V สำหรับไม่มีเสียง, 2.5 V สำหรับเสียงกลางและ 5 V สำหรับเสียงดัง ในการสรุปสิ่งที่เราต้องการคือ

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

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้เราจะใช้แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งว่า " subtractor "

เมื่อตัวต้านทาน R1 = R2 และ R3 = R4 ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนสำหรับแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลสามารถทำให้ง่ายขึ้นกับนิพจน์ต่อไปนี้:

หากคุณทำอัตราส่วน V1 = 2.5V และ R3 / R1 3 คุณจะได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

นี่คือแผนผังที่สมบูรณ์ที่จะทำสิ่งที่คุณต้องการ:

ฉันใช้ LM324 OP-AMP ที่นี่เพื่อวัตถุประสงค์ในการจำลอง ที่จะ จำกัด แรงดันเอาต์พุตสูงสุดถึง 4V เพื่อให้มีเอาต์พุตเต็มช่วงคุณควรใช้เอาท์พุทแบบรางต่อรถไฟ OP-AMP ฉันขอแนะนำให้MCP6004 เปลี่ยน R1 และ R2 จนกว่าคุณจะได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ นี่คือสิ่งที่ฉันได้จากการจำลอง:

ทีนี้เมื่อทำการวัดค่าเหล่านี้ใน ADC คุณจะไม่ได้รับความรู้สึกเชิงเส้นแต่จะเข้าใจได้ดีกว่าลอการิทึมเนื่องจากเสียงของเราได้ยินแบบนั้น ดังนั้นคุณควรใช้เดซิเบล หากคุณไม่คุ้นเคยกับเดซิเบลนี่คือวิดีโอสอนที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับเรื่องนี้

ตัวอย่างเช่นห้องที่เงียบสงบนั้นวัดได้ประมาณ 40 เดซิเบล ปาร์ตี้ในห้องจะทำให้ระดับห้องสูงถึง 100 dB หรืออาจจะ 110 dB ในwebsit นี้คุณสามารถค้นหาข้อมูลที่ดีเกี่ยวกับมันจากที่ฉันได้ฝังภาพด้านล่าง ลองพิจารณาระดับเดซิเบลและทดสอบด้วยแรงดันเอาต์พุตของวงจร จากนั้นคำนวณความละเอียดของ ADC ที่คุณต้องการ อาจเป็นไปได้ที่คุณจะใช้ ADC ขนาด 12 บิต

คุณดูเหมือนจะถูกทาง มันไม่ใช้เวลามากของส่วนประกอบเนื่องที่จะทำเรียงลำดับของสิ่งนี้ คุณอาจไม่เชื่อฉัน แต่การใช้ op-amps อาจทำให้ทุกอย่างง่ายขึ้นและเล็กลง ฉันแน่ใจว่าคุณสามารถค้นหาไอซีที่เฉพาะเจาะจงยิ่งขึ้นซึ่งทำสิ่งที่คุณต้องการในแพ็คเกจที่เล็กลง ฉันเดิมพันที่มีไอซีออกมีที่ไม่ตรงกับสิ่งที่คุณต้องการ อย่างไรก็ตามคุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมหากคุณดำเนินการต่อโดยไม่มีพวกเขาแม้ว่าเพียงเพื่อค่าทางวิชาการ

คุณยังสามารถทำให้บางอย่างง่ายขึ้นด้วยการย้ายตรรกะลงในไมโครโปรเซสเซอร์ การตรวจจับซองจดหมายเป็นเรื่องง่ายในซอฟต์แวร์และขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการความถูกต้องและความไวของไมโครโฟนของคุณอย่างไรคุณอาจออกไปโดยไม่ละแอมพลิฟายเออร์หลังจากไมโครโฟนและวางเอาท์พุทลงใน ADC สิ่งนี้จะไม่ได้รับ 0V-5V แต่นั่นสำคัญไหม คุณสามารถคูณด้วยค่าคงที่ในซอฟต์แวร์ สิ่งที่คุณสูญเสียคือความถูกต้องของการมี ADC ให้ใช้งานเต็มรูปแบบ แต่บางทีนั่นอาจไม่สำคัญเท่าความเรียบง่าย คุณตัดสินใจ.

ก่อนอื่นคุณไม่จำเป็นต้องใช้อาร์ดิโนเว้นแต่คุณจะต้องทำการประมวลผลเพิ่มเติม - สิ่งที่คุณต้องการคือแอมป์ (op-amp ทำ, โหลดวงจรพื้นฐานทั่ว googles) เพื่อเพิ่มเอาต์พุตไมค์ในช่วง 0-5V หากคุณไม่กังวลเกี่ยวกับความแม่นยำ (เช่นนี้เพื่อความสนุกมากกว่าการวัดเชิงวิทยาศาสตร์) คุณสามารถใช้วงจรการตัดขั้นพื้นฐานอย่างพอสมควรส่งออกไปยังทริกเกอร์ schmitt หรือใช้ LM3914 เพื่อสร้างการแสดงผล

มีกลเม็ดเด็ดพรายมากขึ้นเล็กน้อยโดยการสร้างวงจร AGC เพื่อเพิ่มระดับขึ้นและลงโดยอัตโนมัติในระดับเฉลี่ย

ไม่ว่าคุณจะได้รับกรรมบวกที่สำคัญโดยการโยนอาดิโอโน่และทำมันแบบอะนาล็อกตามที่ตั้งใจ;)

แก้ไข: โอกาสที่จะมีวงจร "mic pre-amp" จำนวนมากบนเว็บเช่นกันอาจเป็นชิป $ S1023 ที่จะทำเพื่อคุณในวันนี้ ...