Dapatkah saya menggunakan Transistor PNP dengan Mikrofon Electret untuk mendapatkan output non-pembalik untuk Arduino saya?

9

Saya hanya ingin membaca tingkat suara generik dari Mikrofon Electret. Saya telah melihat sejumlah skema dengan transistor NPN, yang akan memberikan output terbalik (~ 5V ketika diam, ~ 0V ketika keras, operasi linear di antaranya).

Ini sebuah contoh:

Preamp Audio Sederhana

Namun, saya ingin keluaran non-terbalik (operasi linear, input super tenang memberikan ~ 0V, input super keras memberikan ~ 5V). Saya menyadari bahwa saya dapat dengan mudah mengoreksi hal ini dalam perangkat lunak, tetapi sepertinya terbelakang bagi saya dengan cara dan saya tidak dapat menemukan contoh dari output non-pembalik dengan transistor PNP.

Apakah ada alasan untuk hal ini selain tidak biasa? Jika memungkinkan, adakah yang bisa menyediakan skema mikrofon electret dan transistor PNP yang akan memberikan ~ 0V saat sunyi dan ~ 5V saat keras?

Lebih lanjut, adakah alasan mengapa hal ini sangat tidak umum, atau tidak diinginkan? NPN tampaknya lebih sering digunakan daripada PNP, mengapa demikian?

Edit

Sepertinya saya agak bingung dengan apa yang akan saya dapatkan sebagai output dari preamp NPN, yang akan menjadi 0V untuk diam, dan +/- Vin / 2. Inilah yang saya inginkan sebagai gantinya:

0V saat diam, ~ 2.5V di tingkat suara sedang, ~ 5V di tingkat suara maksimum. Ini dapat dibaca oleh ADC dengan mudah ke 'tingkat suara' tanpa banyak pekerjaan sama sekali. Namun, saya tidak dapat memasukkan tegangan <0V atau> 5V ke komparator analog. Sepertinya saya ingin yang di atas dengan detektor amplop, namun itu hanya akan membuat saya dari 0V ke 2.5V. Bagaimana saya membuatnya bervariasi dari 0V ke 5V penuh, 0V menjadi 'sunyi' dan 5V menjadi 'keras', dengan segala sesuatu di antaranya linier?

Ehryk
sumber
Sayangnya, rangkaian ini tidak akan menghasilkan tegangan DC, jika output diambil di sisi kanan C2. Ini akan menghasilkan tegangan AC. Ini karena kapasitor. Kapasitor tidak memungkinkan tegangan DC melewatinya.
abdullah kahraman
Arduino memiliki 6 input analog, yang bertuliskan 0-1023 untuk 0V-5V. AC adalah apa yang saya cari di sana, kan? Mungkin saya perlu dioda untuk tidak melewatkan tegangan negatif ke komparator Analog?
Ehryk
Ya, tetapi dioda akan turun 0,6V dengan sendirinya. Mungkin Anda harus mencoba membuat tegangan suplai 5V. Tegangan suplai adalah yang berlabel "+3 hingga 9 Volts". Kemudian hapus C2. Kemudian, baca nilai analog pada kolektor Q1. Bereksperimenlah dengan level suara yang berbeda, misalnya bertepuk tangan, berbicara, berteriak, diam, berbisik, dan melihat bacaan analog berubah. Namun, itu akan menjadi gelombang sinus yang ditambahkan dengan nilai DC.
abdullah kahraman
Membaca pertanyaan dan komentar Anda, tampaknya pertanyaan Anda tidak dengan jelas menyatakan apa yang Anda inginkan. Tampaknya Anda menginginkan level AC yang berkurang dalam besarnya ketika tegangan input meningkat. Jika demikian, Anda harus menyatakannya dengan jelas. Jika tidak demikian, dapatkah Anda menjelaskan "Saya tidak mencari logika 0-1, input analog Arduino memiliki ADC 10-bit yang masing-masing memberikan 0-1023 untuk 0V-5V" dalam konteks ini. || ...
Russell McMahon
... JIKA Anda berbicara tentang level DC pertanyaannya masih belum jelas. Sinyal AC akan dipusatkan pada titik bias DC. Ini relatif tetap dengan kekuatan sinyal. Dapatkah Anda menjelaskan dengan sangat jelas dan sederhana apa yang Anda inginkan dari output sebagai inputmal pergi dari 0VAC ke Max Vin AC.
Russell McMahon

Jawaban:

9

Sejauh yang saya mengerti, Anda mencoba membuat semacam pendeteksi level suara, yang akan memungkinkan Anda mendeteksi apakah ada suara dengan volume tertentu atau tidak. Anda dapat melakukan ini dengan perubahan kecil pada skema yang Anda miliki. Tetapi sebelum itu, Anda harus memahami sirkuit.

Mari kita hancurkan sirkuit itu. Pertama-tama bagian dengan mikrofon.

masukkan deskripsi gambar di sini

R1 adalah untuk memasok daya yang dibutuhkan oleh mikrofon dan ini disebut biasing mikrofon. Mikrofon menghasilkan tegangan AC, yang kadang-kadang negatif dan kadang-kadang positif dan berubah sebagian besar waktu. Pikirkan gelombang sinus . Tapi ingat, kami memiliki beberapa bias yang merupakan tegangan DC. Kita harus mengeluarkannya dan hanya memberi tegangan AC ke amplifier. Dan melakukan ini mudah dengan kapasitor tunggal yang sederhana. Kapasitor tidak membiarkan DC lewat, tetapi membiarkan AC lewat dengan mudah. Kami telah memblokir bagian DC dari tegangan pada mikrofon electret.

Sekarang, mari kita lihat amplifier itu sendiri. Bayangkan bahwa tidak ada yang lain selain skema di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Dalam konfigurasi ini, transistor bias berada di wilayah linier. Itu ada di tepi yang dinyalakan atau dimatikan, tetapi itu bukan keduanya. Jika sepenuhnya ON, itu akan jenuh. Jika sepenuhnya OFF, itu tidak akan berfungsi sama sekali. Tetapi di tengah, yang disebut wilayah linier.

Ketika dikonfigurasi seperti itu, jika Anda menyentuh (tidak secara harfiah) ke pangkalan itu, membuat perubahan kecil, output akan berubah sebagian besar. Inilah yang disebut amplifikasi. Anda dapat meminta Google untuk informasi lebih rinci.

Bagaimana jika kita menggabungkan dua sirkuit yang disebutkan di atas. Mikrofon electret bias dengan kapasitor akan menampilkan perubahan kecil sehubungan dengan suara. Transistor akan memperkuat perubahan kecil ini sehingga dapat dilihat dengan mudah:

masukkan deskripsi gambar di sini

Perhatikan bahwa saya telah mengubah C1 menjadi 1uF. Anda dapat menggunakan nilai hingga 100uF. Anda mungkin perlu kapasitor elektrolitik. Juga, perhatikan bahwa tidak ada lagi kapasitor keluaran. Ini berarti Anda akan memiliki tegangan output di suatu tempat antara 0 dan 5 V, tergantung pada tingkat suara. Jika Anda memiliki osiloskop, lihat bentuk gelombang pada output. Jika tidak, coba nyalakan LED jika pembacaan analog lebih tinggi dari, misalnya, 750. Percobaan dengan nilai yang berbeda dari 750, kemudian laporkan hasilnya kepada saya.

abdullah kahraman
sumber
Saya mengerti sebagian besar dari itu, terima kasih. Sekarang karena menggunakan transistor NPN, output akan sekitar ~ 5V ketika amplitudo / input rendah, dan ~ 0V ketika loud / input amplitudo tinggi. Ini sepertinya terbelakang. Apakah ada cara untuk memodifikasinya sehingga berperilaku persis seperti di atas, di wilayah linier, dengan ~ 0V yang berarti 'tenang' dan ~ 5V yang berarti 'keras'?
Ehryk
@Ehryk Tidak, output akan berada di antara 0 dan 5V. Jika Anda mengambil sirene mobil dan meletakkannya di dekat mikrofon electret, itu akan menjadi gelombang sinus dari dengan puncak ke puncak amplitudo 5Vpp dengan frekuensi sekitar 300Hz. 5Vpp berarti akan menuju 5V dan kembali ke 0V dengan bentuk sinusoidal. Lihatlah ini . Ketika ada bisikan, puncak ke puncak amplitudo akan sekitar 1Vpp dengan frekuensi yang berubah karena pidato. Itu berarti akan pergi ke 1V dan kembali ke 0V.
abdullah kahraman
Namun, komentar saya di atas mengabaikan offset DC.
abdullah kahraman
Apakah ada cara saya bisa membuatnya ~ 0V untuk tenang, ~ 5V untuk keras? Bukankah kapasitor melakukan hal itu, jika saya kemudian membalikkan bagian negatif dari gelombang dan kemudian melicinkannya? Dengan mungkin jembatan penyearah / jembatan dioda? ( en.wikipedia.org/wiki/Diode_bridge )
Ehryk
@Ehryk Ya, Anda dapat menambahkan kapasitor keluaran dan detektor amplop. Dengan nilai komponen yang tepat, Anda akan dapat memiliki level tegangan analog tergantung pada amplitudo suara. Namun, saya tidak yakin dengan ini. Anda harus bereksperimen. Setelah mendapatkan hasil, buat saja kondisi if-else dalam perangkat lunak tergantung pada nilai ADC yang Anda baca.
abdullah kahraman
3

Penguat kelas A umum emitor selalu membalik bahkan jika Anda menggunakan PNP, satu-satunya perbedaan adalah Anda membalik polaritas catu daya. Jika Anda menggunakan transformator audio dan bukan kapasitor, Anda dapat mengubah fase sinyal sesuka Anda. Tetapi mungkin akan lebih mahal daripada menggunakan dua BJT. Untuk menyelesaikan pertanyaan terakhir Anda, Anda harus memperbaiki (bahkan dengan dioda tunggal) output dan menerapkan hasilnya pada beban (resistor akan baik-baik saja) dan mengumpankan ini ke input analog arduino. Tidak ada alasan untuk membalikkan sinyal sama sekali.

Felice Pollano
sumber
Lalu apa amplifier non-inverting non-IC paling sederhana (terlepas dari kelas atau common-emitor)?
Ehryk
Kolektor umum, tapi saya pikir tidak benar untuk digunakan dalam kasus ini, karena Anda memerlukan penguatan tegangan
Felice Pollano
Basis umum, jika Anda membutuhkan penguatan voltase (tetapi penguatan arus = 1). Perhatikan bahwa Anda dapat menambahkan inversi kedua dalam contoh ini hanya dengan menukar R1 dan mikrofon. Tidak diperlukan PNP. Namun pembalikan atau tidak TIDAK akan menyelesaikan masalah yang disebutkan - menghasilkan logika 1 atau 0 tergantung pada kenyaringannya.
Brian Drummond
Saya tidak mencari logika 0-1, input analog Arduino memiliki 10-bit ADC yang memberikan 0-1023 untuk 0V-5V, masing-masing. Bisakah Anda memberikan diagram sirkuit untuk ini?
Ehryk
1

Penguat ini membalikkan sinyal, tetapi Anda seharusnya tidak peduli dengan sinyal audio. Apa yang akan Anda miliki di output adalah AC, sebuah blok kapasitor DC. Jadi, Anda tidak bisa mengatakan ~ 0V untuk suara tenang dan ~ 5V untuk suara keras. Jika yang Anda inginkan adalah sensor level suara, salah satu cara mudah adalah menambahkan, setelah output cap sirkuit yang disebut "demodulator" atau "detektor puncak", mudah diimplementasikan di sekitar dioda dan beberapa komponen pasif.

Joan
sumber
Bisakah Anda menambahkan diagram ini? Juga, bukankah detektor puncak bervariasi antara -2.5V dan 2.5V? Saya ingin ~ 0V diam, dan ~ 5V menjadi yang paling keras, bagaimana ini bisa dicapai?
Ehryk
0

Cukup balikkan output untuk kedua kalinya, menggunakan amplifier 2 tahap. ( Lihat halaman ini untuk info lebih lanjut tentang dua tahap, dan amplifikasi transistor non-pembalik. Sangat berwawasan luas )

masukkan deskripsi gambar di sini

Resistor nilai yang sama dan kapasitor, transistor 2n3094 yang sama, ditambahkan ke output skema Anda yang ada, akan memberikan inversi kedua.

Tetapi seseorang mengoreksi saya jika saya salah, tetapi skema Anda menunjukkan penguat bias sederhana, sehingga Anda benar-benar akan memiliki 2.5v sebagai rentang diam, dan bentuk gelombang semakin besar dengan lebih banyak suara? Anda akan memiliki puncak ± 2.5v ke puncak. Anda akan memiliki 1v / 3v sebagai kenyaringan tengah.

Pejalan kaki
sumber