Ein paar Fragen zu dem in der Application Note AVR335 beschriebenen Mikrofonverstärker im Zusammenspiel mit einem Elektret-Mikrofon: 1. Hat das Ding schon mal jemand mit den angegebenen Bauteilwerten erfolgreich aufgebaut? Erfolgreich natürlich im Sinne von "funktioniert". 2. Ist die Verstärkung von 10 nicht erbärmlich wenig? 3. Gibt es sonst noch Punkte, die an der Schaltung auffällig oder gar falsch sind? Also so Dinge wie Eingangswiderstand der Schaltung, Vorwiderstand für Mikrofon? 4. Gibt es noch Verbesserungspotential? Kondensatoren kann man ja nie genug verteilen, so über R4 noch einer? ;) Die Schaltung an sich sieht für mich zwar recht einfach, aber doch plausibel aus. Problem ist nur, dass praktisch kein Signal (außer natürlich der Offsetspannung von 2,5 V) am A/D-Wandler-Eingang des ATmega messbar ist. Die Betriebsspannung beträgt 5 V, verwendet wird ein einfaches Elektret-Mikrofon (http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=IA2;GROUPID=3604;ARTICLE=35461;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=32UvnsMKwQASAAAHvURtQ214e3750ec2dc4835de803090078d28d). Auf der Suche nach Problemen habe ich natürlich hier eine Vielzahl an Alternativen für Verstärkerschaltungen gesehen. Schön und gut, aber: Mich würde interessieren, was konkret an dieser Schaltung problematisch oder gar falsch ist. Außer der (zu) kleinen Verstärkung ist mir nämlich nichts Dramatisches aufgefallen, was diesen Misserfolg rechtfertigen könnte... ;)
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1. Warum sollte es nicht funktionieren? Zu 2. Vergrössern von R5 erhöht die Verstärkung ZU 3. Hast du vielleicht den Kondensator am Ausgang ein paar Potenzen zu hoch eingebaut? Da ich die "normale" Ausgangsspannung von Mikros nicht weiss, kann ich zum erwarteten Pegel nix sagen. Gruß Anselm
Hallo, also Versorgung des Mic ist ok mit 5V/5mA über 1k. Der Eingangswiderstand des inv.Op ist = R1 also 1K. Ausgangsimpedanz des Mic 2K. Es herrscht keine Anpassung. Ob das aber der Grund dafür ist?? Testen an dem in der AppNote angegeben Verstärkerschaltung z.B. mit nem Kopfhörer würde erstmal die Funktion des Mics sicherstellen! der OP arbeitet soweit, wenn du die Offsetspannung am AD hast! Alles andere ist aus der Ferne schwer zu sagen. Gruß Tom
Danke erstmal für die Antworten. Beruhigend, dass ich da nicht irgendwelche groben Fehler gemacht zu haben scheine. Mein nächster Versuch heute abend wird sein, R5 deutlich größer zu machen (so um die 100 kOhm). Kopfhörer hab ich jetzt leider keine zur Hand, aber ein zweites Mic versuchshalber zum ersten parallel (gehalten) hat ebenfalls keinerlei Veränderung gebracht...
aaaaalso... das ist die absolut einfachste aber nicht schönste variante. ich würde folgendes ändern: - versorgung des OPV über 49R9 / 100nF puffern/filtern - C (~100pF) parallel zu R5 - ich kenne das mikrofon nicht, würde aber meinen frequenzgang durch erhöhung des eingangswiderstands R2 senken. 1u/1k hat-3dB bei 160Hz, nicht so doll. vielleicht R2 und R5 um bis zu Faktor 10 erhöhen. - Achtung bei C1, im tiefen Frequenzbereich klirren Keramiken wie X7R/X5R/Y5V, und COG/NP0 wird's in der größe nicht geben. aber wenn das dann eh an einen 10 bit ADC geht, ist alles oben genannte schnurz! :)
Jep, ich werde mal die Versorgung mit 100 nF noch puffern, das habe ich schon auf dem Plan. Ebenso die Erhöhung des Verstärkungsfaktors. Du würdest R2 auf 10 kOhm und R5 auf 100 kOhm (bzw. 1 MOhm bei Verstärkungsfaktor 100) erhöhen? Was bewirkt das C parallel zu R5? An die Qualität des Audio-Signals stelle ich aber keine großen Anforderungen. Nur dass sich praktisch überhaupt nichts tut (ich kann nur die Offsetpsannung am Ausgang messen) - das ist mir dann doch nicht genug...
> Was bewirkt das C parallel zu R5? gar nix, auser daß der Frequenzgang nach oben hin beschnitten wird ... >An die Qualität des Audio-Signals stelle ich aber keine großen >Anforderungen. Nur dass sich praktisch überhaupt nichts tut (ich kann >nur die Offsetpsannung am Ausgang messen) - das ist mir dann doch nicht >genug... was heist denn "überhaupt nichts" ? Vielleicht Mikro falsch herum angeschlossen? Grundsätzlich empfinde ich den Eingangswiederstand auch etwas niedrig. Aber egal - etwas tun muß sich was. Wie hast Du denn das gemessen? Oszi wäre hier auf alle Fälle nicht verkehrt - Schon das Mikro sollte eine deutlich sichtbare Wechselspannung abgeben. 5mA empfinde ich aber schon als reichlich bei einem Elektretmikro (wobei das der Kurzschlußstrom über den Vorwiderstand wäre). Im DB steht 1,5V-10V/0,5mA. Du hast also gerade mal 0,5V über den Vorwiderstand. Ich würde also den R auf 3,9 oder 4,7k erhöhen, damit das Mikro einen einigermaßen mittigen Arbeitspunkt bekommt (vielleicht so reichlich 3V anvisieren, was mit 3,9k gegeben sein sollte). Dann würde ich aber auch den Eingangswiderstand der OPV-Schaltung kräftig erhöhen, sonst gibt's zu viel Dämpfung (also z.B. 22k/2M oder höher für die Verstärkungseinstellung - aber dann leider brummempfindlicher). Oder nimmst eine nichtinvertierende OPV-Schaltung, was bedeutend höhere Eingangswiderstände zuläßt.
>was heist denn "überhaupt nichts" ? Vielleicht Mikro falsch herum >angeschlossen? Nein (wahrscheinlich nicht - siehe unten), der Fehler war noch viel, viel bekloppter: C1 war nicht 1 uF, sondern 1 nF. Das kommt davon, wenn man altes Zeug verwerten will und die Bezeichnung missinterpretiert. Wer kommt schon auf die Idee, dass so eine riesige Tonne von Folienkondensator nicht 1000 nF, sondern 1000 pF ist?! :) Nun zappelt etwas, wenn ich das Mikrofon anblase oder direkt reinschreie. Auch mit einem höheren Verstärkungsfaktor (R5=82 kOhm) wird es zwar ein wenig besser, aber bei weitem noch nicht brauchbar. Deine Vorschläge hinsichtlich der Dimensionierung der R kann ich leider noch nicht umsetzen, weil mir das Material fehlt. 220 kOhm ist das obere Ende der Fahnenstange in meiner Bauteilekiste. :( Es klingt aber einleuchtend. An den Arbeitspunkt des Mikrofons habe ich Depp noch gar nicht gedacht, an den Eingangswiderstand aber schon. Zur Beschaltung des Mikrofons: Leider ist das Datenblatt mit Informationen sehr sparsam. Meine Interpretation war, dass das abisolierte Drähtchen der GND-Anschluss und das mit der Isolierung für Spannungsversorgung und Signal ist. Eine Verbindung zum Gehäuse kann man leider nicht erkennen, um so eindeutig die Zuordnung herleiten zu können. Ich hoffe mal, dass ich da richtig liege.
>man altes Zeug verwerten will und die Bezeichnung missinterpretiert. Wer >kommt schon auf die Idee, dass so eine riesige Tonne von >Folienkondensator nicht 1000 nF, sondern 1000 pF ist?! :) ach - altes Zeug kann man schon zum Spielen nehmen. Bei riesen Tonnen sollte man aber im Hinterkopf haben, daß es ein 1600V Kondi sein könnte, wie die Dinger im Fernseher zu finden sind ;-) >Zur Beschaltung des Mikrofons: Leider ist das Datenblatt mit >Informationen sehr sparsam. Meine Interpretation war, dass das >abisolierte Drähtchen der GND-Anschluss und das mit der Isolierung für >Spannungsversorgung und Signal ist. Eine Verbindung zum Gehäuse kann man >leider nicht erkennen, um so eindeutig die Zuordnung herleiten zu >können. Ich hoffe mal, dass ich da richtig liege. Nun ja, wenn es jetzt mit richtigem C schon mal eine Reaktion gibt, dann haste das Mikro wohl auch richtig herum angeschlossen (und bei 5V machste wohl auch noch nix kaputt, wenn es mal verkehrtherum sein sollte).
>ach - altes Zeug kann man schon zum Spielen nehmen. Bei riesen Tonnen >sollte man aber im Hinterkopf haben, daß es ein 1600V Kondi sein könnte, >wie die Dinger im Fernseher zu finden sind ;-) Nein, das Ding ist so ein gelbes 08/15-Teil aus ehemaliger DDR-Produktion. "Riesige Tonne" war etwas übertrieben, aber im Vergleich zur Kapazität ist das Ding wirklich riesig. So, jetzt schaue ich noch mal tief in meine Bauteile-Kiste... :)
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Hallo Gastino, der Strom in das Elektretmikrofon ist viel zu groß gewählt. Wenn du einen so hohen Strom einstellst, kann der eingebaute FET wahrscheinlich nicht mehr richtig arbeiten. Gewöhnlich ergibt sich bei 0,5...1mA eine gute Verstärkung bei gleichzeitig niedrigem Rauschen. Außerdem ist die Lastimpedanz viel zu klein. Ein ELektretmikrofon hat eine Ausgangsimpedanz im kOhm Bereich, da ist eine Last von 1k natürlich viel zu wenig. Außerdem fehlt jegliche Betriebsspannungs-Unterdrückung für das Elektretmikrofon und die Referenzspannung am "+" Eingang des OPamp. Ich würde dir eine nichtinvertierende Schaltung empfehlen, wie im Anhang. Der LMV321 ist eine Einfachversion des LMV358, der wiederum eine verbesserte Version des LM358 ist. Wenn du nur den LM358 zur Verfügung hast, solltest du beim 150k Spannungsteiler den unteren Widerstand auf 100k verkleinern. Kai Klaas
Hallo Kai, ich habe den Vorwiderstand des Mikrofons jetzt auf 3,9 kOhm geändert. Das hat nochmal eine sichtbare Verbesserung gebracht. Damit dürfte der Strom nun auf maximal ca. 0,8 mA eingestellt sein (bei einer Ausgangsimpedanz des Mikrofons von 2 kOhm), richtig? Dass die Lastimpedanz der Verstärkerschaltung zu niedrig ist, habe ich mir auch schon gedacht, aber zur Zeit sind mir bei der aufgebauten invertierenden Schaltung die Hände gebunden, ich muss erst Widerstände nachbestellen. Das gilt auch für Deinen Schaltungsvorschlag, den ich dann parallel auch mal aufbauen und anschauen werde. Was ich nicht ganz an Deinen Erläuterungen verstehe: Die Referenz bzw. der Offset am "+"-Eingang wird doch durch die zwei 10 kOhm gegen Vcc bzw. GND hergestellt, oder? Dass keine Betriebsspannungsunterdrückung in der Schaltung ist, stimmt. Ich gehe davon aus, dass das in Deiner Schaltung der Teil mit den 220 Ohm und 100 uF übernimmt.
Achso, das habe ich noch vergessen: Zur Zeit verwende ich den TS912IN, der erschien mir als ganz guter Kompromiss aus Preis und Leistung. Ich wollte einen OPV, der "Single Supply"- und "Rail to Rail"-fähig ist und im Betriebsspannungsbereich 3,3 V und 5 V einsetzbar ist...
>Was ich nicht ganz an Deinen Erläuterungen verstehe: Die Referenz bzw. >der Offset am "+"-Eingang wird doch durch die zwei 10 kOhm gegen Vcc >bzw. GND hergestellt, oder? Genau. Und was ist deine Frage? >Dass keine Betriebsspannungsunterdrückung in der Schaltung ist, stimmt. >Ich gehe davon aus, dass das in Deiner Schaltung der Teil mit den 220 >Ohm und 100 uF übernimmt. Genau. >Achso, das habe ich noch vergessen: Zur Zeit verwende ich den TS912IN, >der erschien mir als ganz guter Kompromiss aus Preis und Leistung. Ich >wollte einen OPV, der "Single Supply"- und "Rail to Rail"-fähig ist und >im Betriebsspannungsbereich 3,3 V und 5 V einsetzbar ist... Ja, der ist auch prima geeignet. Kai Klaas
Noch ein Nachtrag: Es zeigt sich (mir) mal wieder, dass das Nachbauen einer fertigen Schaltung nicht so mein Ding ist. Jetzt, wo es nicht so recht funktioniert hat, fängt man erst an, richtig nachzudenken. Mittlerweile frage ich mich, warum man bei einem Mikrofonvorverstärker eine invertierende OPV-Schaltung nehmen soll, wenn doch der Vorteil der nichtinvertierenden in der hohen Eingangsimpedanz liegt?! Was da AVR in seiner Application Notes als Schaltung vorschlägt, macht anscheinend weder hinsichtlich der Grundschaltung noch bei der Wahl des Verstärkungsfaktors und der restlichen Eigenschaften (Vorwiderstand, Eingangsimpedanz) wirklich Sinn. Oder ist mein Elektret-Mikrofon ein so spezieller Vertreter seiner Art und andere würden problemlos mit dieser Schaltung leben können?
>Genau. Und was ist deine Frage?
Ich hatte Deinen Satz falsch interpretiert. Ich hatte erst vertanden,
die Referenzspannung am "+"-Eingang hätte gefehlt. Aber Du meintest ja,
dass die Betriebsspannungsunterdrückung für diese Spannung fehlt. Damit
hat sich die Frage natürlich erledigt. :)
Danke nochmal an alle für die gute Hilfe! War eine sehr gute Anregung,
mal selbst über die Schaltung nachzudenken.
Hallo Gastino, >Es zeigt sich (mir) mal wieder, dass das Nachbauen einer fertigen >Schaltung nicht so mein Ding ist. Jetzt, wo es nicht so recht >funktioniert hat, fängt man erst an, richtig nachzudenken. Am besten schaut man sich vorher mal um, wie das Andere so machen und versucht dann die Unterschiede heraus zu arbeiten. Du mußt dich von der Vorstellung verabschieden, daß es "DIE" beste Mikrofonverstärker-Schaltung gibt, "DEN" besten OPamp, usw. Eine Schaltung entwicklen heißt immer Kompromisse eingehen. Was in der einen Anwendung gut genug ist, mag für eine andere untragbar sein. Wenn du die Unterschiede und die Funktion der Vorlagen analysiert und verstanden hast, kannst du dann "DEINE" Schaltung entwickeln. Kai Klaas
>Ich würde dir eine nichtinvertierende Schaltung empfehlen, wie im >Anhang. Der LMV321 ist eine Einfachversion des LMV358, der wiederum eine >verbesserte Version des LM358 ist. genau das hatte ich heute schon vorgeschlagen - für Details war ich aber leider etwas zu faul ...
So, mittlerweile habe ich mir so eine Art Aushilfs-Oszi für arme Leute mit Mirkofonvorverstärkern gebaut: 128 Ausgangswerte werden mittels ATmega16 A/D-Wandler aller 100 ms mit ca. 15 kHz abgetastet und in Diagrammform auf einem GLCD dargestellt (dazu noch Angabe von Maximal- und Minimalwert und Spitze-Spitze-Wert). Wenn ich recht nahe an das Mikrofon herangehe, sieht das Sprachsignal schon ganz hübsch aus. Mit einer etwas höheren Eingangsimpedanz des Verstärkers (wenn ich denn mal wieder dafür notwendige Bauteile eingekauft habe) dürfte dann auch die Empfindlichkeit etwas besser werden. Immerhin sieht man auch bei Geräuschen von etwas weiter weg (1 m) Ausschläge im Spitze-Spitze-Wert... :) Juhu! :)
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