Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Klopfschaltung -> OpAmp + Mikrofon


von Robert (Gast)


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Hallo,

ich habe in einem bestehenden Gerät eine Art "Klopfschaltung" 
integriert, soll heißen, klopft man auf den Bildschirm, soll er angehen.

Das ganze ist mittelt Mikrofon + OpAmp gelöst.

Das Problem: Das ganze funktioniert seit einiger Zeit nichtmehr.

Habe den Schaltplan herausgezeichnet, siehe Anhang.

Der 1. OpAmp dürfte das Signal des Elektret Mikrofons um das 5,7 fache 
Verstärken, also einige mV bis zig mV am Ausgang liefern bei "klopfen".

Der 2. OpAmp ist mir etwas schleierhaft, das dürfte doch eigentlich ein 
Komparator mit Hysterese sein, der mit ca. 2/3 Uin arbeitet, das heißt 
die Schwelle liegt um 2/3 Uin herum, aber so hoch kann die Spannung doch 
nie kommen ?!

Kann hier jemand etwas Licht ins Dunkel bringen, oder übersehe ich 
etwas?

Danke schonmal

von Mani W. (e-doc)


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Mögliche Antwort:

Das Micro ist defekt

Die Betriebsspannung ist weg


Osszi würde schnell Licht ins Dunkel bringen...

: Bearbeitet durch User
von Robert (Gast)


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Hallo,

Oszi ist natürlich vorhanden.

Mikro ist nicht defekt, Betriebsspannung vorhanden.

Blase ich mit voller Kraft ins Mikro schaltet der Ausgang.

Kann es sein, dass das Mikro über die Jahre an Empfindlichkeit eingebüßt 
hat?
Habe mit elektret Mikros leider keine Erfahrung diesbezüglich

von Mani W. (e-doc)


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R10/R11 durch Pot ersetzen, dann kannst Du die Triggerschwelle
einstellen...

Robert schrieb:
> Blase ich mit voller Kraft ins Mikro schaltet der Ausgang.

Eigentlich sollte es auf Klopfen reagieren?


Die Spannung an IC 1B (nicht invertierend) muss über die
eingestellte Spannung am invertierenden Eingang gehen, dann
sollte es auch ein Ausgangssignal geben...

Und ja, ein Micro kann defekt werden...

von Robert (Gast)


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Mani W. schrieb:
> R10/R11 durch Pot ersetzen, dann kannst Du die Triggerschwelle
> einstellen...
>
> Robert schrieb:
>> Blase ich mit voller Kraft ins Mikro schaltet der Ausgang.
>
> Eigentlich sollte es auf Klopfen reagieren?

Richtig, aber klopfen erzeugt nur rund 1/10 des erforderlichen Pegels 
zum auslösen.

> Die Spannung an IC 1B (nicht invertierend) muss über die
> eingestellte Spannung am invertierenden Eingang gehen, dann
> sollte es auch ein Ausgangssignal geben...

Richtig, gibt es auch, also der OpAmp ist nicht defekt.

>
> Und ja, ein Micro kann defekt werden...

Habe bei direktem reinblasen ins Mikro rund 600mV Pegel, bei Klopfen 
eben nur rund 1/10. Sollte aber eigentlich auf ein funktionsfähiges 
Mikro hindeuten oder?

von Mani W. (e-doc)


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Schwer zu sagen, vielleicht liegt es an C1, möglich auch C2...


Vielleicht hilft eine 1N4148 vom Ausgang IC 1A zum R4, und an diesem
Knotenpunkt dann ein Widerstand gegen Masse mit parallel geschaltetem
Kondensator...


Was zeigt der Osszi am Ausgang von IC 1A ?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Mani W. schrieb:
> vielleicht liegt es an C1, möglich auch C2...

Ja, leider wissen wir weder die Werte dieser Kerlchen, noch, ob es mögl. 
Elkos/Tantals sind, die im Laufe der Zeit Kapazität verloren haben.

Wenn reinpusten noch geht, klopfen aber nicht, dann liegt der Verdacht 
nahe, daß das passiert ist und sich ein Hochpass durch verlustig 
gegangene Kapazität gebildet hat.

Robert schrieb:
> Sollte aber eigentlich auf ein funktionsfähiges
> Mikro hindeuten oder?

Habe schon öfter Elektret abrauchen sehen, aber meistens durch 
Feuchtigkeit in der Kapsel, die wurden dann immer dumpfer. Das sieht bei 
dir aber nicht so aus, denn die höherfrequenten Anteile scheinen ja zu 
funktionieren.

: Bearbeitet durch User
von Robert (Gast)


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Mani W. schrieb:
> Schwer zu sagen, vielleicht liegt es an C1, möglich auch C2...
>

C1 = 1nF
C2 = 100nF
Beides Keramikkondensatoren, habe sie ausgelötet und gemessen und gegen 
neue Ersetzt -> keine Änderung

> Vielleicht hilft eine 1N4148 vom Ausgang IC 1A zum R4, und an diesem
> Knotenpunkt dann ein Widerstand gegen Masse mit parallel geschaltetem
> Kondensator...
>
> Was zeigt der Osszi am Ausgang von IC 1A ?

Habe jetzt einen 1kHz Test Ton über normale Kopfhörer direkt an das 
Mikro gehalten. Vom Mikro kommen ~ 100mVpp. Der IC 1A verstärkt nur die 
obere Halbwelle, und kommt am Ausgang auf rund 200 - 250mVp Verstärkt 
also rund ums 5-fache.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Robert schrieb:
> Vom Mikro kommen ~ 100mVpp.

Klingt gut, allerdings wissen wir ja nicht, was sie früher mal gemacht 
hat.

Robert schrieb:
> und kommt am Ausgang auf rund 200 - 250mVp Verstärkt
> also rund ums 5-fache.

Das klingt aber nicht so gut. Warum so wenig Pegel? Da kannst du m.E. 
ruhig ein bisschen mehr Dampf im ersten OpAmp erzeugen und damit die 
Schaltfreude des Komparators erhöhen. Zum Augleich ziehst du den 
Tiefpass mit einem grösseren C1 ein wenig mehr in die Tiefe, damit nicht 
jedes helle Geräusch die Kiste schaltet.

Notiere doch mal die DC-Pegel im Ruhezustand.

: Bearbeitet durch User
von Robert (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Robert schrieb:
>> Vom Mikro kommen ~ 100mVpp.
>
> Klingt gut, allerdings wissen wir ja nicht, was sie früher mal gemacht
> hat.

Leider

> Robert schrieb:
>> und kommt am Ausgang auf rund 200 - 250mVp Verstärkt
>> also rund ums 5-fache.
>
> Das klingt aber nicht so gut. Warum so wenig Pegel?

Habe ich mich ehrlich gesagt auch gefragt, aber wie gesagt ist das eine 
Originalschaltung.

> Da kannst du m.E.
> ruhig ein bisschen mehr Dampf im ersten OpAmp erzeugen und damit die
> Schaltfreude des Komparators erhöhen. Zum Augleich ziehst du den
> Tiefpass mit einem grösseren C1 ein wenig mehr in die Tiefe, damit nicht
> jedes helle Geräusch die Kiste schaltet.

Werde ich machen, ich denke aber, dass ich doch um einiges mehr 
Verstärkung brauchen werde, im Bereich 15 - 20 !?

> Notiere doch mal die DC-Pegel im Ruhezustand.

Es liegt an allen Pins des OPVs Masse an, bis auf dem invertierenden 
Eingang des IC1B ( und Versorgungsspannung natürlich ).

Bei 5V Uin liegt auf - des IC1B = 3V an.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Robert schrieb:
> Bei 5V Uin liegt auf - des IC1B = 3V an.

Fürs Kippen des Komparators brauchst du die also auch mindestens am + 
Eingang. Deswegen

> dass ich doch um einiges mehr
> Verstärkung brauchen werde, im Bereich 15 - 20 !?

Jo, sogar 60-70. Da du nur eine Halbwelle benutzt, ist Faktor 60 
angesagt, um auf die 3V zu kommen. Du könntest auch die Schwelle des 
Komparators noch ein wenig herabsetzen, dann brauchts nicht ganz so viel 
Verstärkung.

: Bearbeitet durch User
von Günter Lenz (Gast)


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Robert schrieb:
>Der IC 1A verstärkt nur die
>obere Halbwelle,

Schalte mal vom +Eingangang-IC1A nach V+, noch einen Widerstand
von 560kOhm und mach am Ausgang von IC1A eine Gleichrichtung,
dann funktioniert das Ganze besser.

von Günter Lenz (Gast)


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Noch was, R2 nicht direkt an Masse, sondern über einen
Kondensator nach Masse.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Hier wurde wie Günter schon schrieb eine Diode gespart. Am Eingang des 
ersten OP liegt Wechselspannung symmetrisch zu GND an, was der arme OP 
hoffentlich aushält. Nur die positiven Halbwellen liefern ein 
Ausgangssignal.
Möglicherweise hat der OP auch eine Schutzdiode am Eingang.

Der zweite OP ist ein klassischer Schmitt-Trigger mit einer Hysterese, 
die sich aus dem Verhältnis R4 zu R7 ergibt.

: Bearbeitet durch User
von stromtuner (Gast)


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Beitrag "Re: Was ist das für ein Chip oder IC? Bitte um Hilfe bei der Identifizierung"

https://www.mikrocontroller.net/attachment/229535/wanze.jpg

Im oberen Bereich sieht man das sehr schön, wie das gehen könnte, mit 
der GLeichrichtungs usw.


LG StromTuner

von Harald W. (wilhelms)


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Christoph K. schrieb:

> Hier wurde wie Günter schon schrieb eine Diode gespart.

Ja, auf die würde ich auch nicht verzichten. Nimmt man stattdessen
eine Spannungsverdopplerschaltung, bekommt man nochmal eine
Verstärkung um den Faktor 2.

> Am Eingang des
> ersten OP liegt Wechselspannung symmetrisch zu GND an, was der arme OP
> hoffentlich aushält.

Ich glaube, hier wäre ein LM393 gut geeignet. Den kann
man durchaus auch als OPV benutzen,wenn es auf ein paar
Verzerrungen nicht ankommt.

von Le_Bassiste (Gast)


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Christoph K. schrieb:
> Am Eingang des
> ersten OP liegt Wechselspannung symmetrisch zu GND an, was der arme OP
> hoffentlich aushält. Nur die positiven Halbwellen liefern ein
> Ausgangssignal.

und die positiven halbwellen kann er auch nur dann liefern, wenn er ein 
"rail to rail input" typ ist. ansonsten kann es sein, dass die 
differenzeingangsstufe des OP ihren arbeitspunkt nicht halten und das 
signal auch nicht "weiterreichen" kann.

mein tipp: zwischen V+ und GND ein 1:1 spannungsteiler schalten und als 
"virtuelle masse" benutzen. erfordert allerdings eine entsprechend 
(hochohmige) umdimensionierung von R1, R2

von stromtuner (Gast)


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die 560K (R3) sind doch schon ganz gut. Von dort noch einen gegen (V+)
R2 hoch nehmen und dort zusätzlich einen 1µF gegen GND rein. R1 größer 
machen. Viel Spaß

von Robert (Gast)


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Hallo,

danke für all Eure Unterstützungen.

Habe jetzt ( hoffentlich ) den Schaltplan so umgezeichnet, wie ich es 
euren Beiträgen entnommen habe.

Das heißt den OPV Eingang auf 1/2 Uin gelegt, damit der Arbeitspunkt 
passt und er beide Halbwellen verstärkt.
Ausgang des 1. OPVs eine Diode verpasst.

Stimmt das so?

von Mani W. (e-doc)


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Am Pukt D1 (Anaode) der 1N4148 und dem R4 einmal testen,
wie sich ein Kondensator bzw. Elko verhält im Ausgangsverhalten...


natürlich gegen Masse...

von stromtuner (Gast)


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parallel zu diesem Kondensator (1µF/16V; kleiner Elko) einen Widerstand 
(100k), damit unabhängig vom Schaltzustand der zweiten Stufe immer etwas 
Strom durch die Diode fließt.
Gut gemacht!
R11 etwas größer machen evtl.?

von Günter Lenz (Gast)


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Robert schrieb:
>Habe jetzt ( hoffentlich ) den Schaltplan so umgezeichnet, wie ich es
>euren Beiträgen entnommen habe.

Die Gleichrichtung funktioniert so nicht.
Nimm diese Schaltung hier.

von Robert (Gast)


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Hallo,

habe aber unabhängig der beiden Gleichrichterschaltungen das Problem, 
wenn der Ausgang des 2. OPVs auf +Uin ist, dass es keine Möglichkeit 
gibt zurückzuschalten, da durch den R7 5V an + anliegen, und die Diode 
D1 damit sperrt, und an + nie wieder weniger als 3V ( Schaltschwelle ) 
anliegen kann.

von stromtuner (Gast)


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der Ruhepegel liegt bei VCC/2 minus Flussspannung der Diode. Die 
Flussspannung liegt im Bereich um wenige 100mV, da auch der Strom durch 
die Diode nur sehr gering ist. Er fließt hier quasi von "links nach 
rechts" in den, als Komparator beschalteten, 2ten OPV via R4 und R7. 
Solange dieser LOW-Pegel hat, hält dieser Zustand an. Auch kleine 
Änderungen der Ausgangsspannung des ersten OPV werden durch die Diode 
"durchgereicht", da sie ja leitet. Das sollte so schon funktionieren.
R10 / R11 müssen jetzt natürlich so angepasst werden, das die "referenz" 
passt, damit die Spannung am Abgriff genau im Mittel der Hysterese 
liegt. man kann ja R10/R11 durch einen kleinen Einstellregler ersezten, 
wenn man mag. Evtl. mit Festwiderständen in den Enden als "Anschlag".
Bei der oben vorgeschlagenen Variante mit Spannugsverdoppler ist zu 
bedenken, das die Diode nicht vorgespannt ist und, um den Elko aufladen 
zu müssen, ersteinmal eine Amplitude in Höhe der Flussspannung der Diode 
anliegen muss. Da der erste Kondensator die Gleichspannung abtrennt, 
muss die NF-Amplitude mindestens diesen Wert überschreiten. Die Elkos 
stellen in diesem Moment einen Kurzschluss dar und werden impulsweise 
mit dem ladestrom geladen, der sich aus dem innenwiderstand der ersten 
OPV-Stufe ergibt.
nach fünf-sechs (oder zwanzig?) Nulldurchgängen wird dann auch der Elko 
so weit aufgeladen sein, das die Hysterese der zweiten Stufen 
überschritten ist und der Ausgang umschaltet.
Hier mauss man sich das Eingangssignal ansehen, ob überhaupt so viele 
Nulldurchgänge stattfinden (übertrieben betrachtet).
Bei einem dauerhaft anliegendem Sinussignal von 1Khz (Generator am 
Platz) ist das alles in wenigen millisekunden erledigt, bei einem kurzen 
"Schnalz" oder "plopp" ist das - ungetestet - fragwürdig.
Daher ist mein Favorit der "vorgespannte Gleichrichter".

StromTuner

von stromtuner (Gast)


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boah, hab ich viel geschrieben :))
Wegen son ding hior.

StromTuner

von Robert (Gast)


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Hallo Stromtuner,

ja ich denke auch, dass aufgrund des nur sehr kurzen Signals, deine Idee 
sicher besser ist, aber trotzdem, schaltet der 2. OPV erstmal auf +5V am 
Ausgang, lässt er sich nichtmehr zurückschalten, da es keine Möglichkeit 
gibt, seinen + Eingang wieder hinunter zu ziehen, weißt du was ich 
meine?

von stromtuner (Gast)


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StromTuner

Robert schrieb:
> Hallo,
>
> habe aber unabhängig der beiden Gleichrichterschaltungen das Problem,
> wenn der Ausgang des 2. OPVs auf +Uin ist, dass es keine Möglichkeit
> gibt zurückzuschalten, da durch den R7 5V an + anliegen, und die Diode
> D1 damit sperrt, und an + nie wieder weniger als 3V ( Schaltschwelle )
> anliegen kann.

Deshalb soll ja auch ein Widerstand und ein kleiner kondensator gegen 
GND hinter die Diode.

> parallel zu diesem Kondensator (1µF/16V; kleiner Elko) einen Widerstand
> (100k), damit unabhängig vom Schaltzustand der zweiten Stufe immer etwas
> Strom durch die Diode fließt.

von stromtuner (Gast)


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StromTuner

Robert schrieb:
> Hallo Stromtuner,
>
> ja ich denke auch, dass aufgrund des nur sehr kurzen Signals, deine Idee
> sicher besser ist, aber trotzdem, schaltet der 2. OPV erstmal auf +5V am
> Ausgang, lässt er sich nichtmehr zurückschalten, da es keine Möglichkeit
> gibt, seinen + Eingang wieder hinunter zu ziehen, weißt du was ich
> meine?

Das Widerstandsverhältnis R7/R4 (100K/1K) sorgt dafür, das am Punkt 
hinter der Diode nun nicht gleich 5Volt anliegen, wenn der Komparartor 
auf HIGH schaltet, sondern nur ein Teil. Die Spannung ist also nur 
"etwas hochgegangen" (ich rechne das mit Absicht nicht aus!). Just um 
jenen Anteil muss nun die Eingangsspannung wieder sinken, um ein 
Zurückschalten zu ermöglichen.
Natürlich - und da gebe ich Dir Recht - muss die Diode niederohmig an 
Masse angebunden werden, damit die erzeugte Gleichspannung auch wieder 
soweit fallen kann, das der Komparator zurückkippt. Sonst würde der Elko 
über R4/R7 immer weiter aufgeladen werden. Das hatte ich in der Tat 
nicht bedacht.

von Günter Lenz (Gast)


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Robert schrieb:
>und an + nie wieder weniger als 3V ( Schaltschwelle )
>anliegen kann.

Dazu ist ja der Widerstand parallel zum
Ladeelko, der soll ja dafür sorgen, daß die
Spannung irgendwann wieder unter 3V kommt.

von Mani W. (e-doc)


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Mani W. schrieb:
> Vielleicht hilft eine 1N4148 vom Ausgang IC 1A zum R4, und an diesem
> Knotenpunkt dann ein Widerstand gegen Masse mit parallel geschaltetem
> Kondensator...

Satand schon weit oben...

von stromtuner (Gast)


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jetzt könnte die Schaltung gern einmal aufgebaut werden, um zu sehen, ob 
wir uns hier umsonst einen "ausgedacht" haben...

StromTuner

von Robert (Gast)


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stromtuner schrieb:
> jetzt könnte die Schaltung gern einmal aufgebaut werden, um zu
> sehen, ob
> wir uns hier umsonst einen "ausgedacht" haben...
>
> StromTuner

Sorry für die verspätete Antwort.
Und nochmals sorry fürs überlesen vorhin ;).

Habe die Schaltung aufgebaut, die Verstärkung auf etwa 20 gestellt, und 
nun funktioniert die Schaltung wie sie soll, nun reicht etwas stärkeres 
Klopfen und der Ausgang gibt einen kurzen Puls aus, genau wie es sein 
soll!

Danke für all eure Unterstützung, echt ein Traum!

Robert

von michael_ (Gast)


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Und nun, welchen Stromverbrauch hat deine Schaltung?
Geht die wochenlang mit einem 9V Block?
Bei einem meiner Projekte funktionierte das, wenn eine Münze in eine 
Bezahlschale geworfen wurde.
Denk an die CO2 Ziele unserer Kanzlerin!

von Robert (Gast)


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Hallo Michael,

keine Ahnung, das ganze hängt am Strom, damit ist es mir relativ gleich 
ob es paar µA oder paar mA zieht ;).

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