Arduino Audio Input (3 / 8 stap)

Stap 3: Niet-inverterende versterker

De versterker is de eerste stap in het circuit, het verhoogt de amplitude van het signaal van rond + of - 200mV op + of - 2.5V (ideaal).  De andere functie van de versterker is het beschermen van de audio-bron (het ding in de eerste plaats het genereren van het audiosignaal) van de rest van het circuit.  Het uitgaande versterkte signaal zal bron van alle zijn stroom van de versterker, dus geen lading put on it later in het circuit zal niet worden "gevoeld" door de audio-bron (het microfoonelement in mijn geval).  Dit doen door het opzetten van een van de versterkers op in het pakket van het TL072 of TL082 in een niet-inverterende versterker configuratie.

Het gegevensblad van de TL072 of de TL082 zegt dat het moet worden aangedreven met + 15 en -15V, maar aangezien het signaal zal nooit worden versterkt boven + of - 2.5V is het fijn om het Voer van het op-amp met iets lager.  Ik gebruikte twee 9 volt batterijen in serie geschakeld om een + of - 9V power supply.

Kabellengte tot uw + V (pin 8) en -V (pin 4) bij het op-amp.   Draad van het signaal van de mono-aansluiting tot de niet-inverterende input (pin 3) en de grond pin van de aansluiting verbinden met de 0V verwijzing op uw voedingsspanning (voor mij was dit de kruising tussen de twee 9V-batterijen in serie).  Draad van een weerstand van de 100kOhm tussen de uitgang (pin 1) en het omkeren van de input (pin 2) van de op-amp.  In dit circuit gebruikte ik een 10kOhm potentiometer bekabeld als een variabele weerstand aan te passen de krijgen (het bedrag dat de versterker versterkt) van mijn niet-inverterende versterker.  Verderop in dit Instructable, zal ik u tonen hoe u een LED-indicator kunt toevoegen aan de Arduino pin 13 voor verhuren u weet wanneer u hebt deze pot te hoog opgedoken (wat resulteert in het knippen van het inkomende signaal door de Arduino); op deze manier je weet wanneer je moet afslaan van de pot en krijgt het signaal terug in het bereik dat u wilt (amplitude van ~2.5V).  Deze 10K lineaire taper pot tussen de 0V Naslaggids voor de inverterende ingang en draad.

De volgende vergelijking beschrijft de relatieve amplitudes van het signaal voor en na de niet-inverterende versterker:

Vout = ~ Vin * (1 + R2/R1)
of
Vout/Vin = ~ 1 + R2/R1
waar R2 is de weerstand van de feedback (tussen de output en niet inverterende ingang), R1 is de weerstand op grond Vout is de amplitude van het uitgaande signaal (de uitgang van de versterker) en Vin is de amplitude van het inkomend signaal (de inbreng op de versterker)

In dit circuit R2 is een weerstand van 100kOhm en R1 is een 10kOhm potentiometer (variabele weerstand).  Door te draaien aan de pot kunt u de weerstand van R1 van 0Ohms naar 10KOhms.  Hier zijn een aantal voorbeeld-berekeningen:

Wanneer de pot staat helemaal naar links de weerstand van R1 is 10kOhms en de verhouding tussen de Vout te Vin is over:
1 + 100/10 = 11
Een signaal dat uit de microfoon met een amplitude van 200mV (die is vrij luid op mijn microfoon) zal worden versterkt tot:
200mv * 11 = 2200mV = 2.2V
Dit ligt in het bereik die we (amplitude dicht bij 2.5V willen zonder over)

Wat betreft de pot zijn halverwege standpunt krijgt het een weerstand van 5kOhms, kunnen we de verhouding tussen de Vout te Vin opnieuw berekenen:
1 + 100/5 = 21
nu de amplitude krijgt vermenigvuldigd met 21
Dit is te veel versterking voor het 200mV signaal:
200mV * 21 = 4200mv = 4.2V >> 2.5V
maar deze versterking zou perfect zijn voor een 100mV-signaal:
100mV * 21 = 2100mV = 2.1V = ~ 2.5V

De pot verder naar rechts draaien houdt minderen van de weerstand van R1 en verhogen de versterking (ook wel krijgen) van deze versterker theoretisch tot in het oneindige.  Uiteraard op een gegeven moment de versterker niet zal kunnen aan de macht een signaal met een grote amplitude, maar je krijgt het idee.  Door het aanpassen van de potmeter kunt u aanpassen van de winst van de versterker en afstemmen van de gevoeligheid van de microfoon terwijl nog het houden in een bereik dat houdt van de Arduino.

Opmerking: Zoals u in het bovenstaande circuit zien kunt, dit project gebruikt alleen een van de twee beschikbare op versterkers in de TL072/TL082-pakket.  Ik gebruikte deze chip omdat ze gemakkelijk afkomstig zijn (u kunt zelfs kopen de TL082 op Radioshack deze dagen), ze zijn in feite dezelfde prijs als de één-op-amp-pakketten (TL071 en TL081), en u kunt gebruik maken van de extra op-amp ergens anders op uw circuit (een ander kanaal van input, een audio-uitgang circuit...).  Maar hebt u een TL071 of TL081, het prima zal doen voor dit project.