Ich habe kürzlich an einem Heimprojekt gearbeitet, das die Verwendung eines Sprachverstärkers erfordert. Mein ultimatives Ziel ist es, eine Signalverarbeitung über einen dsPIC an Sprachsignalen durchzuführen, um Schlüsselwörter zu identifizieren oder zumindest die Sprachfrequenz zu erkennen. Ich habe bei der Signalverarbeitung eine Pause eingelegt, um am Sprachverstärker zu arbeiten, aber ich bin auf einige Schwierigkeiten gestoßen.
Meine Erfahrung mit Hardware beschränkt sich auf Kurse und ein paar einfache Projekte zu Hause, daher bin ich mit den Nicht-Idealitäten von Schaltungen nicht sehr vertraut. Ich möchte einen Einzelversorgungsverstärker mit einem LM318 herstellen. Die Schaltung würde idealerweise mit 5 V versorgt (wodurch sie nahe an den Versorgungsbereichsgrenzen des LM318 liegt) und würde ein verstärktes Sprachsignal über den gesamten Spannungsbereich an einen ADC ausgeben. In den nichtinvertierenden Verstärker möchte ich auch einen Bandpassfilter einbauen, um die DC-Verstärkung auf Eins zu halten und Aliasing am dsPIC-ADC zu verhindern. Ich habe das Mikrofon mit einer vorgespannten 2,5-V-Spannungsquelle mit einer Impedanz von 2,2 kOhm modelliert (eigentlich ist es ein Mikrofon, das zwischen 2,2-kOhm-Widerständen an Strom und Masse liegt). Nicht enthalten sind Entkopplungskondensatoren (jeder Bonus-Ratschlag zur Auswahl der Werte für diese wäre willkommen).
Ich verwende TINA als Simulator. Die AC-Übertragungsfunktion der Schaltung ist das, was ich mit einem Durchlassband von ungefähr 10-5000 Hz und einer Verstärkung von 10 erwartet habe (Stack Exchange lässt mich nur 2 Bilder posten).
Diese Übertragungseigenschaften habe ich von dieser Schaltung erwartet, aber es ist die Transientenanalyse, die unerwartete Ergebnisse lieferte. Ich gebe eine Sinuswelle mit 500 Hz und 0,1 V Amplitude ein. Was ich erwartet hatte, war eine 500-Hz-1-V-Sinuswelle, aber stattdessen gab die Simulation Folgendes zurück.
Ich habe den Verstärker bei anderen Frequenzen getestet, und es sieht so aus, als ob je weniger Verstärkung bei einer Frequenz vorhanden ist, desto weniger Verzerrung wird es geben. Ich bin ratlos, woran das liegt. Irgendwelche Ideen?
Ich bin auch offen für Feedback zu anderen Verbesserungen, die an diesem Verstärker vorgenommen werden könnten.
Das ist nicht mehr mein Studienfach in EE, aber ich möchte auf jeden Fall weiter an Projekten arbeiten und etwas über Hardware lernen. Alle Empfehlungen für Lektüre oder Bücher zu Themen wie diesen (Nicht-Idealitäten von Schaltungen / Verstärkern) wären sehr willkommen.
Die Schaltung würde idealerweise mit 5 V versorgt (was sie nahe an den Versorgungsbereichsgrenzen des LM318 schneidet).
Tatsächlich beträgt die Mindestversorgung des LM318 laut Datenblatt ±5 V (dh 10 V ) :
Versorgungsspannungsbereich . . . ±5 V bis ±20 V
Mit nur einer einzigen 5-V-Versorgung liegen Sie 5 V unter dem Minimum.
Sie benötigen die zusätzliche Versorgungsspannung, damit der Ausgang auf die gewünschte Amplitude schwingen kann. Bei ±15-V-Versorgungen schwingt der Ausgang garantiert nur innerhalb von 3 V der Versorgungsschienen:
Verwenden Sie entweder eine Versorgung mit 10 V oder mehr (und spannen Sie den Eingang auf die Hälfte dieser Versorgungsspannung vor) oder verwenden Sie einen Operationsverstärker, der mit nur 5 V versorgt werden kann und so nah an den Schienen schwingen kann, wie Sie es für Ihr Ausgangssignal benötigen.
5 V schneiden nicht in die Nähe, es ist die Hälfte des Minimums. Das angegebene Minimum ist +/- 5 V Split-Rail oder 10 V Einzelversorgung. Was Sie brauchen, ist ein guter Rail-to-Rail-Operationsverstärker, der Ihnen bei 5 V einen guten Ausgangshub liefert.
Paul Bunjan
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Tony Stewart EE75
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