Kann ich einen PNP-Transistor mit einem Elektretmikrofon verwenden, um einen nicht invertierenden Ausgang für mein Arduino zu erhalten?

Ich möchte einfach den generischen Schallpegel von einem Elektretmikrofon ablesen. Ich habe eine Reihe von Schaltplänen mit NPN-Transistoren gesehen, die einen invertierten Ausgang liefern (~ 5 V wenn leise, ~ 0 V wenn laut, linearer Betrieb dazwischen).

Hier ist ein Beispiel:

Einfacher Audio-Vorverstärker

Ich möchte jedoch einen nicht invertierten Ausgang (linearer Betrieb, super leiser Eingang gibt ~ 0 V, super lauter Eingang gibt ~ 5 V). Mir ist klar, dass ich dies in der Software leicht korrigieren könnte, aber es scheint mir in gewisser Weise rückwärtsgewandt zu sein, und ich kann keine Beispiele für einen nicht invertierenden Ausgang mit einem PNP-Transistor finden.

Gibt es einen Grund dafür, dass dies nicht ungewöhnlich ist? Wenn es möglich ist, könnte jemand einen Schaltplan eines Elektretmikrofons und eines PNP-Transistors bereitstellen, die im leisen Zustand ~ 0 V und im lauten Zustand ~ 5 V liefern?

Gibt es außerdem einen Grund, warum dies so ungewöhnlich oder unerwünscht ist? NPNs scheinen viel häufiger verwendet zu werden als PNPs, warum ist das so?

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Es scheint, dass ich ziemlich verwirrt war, was ich als Ausgang vom NPN-Vorverstärker erhalten würde, der 0 V für Stille und +/- Vin / 2 wäre. Hier ist, was ich stattdessen will:

0 V im Ruhezustand, ~2,5 V bei mittleren Schallpegeln, ~5 V bei maximalen Schallpegeln. Dies könnte vom ADC ohne großen Aufwand leicht in "Schallpegel" umgelesen werden. Ich kann jedoch keine Spannungen < 0V oder > 5V in den Analogkomparator einspeisen. Es sieht so aus, als würde ich das Obige mit einem Hüllkurvendetektor wollen, aber das würde mich nur von 0 V auf 2,5 V bringen. Wie kann ich es dazu bringen, die vollen 0 V bis 5 V zu variieren, wobei 0 V "leise" und 5 V "laut" sind, wobei alles dazwischen linear ist?

Leider erzeugt diese Schaltung keine Gleichspannung, wenn der Ausgang auf der rechten Seite von C2 abgenommen wird. Es wird eine Wechselspannung erzeugt. Das liegt an den Kondensatoren. Kondensatoren lassen keine Gleichspannungen durch.
Der Arduino hat 6 analoge Eingänge, die 0-1023 für 0V-5V lesen. AC ist das, wonach ich dort suchen würde, oder? Vielleicht bräuchte ich eine Diode, um keine negative Spannung an den Analogkomparator weiterzugeben?
Ja, aber eine Diode wird 0,6 V auf sich selbst abfallen. Vielleicht sollten Sie versuchen, die Versorgungsspannung auf 5 V zu stellen. Die Versorgungsspannung ist mit „+3 bis 9 Volt“ gekennzeichnet. Entfernen Sie dann C2. Lesen Sie dann den Analogwert am Kollektor von Q1 ab. Experimentieren Sie mit verschiedenen Lautstärken, z. B. klatschen, sprechen, schreien, leise sein, flüstern und beobachten Sie, wie sich die analoge Anzeige ändert. Es wird jedoch eine Sinuswelle sein, der ein DC-Wert hinzugefügt wird.
Wenn Sie Ihre Frage und Kommentare lesen, scheint Ihre Frage nicht klar zu sagen, was Sie wollen. Es scheint, dass Sie einen Wechselstrompegel wünschen, dessen Größe mit zunehmender Eingangsspannung abnimmt. Wenn dies der Fall ist, müssen Sie dies deutlich machen. Wenn dies nicht der Fall ist, können Sie in diesem Zusammenhang bitte erklären: "Ich suche nicht nach einer logischen 0-1, die analogen Eingänge des Arduino haben einen 10-Bit-ADC, der 0-1023 für 0 V-5 V ergibt". || ...
... WENN Sie über DC-Pegel sprechen, ist die Frage noch unklar. Ein AC-Signal wird auf den DC-Vorspannungspunkt zentriert. Dies ist relativ fest mit der Signalstärke. Können Sie sehr klar und in einfachen Worten GENAU erklären, was der Ausgang tun soll, wenn das Eingangssignal von 0 VAC auf Max Vin AC geht.
NPN-Transistoren werden häufiger für diese Art von Schaltungen verwendet, wahrscheinlich zum Teil aufgrund der Tradition (in den 60er Jahren waren NPN-Transistoren früher ausgereift als PNP), und zum Teil, weil v B E und die Eingangsspannung sind schön auf Masse bezogen. PNP-Schaltungen werden verwendet, wenn die Last geerdet werden muss. PNP-Transistoren werden manchmal für Verstärkereingänge verwendet. Beispielsweise haben einige Operationsverstärker PNP-Eingänge.
Der Eingang ist ein analoger Pin, der 0 bei 0 V, 1023 bei 5 V und linear dazwischen (511 bei 2,5 V usw.) registriert. Es scheint, dass ein NPN in der obigen Konfiguration mir ein lineares Wechselstromsignal geben würde, wobei ~ 5 V leise sind und sich ~ 0 V nähern, wenn es laut wird. Ich möchte das Gegenteil: ~0V wenn leise, ~5V wenn laut und lineares Verhalten dazwischen.
Wie durch die langen Kommentarketten belegt und durch Ihre Bearbeitung bestätigt, hat diese Frage einige weitere zugrunde liegende Probleme aufgedeckt. Scheuen Sie sich nicht, diese Frage zu schließen und neue Fragen zu stellen, die speziell auf die Grundlagen abzielen, die Sie nicht verstehen. Dies führt zu einer fokussierteren und nützlicheren Antwort als der Versuch, alles in dieser Frage abzudecken.
@Ehryk - Ich habe mir gerade Ihre Frage angesehen und es scheint, dass Sie Abdullahs Antwort als "akzeptierte" Antwort genehmigt haben. Leider funktionieren die Schaltung und die Modifikation mit der Diode, die Abdullah Ihnen gegeben hat, nicht wie erwartet. Der Ausgang wird auf halbe Spannung vorgespannt und Sie erhalten keine 0 VDC für leise Töne und 5 VDC für laute Töne. Ich denke, Sie könnten es (irgendwie) wieder öffnen und beim nächsten Mal etwas geduldig sein, wenn Sie eine Antwort akzeptieren, bis Sie sicher sind, dass es das ist, was Sie wollen. Es gibt Antworten auf diese Frage, die funktionieren.
@Andyaka Ich habe nichts gesagt, dass es geben wird, was er will, ich habe die Schaltung nur ein wenig modifiziert, erklärt und ihm gesagt, er soll das Signal digital verarbeiten. Überprüfen Sie meine Kommentare zu meiner Antwort unten. Außerdem habe ich hier eine weitere Antwort zu seinem Problem geschrieben , die einen analogen Ansatz zeigt.
@abdullahkahraman Ich möchte dich nicht respektlos behandeln, obwohl es im Nachhinein scheinen mag, als würden meine Worte so wirken. Ich sah, dass er die Schaltung akzeptiert hatte, aber ich hatte das Gefühl, dass es nicht so funktionieren würde, wie er es erwartet hatte, und wollte nicht, dass er dachte, er sei von dieser Seite enttäuscht worden. Entschuldigung für jeden Bogen, den Sie vielleicht von mir gegeben haben. Keine beabsichtigt.
@Andyaka lol, nichts für ungut :) Ich versuche dir genau dasselbe zu sagen. Da seine Frage nicht gut gestellt war, war sie schwer zu beantworten, aber ich denke, er ist nach der anderen Frage zufrieden und beantwortet sie.

Antworten (4)

Soweit ich verstanden habe, versuchen Sie, eine Art Schallpegeldetektor zu bauen, mit dem Sie feststellen können, ob ein Ton mit einer bestimmten Lautstärke vorhanden ist oder nicht. Sie können dies mit geringfügigen Änderungen an Ihrem Schaltplan tun. Aber vorher sollten Sie die Schaltung verstehen.

Lassen Sie uns diesen Stromkreis aufschlüsseln. Zuerst der Teil mit dem Mikrofon.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

R1 dient zur Stromversorgung, die vom Mikrofon benötigt wird, und dies wird als Vorspannung des Mikrofons bezeichnet. Ein Mikrofon erzeugt eine Wechselspannung, die manchmal negativ und manchmal positiv ist und sich die meiste Zeit ändert. Denken Sie an eine Sinuswelle . Aber denken Sie daran, wir hatten eine gewisse Vorspannung, die eine Gleichspannung ist. Das müssen wir rausnehmen und nur die Wechselspannung an den Verstärker geben. Und dies ist mit einem einfachen Einzelkondensator einfach. Ein Kondensator lässt den Gleichstrom nicht passieren, lässt aber den Wechselstrom leicht passieren. Wir haben den Gleichstromanteil der Spannung am Elektretmikrofon blockiert.

Schauen wir uns nun den Verstärker selbst an. Stellen Sie sich vor, dass es nichts anderes als das folgende Schema gibt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In dieser Konfiguration ist der Transistor so vorgespannt, dass er im linearen Bereich liegt. Es steht kurz davor, ein- oder ausgeschaltet zu werden, aber es ist keines von beidem. Wenn es vollständig eingeschaltet wäre, wäre es gesättigt. Wenn es vollständig ausgeschaltet wäre, würde es überhaupt nicht leiten. Aber es ist in der Mitte, die als lineare Region bezeichnet wird.

Wenn es so konfiguriert ist und Sie (nicht buchstäblich) die Basis davon berühren und eine kleine Änderung erzeugen, wird sich die Ausgabe stark ändern. Dies ist, was Verstärkung genannt wird. Sie können Google um detailliertere Informationen bitten.

Was wäre, wenn wir die beiden oben genannten Schaltungen kombinieren. Ein vorgespanntes Elektretmikrofon mit einem Kondensator gibt kleine Änderungen in Bezug auf den Ton aus. Der Transistor verstärkt diese kleinen Änderungen, damit sie leicht angezeigt werden können:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beachten Sie, dass ich C1 auf 1uF geändert habe. Sie können Werte bis zu 100 uF verwenden. Sie werden wahrscheinlich Elektrolytkondensatoren benötigen. Beachten Sie auch, dass es keinen Ausgangskondensator mehr gibt. Das bedeutet, dass Sie je nach Schallpegel eine Ausgangsspannung zwischen 0 und 5 V haben. Wenn Sie ein Oszilloskop haben, sehen Sie sich die Wellenform am Ausgang an. Wenn dies nicht der Fall ist, versuchen Sie, eine LED zum Leuchten zu bringen, wenn der analoge Wert beispielsweise höher als 750 ist. Experimentieren Sie mit anderen Werten als 750 und teilen Sie mir dann die Ergebnisse mit.

Das meiste verstehe ich, danke. Da nun ein NPN-Transistor verwendet wird, beträgt der Ausgang etwa ~ 5 V, wenn leise / Eingangsamplitude niedrig ist, und ~ 0 V, wenn laut / Eingangsamplitude hoch ist. Das wirkt rückständig. Gibt es eine Möglichkeit, es so zu ändern, dass es sich im linearen Bereich genau wie oben verhält, wobei ~ 0 V "leise" und ~ 5 V "laut" bedeutet?
@Ehryk Nein, der Ausgang liegt irgendwo zwischen 0 und 5 V. Wenn Sie eine Autosirene nehmen und sie in die Nähe des Elektretmikrofons stellen, wird es eine Sinuswelle mit einer Spitze-zu-Spitze-Amplitude von 5 Vpp mit einer Frequenz von etwa 300 Hz sein. 5Vpp bedeutet, dass es auf 5V geht und mit einer Sinusform auf 0V zurückkommt. Schauen Sie sich das an . Wenn ein Flüstern auftritt, beträgt die Spitze-zu-Spitze-Amplitude etwa 1 Vpp mit sich ändernder Frequenz aufgrund der Sprache. Das heißt, es geht auf 1 V und kommt auf 0 V zurück.
Mein obiger Kommentar ignoriert jedoch den DC-Offset.
Gibt es eine Möglichkeit, ~ 0 V für leise und ~ 5 V für laut zu machen? Würde der Kondensator nicht genau das tun, wenn ich dann den negativen Teil der Welle irgendwie umkehren und dann etwas glätten würde? Mit vielleicht einem Brückengleichrichter / Diodenbrücke? ( en.wikipedia.org/wiki/Diode_bridge )
@Ehryk Ja, Sie können einen Ausgangskondensator und einen Hüllkurvendetektor hinzufügen. Mit den richtigen Komponentenwerten erhalten Sie einen analogen Spannungspegel in Abhängigkeit von der Schallamplitude. Allerdings bin ich mir dessen nicht sicher. Sie sollten experimentieren. Nachdem Sie die Ergebnisse erhalten haben, erstellen Sie einfach eine if-else-Bedingung in der Software, abhängig vom gelesenen ADC-Wert.
Wie würde der Schaltplan aussehen? (Ich lege es jetzt auf Leiterplatten, ich kann später Komponentenwerte auswählen und damit spielen). Könnte ich es dazu bringen, von 0 V bis 5 V zu variieren, oder könnte ich nur 0 V bis 2,5 V bekommen?
@Ehryk entferne den Ausgangskondensator und füge diesen dem Ausgang hinzu.
Brauche ich nicht den Ausgangskondensator, um ihn wieder auf 0 V vorzuspannen? Andernfalls wäre der Hüllkurvendetektor 2,5 V - 5 V, richtig? Ich möchte die volle Bandbreite meines ADC nutzen.
Nein, stellen Sie sich das so vor; fügen Sie AC zur DC-Vorspannung hinzu. Nehmen wir an, die DC-Vorspannung beträgt 2,5 V. Durch das Hinzufügen von AC von 4 Vpp wird es von 0,5 V auf 4,5 V erhöht. Einfach; (2,5 V-2 V) bis (2,5 V + 2 V).
Ich glaube immer noch nicht, dass ich das will. Ich versuche, Messwerte von 0 (0 V) für Stille, 1023 (+5 V) für wirklich laute Dinge, 511 (+2,5 V) für mittlere Geräusche zu erhalten, und sie dann ständig abzutasten, wenn ich wissen möchte, wie laut es ist. Wie kann ich das machen?
Ich vermute, das sind 10 Vpp bei einer DC-Vorspannung von 0 V, die durch einen Hüllkurvendetektor geleitet werden. Wie wird das mit 5V erreicht?
@Ehryk bitte bearbeiten Sie Ihre Frage, damit Sie besser verstanden werden. Vielleicht können dir andere dabei helfen. Entfernen Sie die Teile mit PNP und Polarität. Erwähnen Sie, dass Sie 5 V für den höchsten Schallpegel, 0 V für den niedrigsten und 2,5 V für den mittleren Schallpegel benötigen. Das heißt, Sie möchten einen analogen Spannungsausgang in Bezug auf den Schallpegel. Geben Sie dies in Ihrer Frage klar und ausführlich an.

Der Common-Emitter-Class-A-Verstärker invertiert immer, selbst wenn Sie einen PNP verwenden, der einzige Unterschied besteht darin, dass Sie die Polarität der Stromversorgung umkehren. Wenn Sie anstelle eines Kondensators einen Audio-Übertrager verwenden, können Sie die Signalphase beliebig ändern. Aber es wird wahrscheinlich mehr kosten als zwei BJT zu verwenden. Um Ihre letzte Frage trotzdem zu lösen, müssen Sie den Ausgang gleichrichten (auch mit einer einzelnen Diode) und das Ergebnis an eine Last anlegen (ein Widerstand wäre in Ordnung) und diese an den Arduino-Analogeingang speisen. Es gibt überhaupt keinen Grund, das Signal zu invertieren.

Was ist dann der einfachste nicht-invertierende Verstärker ohne IC (unabhängig von Klasse oder gemeinsamem Emitter)?
Den gemeinsamen Kollektor halte ich aber in diesem Fall für nicht richtig zu verwenden, da man eine Spannungsverstärkung benötigt
Die gemeinsame Basis, wenn Sie eine Spannungsverstärkung benötigen (aber ihre Stromverstärkung = 1). Beachten Sie, dass Sie in diesem Fall eine zweite Inversion hinzufügen könnten, indem Sie einfach R1 und das Mikrofon austauschen. Kein PNP erforderlich. Invertieren oder nicht wird jedoch das genannte Problem NICHT lösen - je nach Lautstärke wird eine logische 1 oder 0 erzeugt.
Ich suche nicht nach einer logischen 0-1, die analogen Eingänge des Arduino haben einen 10-Bit-ADC, der 0-1023 für 0 V-5 V liefert. Kannst du dazu einen Schaltplan geben?

Dieser Verstärker invertiert das Signal, aber Sie sollten sich nicht um ein Audiosignal kümmern. Was Sie am Ausgang haben, ist Wechselstrom, ein Kondensator blockiert Gleichstrom. Sie können also nicht ~ 0 V für leises Rauschen und ~ 5 V für lautes sagen. Wenn Sie einen Schallpegelsensor wünschen, besteht eine einfache Möglichkeit darin, nach der Ausgangskappe eine Schaltung namens "Demodulator" oder "Peak-Detektor" hinzuzufügen, die einfach um eine Diode und einige passive Komponenten herum implementiert werden kann.

Kannst du dazu ein Diagramm hinzufügen? Würde der Spitzendetektor nicht auch zwischen -2,5 V und 2,5 V variieren? Ich möchte, dass ~ 0 V leise und ~ 5 V am lautesten sind. Wie würde dies erreicht?

Invertieren Sie den Ausgang einfach ein zweites Mal mit einem 2-Stufen-Verstärker. ( Weitere Informationen zu zweistufiger und nicht invertierender Transistorverstärkung finden Sie auf dieser Seite. Sehr aufschlussreich. )

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Widerstände und Kondensatoren mit demselben Wert, derselbe 2n3094-Transistor, der dem Ausgang Ihres vorhandenen Schaltplans hinzugefügt wird, würde eine zweite Inversion liefern.

Aber jemand korrigiert mich, wenn ich falsch liege, aber Ihr Schema zeigt einen einfachen vorgespannten Verstärker, also hätten Sie wirklich 2,5 V als leisen Bereich und die Wellenform wird mit mehr Klang größer? Sie haben eine Spitze-zu-Spitze-Spannung von ±2,5 V. Sie hätten 1v/3v als mittlere Lautstärke.