Operationsverstärker-Eingangsstufe für Arduino Due ADC - Gitarrensignal

Ich versuche, eine Operationsverstärker-Eingangsstufe zu entwerfen, um eine Gitarre über einen ADC zu erfassen, insbesondere den ADC auf einem Arduino Due (3,3 V, 12 Bit). Mir ist bewusst, dass es zahlreiche Möglichkeiten gibt, die Operationsverstärker zu konfigurieren und vorzuspannen. Ich habe eine einfache Schaltung basierend auf einem invertierenden Verstärker, gefolgt von einem aktiven LP-Filter, entworfen. Das System wird mit einer 9-V-Batterie betrieben, und die Stromversorgung der Operationsverstärker und uC (geregelt) erfolgt von dieser.

Das Ziel ist:

  • Bias das Signal um Vdd/2 (Mitte des ADC-Eingangsbereichs)
  • Verstärken Sie das Signal, um den Bereich des ADC optimal zu nutzen
  • Tiefpassfilter des Eingangssignals mit Nyquist-Rate (fs/2), um Aliasing zu vermeiden

Ich konnte jedoch nicht viele Informationen darüber finden, was die Vor- oder Nachteile verschiedener Konfigurationen und Vorspannungsmethoden sind, speziell für diese Art von Signal. Ich habe die Ausgangsspannung meiner Gitarre noch nicht gemessen, daher sind die Einzelheiten der erforderlichen Verstärkungseigenschaften noch nicht bekannt! Benötige ich außerdem eine hohe Eingangsimpedanz für eine Gitarre?

Irgendwelche Ratschläge oder Kommentare würden sehr geschätzt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Aktualisierter Schaltplan, um den zweiten Operationsverstärker vorzuspannen

Antworten (2)

Im Allgemeinen hat ein Gitarrenverstärker eine Eingangsimpedanz von etwa 100 k (oder mehr) - das liegt daran, dass die Klangregler und Lautstärkeregler in etwa diesen Bereich haben. Deine hat 10k Eingangsimpedanz. Ich würde R8 100kOhm und R7 1Mohm machen

Ihre 2. Stufe wird nicht benötigt - sie hat Einheitsverstärkung für die relevanten Frequenzen und Ihre Filterkappe könnte genauso einfach über R7 platziert werden, aber offensichtlich 100-mal niedriger im Wert, da R7 100-mal größer als R10 ist. Da R7 jedoch 1 MOhm (über) sein muss, muss die Obergrenze 1000-mal niedriger sein, z. B. 15 pF.

Ich würde auch eine Eingangsbuchse mit integriertem Erdungsschalter verwenden, dann können Sie die Batterie trennen, wenn sie nicht angeschlossen ist.

Vielen Dank, das sind sehr hilfreiche Informationen für mich! Aus Interesse, was wären die Vor-/Nachteile bei der Verwendung einer nicht invertierenden Konfiguration (außer dass das Signal invertiert würde, was einfach in der Software erledigt werden kann)?
Ich würde wahrscheinlich eine nicht invertierende Konfiguration verwenden, außer der Tatsache, dass Ihr Widerstand zum V-Eingang in den Mittelpunkt einer schlechten Impedanz in der Mitte der Schiene gehen würde. Es sind Schaukeln und Karussells. Invertierte Signale sind weder zu hören noch da - keine Probleme invertiert oder nicht-invertiert

Viele Probleme:

  1. Sie haben vergessen, den Operationsverstärker mit Strom zu versorgen! Dies ist kein Rail-to-Rail-Operationsverstärker, daher muss das Stromversorgungsschema sorgfältig durchdacht werden.

  2. Sie sagen, Sie haben einen nicht invertierenden Verstärker, gefolgt von einem aktiven Filter, aber das zeigt das Schema nicht. Beide Stufen sind eindeutig invertierend.

  3. Sie erwähnen eine 3,3-V-Versorgung, aber dann zeigt der Schaltplan eine Batterie, die nur zum Einstellen des Arbeitspunkts des ersten Verstärkers verwendet wird. Dies erscheint unnötig komplex und klobig. Es wäre einfacher, die 3,3-V-Versorgung direkt zu verwenden, um die Vorspannung abzuleiten. Der TL081 hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz, daher könnte dies ein Spannungsteiler sein, der nur wenige µA zieht, was die vorhandene Versorgung nicht nennenswert belasten würde.

  4. Der Vorspannungsteiler ist für eine 9-V-Quelle korrekt, aber "9-V"-Batterien variieren ein wenig. Der auf die Hälfte von 3,3 V herunterskalierte Fehler sollte keine allzu großen Probleme verursachen, aber warum eine separate Spannungsquelle verwenden und diese dann herunterteilen, um zu versuchen, die Hälfte der Versorgung anzupassen? Es ist sinnvoller, die Versorgung selbst mit zwei gleichen Widerständen von jeweils 100 kΩ zu verwenden, um die Vorspannung zu erzeugen. Siehe Punkt 3 oben.

  5. Der zweite Verstärker ist auf 0 mit einer DC-Verstärkung von -1 vorgespannt. Das erzeugt negative Ausgangsspannungen, was unwahrscheinlich ist, was Sie wollen.

  6. Der Tiefpassfilter hat etwa 10 kHz Flankensteilheit. Dies impliziert eine Abtastrate von 10 kHz, es sei denn, Sie wissen etwas Besonderes über den Frequenzinhalt des Signals. Wollen Sie wirklich mit etwa 50 kHz sampeln?

Danke für die Kommentare! 1 - Ich habe vergessen zu erwähnen, dass das System irgendwann mit einer 9-V-Batterie betrieben wird und der uC von einem 3,3-V-Regler gespeist wird! 2 - Ich meinte Invertieren , sorry 5. Ich nehme an, das bedeutet, dass ich auch den V + -Anschluss des Filter-Operationsverstärkers vorspannen muss? 6 - Ich würde gerne bis zu dieser Frequenz sampeln, da die Gitarre so hohe Frequenzen erzeugt - dachte ich!
Operationsverstärker-Eingangsstufe für Arduino Due ADC - Gitarrensignal
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