Warum gibt die Verstärkungs- und Filterschaltung meines Elektretmikrofons so viel Rauschen aus?

Es gibt eine Reihe von Problemen mit dieser Schaltung:

1. Die Eingabe in die Referenz wird nicht gefiltert.

   

   R5 und R4 machen die Hälfte der Versorgungsspannung, übertragen aber auch die Hälfte des Rauschens auf der Versorgung. Über R4 sollte eine Erdungskappe vorhanden sein. Ich würde mit etwa 2 µF beginnen.

2. Es gibt keine Bias-Versorgung für das Mikrofon.

   

   Sie sagten, dies sei ein Elektret, daher sollte ein Pullup auf 5 V erfolgen. Normalerweise sollten dies einige kΩ sein. Überprüfen Sie das Datenblatt Ihres Mikrofons.

   Sie sollten auch die Pullup-Spannung filtern, um zu verhindern, dass Netzteilrauschen direkt in das Mikrofon eingespeist wird. Vielleicht 1 kΩ von 5 V, gefolgt von 20 µF an Masse, dann 2 kΩ an das Mikrofon. Siehe auch hier das Datenblatt des Mikrofons.

3. Es gibt nirgendwo Bypass-Kappen!

   

   Das Obige zeigt die Stromversorgung nur eines Operationsverstärkers, aber alle haben das gleiche Problem. Für eine noch bessere Rauschunterdrückung, insbesondere für den oben gezeigten Verstärker der ersten Stufe, schalten Sie eine Ferrit-Chip-Induktivität in Reihe, gefolgt von einer Keramik mit etwa 10 µF gegen Masse. Das reduziert hohe Frequenzen, wie von Radiosender-Tonabnehmern, die die aktive Schaltung im Operationsverstärker nicht gut verarbeiten kann.

4. Niedriger Gewinn. Die erste Stufe verstärkt sich um etwas mehr als 6. Das ist an sich in Ordnung, obwohl ich von der ersten Stufe gerne etwas mehr sehen würde, wenn der Operationsverstärker damit umgehen kann. Sie haben keinen Link zum Opamp-Datenblatt angegeben, also habe ich es nicht nachgeschlagen. Auf jeden Fall gibt es Operationsverstärker, die mit 5 V betrieben werden können und eine Closed-Loop-Verstärkung von etwa 30 bei 20 kHz mit viel Gain-Headroom bieten, damit das Feedback seine Aufgabe erfüllen kann.

   Ein Mikrofonverstärker benötigt normalerweise eine Verstärkung von etwa 1000 bei voller Lautstärke, um Signale mit Line-Pegel zu erhalten. Zwei Gain-Stufen vorne mit je 30 Gain sind in der Regel genau richtig, mit einem Lautstärkeregler dazwischen.

   Nachdem das Signal verstärkt wurde, ist jedes hinzugefügte Rauschen ein viel geringerer Bruchteil des Ganzen.

5. Entkoppeln Sie die Vref-Eingänge zu jeder Stufe. U5 ist nicht perfekt. Es wird etwas Lärm haben. Die Ausgangsimpedanz ist auch nicht 0, so dass es zu Übersprechen zwischen den Stufen kommt. Auch nur 1 kΩ in Reihe gefolgt von 20 µF gegen Masse an jedem Verwendungspunkt würden helfen.

6. Brauchen Sie wirklich all diese Filter? Das ist viel zu viel für normales Audio. Das Eliminieren von Filterstufen reduziert das Rauschen. Alles fügt Rauschen hinzu, also legen Sie nicht mehr Zeug in den Signalpfad, als Sie wirklich brauchen.

Sie benötigen extrem sauberen Strom, um Ihr Mikrofon vorzuspannen. Die rohen +5 V von einer USB-Verbindung sind wahrscheinlich einer der schlechtesten Orte, um Strom für diesen Zweck zu bekommen. Das Rauschen an der Vorspannungsversorgung wird direkt an den Eingang der ersten Stufe angelegt, im Wesentlichen ohne jegliche Dämpfung.

Ich verwende immer mindestens einen "T" -Filter, um meine Mikrofonschaltungen vorzuspannen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

In besonders ungeheuerlichen Situationen kann R1 mit einer Induktivität kombiniert oder durch diese ersetzt werden, oder es wird eine zweite RC-Filterstufe hinzugefügt.

Sie erzeugen die Referenzspannung, indem Sie einen Spannungsteiler auf Ihrer 5-V-Schiene verwenden. Ich denke, dies wird Ihre Hauptrauschquelle sein - jedes Rauschen auf Ihrer 5-V-Schiene wird direkt in Ihren Stromkreis eingespeist.

In Ihrer Simulation können Sie sehen, wie stark dieser Einfluss in Ihrer Schaltung ist. Setzen Sie in Reihe mit V4 eine Geräuschquelle und beobachten Sie den Aufprall.

Wenn Sie einen Spannungsteiler verwenden, um 2,5 V zu erzeugen, sollten Sie vielleicht einen Spannungsregler oder einen Spannungsreferenz-IC verwenden. Dadurch wird das Rauschen besser aus Ihrer Referenz entfernt, als dies mit einer angemessenen Entkopplungskapazität jemals möglich ist.

Ich denke, es liegt daran, dass Sie das Mikrofon nicht richtig angeschlossen haben:

Sie haben nicht gezeigt, wie Sie das Mikrofon genau angeschlossen haben, aber wenn Sie es so angeschlossen haben, wie Sie die Wechselspannungsquelle in Ihrem Schaltplan angeschlossen haben, kann ich Ihnen sagen, dass Sie ein Problem haben: Es hat keine Stromversorgung.

Elektretmikrofone enthalten normalerweise einen verstärkenden Transistor, der eine Versorgungsspannung benötigt, die ich nirgendwo sehe.

Dazu wird einfach ein Pull-up-Widerstand von mehreren kOhm an die Signalleitung ("MIC") angeschlossen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

4 Operationsverstärker helfen nicht, Sie multiplizieren jedes verfügbare Rauschen genauso stark wie das Signal. esp auf Steckbrett ohne Entkopplung