Was ist eine gute Schaltung zum Aufnehmen eines Piezo-Kontaktmikrofons oder eines E-Gitarren-Tonabnehmers?

Ich baue einen Gitarrentuner, der mit einem (Piezo-)Mikrofonclip für Akustik und vom Tonabnehmer für Elektrik verwendet werden kann. In meinen Experimenten haben sie vergleichbare Signalpegel.

Der Piezo hat jedoch eine sehr kleine Kapazität und einen großen Widerstand. Daher muss die Eingangsschaltung eine hohe Eingangsimpedanz haben.

Bisher habe ich einen guten alten nichtinvertierenden Operationsverstärker mit einem 100k-Vorspannungswiderstand gegen Masse verwendet. Das scheint in Ordnung zu funktionieren, aber dann habe ich diese Sammlung von Operationsverstärkerschaltungen gefunden , die einen "Verstärker für piezoelektrischen Wandler" enthält, den ich nicht wirklich verstehe. Was geht hier vor sich? Wie berechne ich die Verstärkung und Impedanz dieser Schaltung? (und was macht die 30pF-Kappe?)

Verstärker für piezoelektrischen Wandler

Ich habe auch diese andere Frage zu gefunden Diesem Gitarren-Piezo-Opamp-Puffer fehlt jede Art von Bass, warum? was das allgemeine Problem hat, eine zu niedrige Eingangsimpedanz zu haben. Ihr Vorschlag scheint zu sein, einfach den Vorspannungswiderstand der klassischen Schaltung zu erhöhen, aber in meiner Simulation geht dies nur so weit, bis der Eingangsstrom des Operationsverstärkers beginnt, einen merklichen Offset zu erzeugen.

Insbesondere, welchen Operationsverstärker Sie verwenden möchten. Ja, es macht einen Unterschied.
Gutes Argument. Ich habe LM358 und MCP6002 ziemlich austauschbar verwendet und in LTspice habe ich zufällig etwas ausgewählt, weil diese nicht verfügbar waren. Meine Maus scheint auf dem LT1413 gelandet zu sein.
Sie können sofort sehen, dass seine Verstärkung 1 ist. Dann koppelt C1 seinen Ausgang zurück an den Vorspannungswiderstand (R1 + R2), um die Eingangsimpedanz auf einen sehr hohen Wert zu bringen.
Sie benötigen einen Operationsverstärker mit sehr hoher Eingangsimpedanz, um mit einem Piezoelement gut mit niedrigen Frequenzen umgehen zu können. der MPC6002 hat das -- aber die anderen Verstärker, die Sie erwähnen, scheinen es nicht zu spezifizieren. Der 358 hat Bipolartransistoreingänge, daher vermute ich, dass Rin ziemlich niedrig ist.

Antworten (1)

Der LM108 ist ein altes Teil, und der 30-pf-Kondensator ist für die Stabilität erforderlich, insbesondere bei niedrigen Verstärkungen, und wie @Brian Drummond feststellt, hat dies eine Verstärkung von 1. Ein modernerer Operationsverstärker erfordert wahrscheinlich keine externe Kompensation.

Als Antwort auf Ihre Frage ist die Reaktion der Schaltung nahezu unabhängig von den Piezoeigenschaften in dieser Schaltung. Dies liegt daran, dass, wenn die Piezospannung ansteigt, der Ausgang ihr folgt und die Spannung von C1 auf die Piezospannung hochgezogen wird. Da die Spannung auf beiden Seiten von R2 gleich ist, gibt es keinen Strom, der das Piezogerät entlädt. Der Frequenzgang dieser Schaltung wird also nicht durch die Piezo-Charakteristik, sondern durch die RC-Zeitkonstante von C1 und R1 bestimmt. Vielleicht möchten Sie diese Zeitkonstante sogar etwas schneller machen - im Moment beträgt sie 110 Sekunden (weniger als 0,01 Hz) und liegt damit weit unter jeder Bassanforderung. Seien Sie auch beim Layout vorsichtig, da die Impedanz so hoch ist, dass die Schaltung jedes Brummen aufnimmt.

Kann die Verstärkung erhöht werden, ohne die Schaltung zu ruinieren? Es scheint, dass Sie äußerst vorsichtig sein müssten, um das positive Feedback bei Einigkeit zu halten. Jede Beratung bezüglich des Layouts wird sehr geschätzt. Die aktuelle Revision ist in dieser Hinsicht schrecklich.
Ich bleibe vielleicht bei Einheitsverstärkung und füge eine zweite Stufe zur Verstärkung hinzu. Was das Layout betrifft, halten Sie alle Spuren kurz und stellen Sie sicher, dass die Teile und der Boden nahe beieinander liegen und dass der Boden dieses Teils nicht in einem Strompfad liegt. Halten Sie die Leitung zum Piezo kurz und ich würde ein verdrilltes Paar verwenden, wenn Sie es über eine beliebige Entfernung laufen müssen. Verwenden Sie auch Entkopplungskappen von den Versorgungen zur Masse in der Nähe des Operationsverstärkers.
Gibt es einen bestimmten Grund, warum 22 MOhm gewählt wurden und warum die anderen halb so hoch sind? Ich bin schon einmal auf etwas gestoßen, in dem es darum geht, Widerstandswerte auszugleichen, um den Offset zu minimieren, denke ich. Ist der 22MOhm willkürlich oder hängt er mit der Impedanz des Operationsverstärkers zusammen?
Wenn Sie in den technischen Daten des Operationsverstärkers nachsehen, gibt es eine "Bias-Strom" -Zahl, die die Strommenge ist, die in den oder aus dem positiven und negativen Eingang fließt. Wenn Sie die DC-Impedanz an jedem Eingang gleich machen, ist die dem Bias-Strom zugeordnete DC-Spannung (IR) ebenfalls gleich und hebt sich auf. Dadurch wird der DC-Offset am Ausgang reduziert. Auch dies ist bei neueren Operationsverstärkern weniger problematisch, aber es ist eine gute Übung.
Was ist eine gute Schaltung zum Aufnehmen eines Piezo-Kontaktmikrofons oder eines E-Gitarren-Tonabnehmers?
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