Electret Mic için Preamp devre tasarımı

[merict]

iyi günler,
öncelikle foruma yeni kayıt olduğum için bir kural ihlali veya hata yaptıysam kusruma bakmayınız . Ben elektrik elektronik mühendisliği okuyan bir öğrenciyim ve dersim gereği grup olarak yaptığımız bir projede ses girişi kısmından sorumluyum. Şu anda electret mikrofon için internetten bulduğum bir kaynak sayesinde bir "preamplifier" devresi kurdum. Fakat laboratuvarda enerji beslemesini yapacak grupla belirli anlaşmazlıklar yaşandığından devreyi çok sık değiştirmem gerekti. Buradaki hikaye kısmını kısa kesip belirli sorunlar hakkında veya genel olarak devre için fikirlerinizi iletmeniz açısından sizlere sorumu sormak istedim.
Kısa bir şekilde devreyi anlatmam gerekirse EMY 63MP veya EMY602N mikrofon girişi için "datasheet"te bulunan özelliklerine göre böyle bir devrem var. Tek taraflı besleme ile 12V ile çalışan bir " transimpedance opamp devresi" bulunmakta. Mikrofonu taklit edebilmek açısından maksimum 2Pascal'da ürettiği akımı sol tarafta gördüğünüz üzere sinüs gerilimi ve seri bir direnç bulunmakta. 12.59mV/Pa giriş için maksimum durumda beklentim 0.5Vrms çıkış vermesi. Şimdi soruma gelirsek: Resimde görmüş olduğunuz devreyi laboratuvarda test ettim ve simülasyona kıyasla elde etmem gereken çıktılara yakın değerler aldım. Fakat hikayeyi tam anlatmasamda 12V ve +/-5V girişi kararını enerji besleme grubu karar veremediği için son deneyimde +/-5V devremi hızlıca ayarlayarak tüm devreye bağlamıştık fakat hoparlörden çok fazla gürültü çıkıyordu. Bu süreç boyunca LM358 opamp kullandım. Daha sonrasında sürem az olduğu için evde TL072CP kullanarak devreyi breadboard üzerinde 12V ile tekrar kurdum ve multimetre ile belirli çıkışları tek tek kontrol ettim. Burada fark ettiğim en büyük hata + giriş kısmı için gerilim bölücü ile ilettiğim 6V gerilim ile - giriş ve çıkışta elde ettiğim gerilim aynı değildi. - giriş ve çıkış 3.5Vdc değerine sahipti. Şu ana kadar öğrendiğim elektronik bilgilerine göre böyle bir durumun olmaması gerektiğini, gerilim farkının genel olarak 0.5'den büyük gelmemesi gerektiğini biliyorum. Sanırım burada kullandığım TL072'nin bozuk olabileceğini düşünmem gerekiyor. Ek olarak önerebileceğiniz kontrol etmem gereken değişkenler neler? Ayrıca burada devrem hakkında sormak istediğim durumlardan biri de mikrofon için "biased" ettiğim değerin doğru hissettirmemesi. Biliyorum bu biraz garip bir söylem fakat genelde 1-10V arası besleme ve 2.2kOhm ile beslenen mikrofonlarda 12V kullanmam gerektiği için küçük bir matematik ile maksimum akım çekeceği duruma göre bir direnç belirledim. Haftaya sorumlu olduğum kısımların PCB tasarımını fabrikaya iletmek zorunda olduğumdan hataların nelerden kaynaklanabileceği veya genel olarak devrenin işleyişini hakkında sizlerden fikir ve başka bir bakış açısı görmek istedim. Şimdiden yanıtlarınız için teşekkürler.

 

[Mikro Step]

Opamp besleme bacaklari arasina kapasitor baglaman gerekir. 12v nereden gelecek baskalari ile ortak kullanacakmisin, baskalari bu hatti ne kadar kirletecek?

Bu sorularin cevabina gore 12v icin filtre devreleri ya da ilave regulator devreleri eklemen gerekebilir.

 

[Mikro Step]

Orjinal semadaki gibi R25 12Va baglanirsa 12v hattindan gelecek gurulltu R27 degerine bagli olarak yukseltmeye maruz kalabilir.

O yuzden 9v luk ikinci bir regulator olusturup biaslamalari bu regulatorden yapmani oneriyorum. R29 ya da R26 yi yeniden hesaplayip C18 uclarindaki gerilimi 6V yapabilirsin fakat Cok da ssart degil.

PCB yapmaya gecmeden once delikli pertinaxda vs yeterince denedin mi?

 

[ckocagil]

Sizin TIA yapmanıza gerek yok. Elektret kapsülünün içinde FET var, bu işi yapıyor. Siz sadece DC verecek ve kondansatör üzerinden AC çıkış alacaksınız.

 

[ckocagil]

Datasheet diyagramında kesikli çizgi ile gösterilen kısım kapsülü içi. Siz sağdaki komponentleri koysanız yetiyor.

 

[Gokrtl]

Şu video güzel bir kaynak bence.

 

[merict]

Öncelikle yanıtlarınız için teşekkür ederim. Sanırım en başta çok kurcalamadığım hatam electret mikrofon için neden TIA kullandığım olmalıydı. Örnek olarak kullandığım dökümanda mikrofondan üretilen birimin akım olduğunu yazdığından TIA on an mantıklı bir tercih gibi gözükmüştü. Ayrıca yolladığınız video gerçekten tüm konuyu basit bir dille güzel anlatmış, teşekkür ederim.
Sorularını cevaplamam gerekirse: +12V, tüm grupta yalnızca benim tarafımdan kullanılacak. LTSpice Devremi yolladığım için enerji beslemelerindeki diğer kondansatörleri koymayı unutmuşum. Şu anda hali hazırda olan devre çizimimi ekran görüntüsü olarak ekliyorum.

Laboratuvarda maalesef yalnızca "Breadboard" ile çalışmamıza izin var. Bu yüzden pertinax üzerinde lehimleyerek devreyi test etmedim.
Anladığım kadarıyla benim kullandığım bu TIA devresini videoda da olduğu normal klasik bir "preamp" devresine dönüştürmem daha mantıklı olacak gibi gözüküyor. Laboratuvarı kullanmak için son 5 saatlik bir sürem kaldığı için hem bu eski devreyi hızlıca söylediğiniz konfigürasyonlara göre değiştirdikten sonra denemek istiyorum, hem de farklı bir devreyi evde kurup laboratuvarda hızlıca çıktılarına bakacağım.

Şu anda bulunan devrem için mikrofon "bias" gerilimi için önce 12V gerilimi bir gerilim bölücü ile böldükten sonra mikrofon ile bağlayabilirim. Daha sonrasında ek olarak belirttiğiniz kondansatörleri ekleyeceğim. Diğer güçlendirici devresinin sonuna mini bir hoparlör ile nasıl ses aldığımı da kontrol edeceğim.

TL072 için farklı giriş ve çıkış gerilimleri almamı da opamp'ın bozuk olabileceğine yorup laboratuvara yeni bir tanesi ile deneyeceğim.
Tekrardan yanıtlarınız için sağ olun.

 

[taydin]

Şemada opamp'ler yerine konnektörler koymuşsun, o yüzden devreyi anlamak zor oluyor. Eğer kullanacağın opamp kütüphanede yoksa jenerik bir opamp koyabilirsin.

 

[kudretuzuner]

Merhaba, bu ürün işinizi görür mü?

MAX4466 Elektret Mikrofon Modülü Uygun Fiyatıyla Satın Al - Direnc.net®

MAX4466 Elektret Mikrofon Modülü ürününü uygun fiyatı, hızlı kargo seçeneği ile Mikrofon ve Medikal Sensörler kategorisinden online olarak Türkiye'nin en büyük elektronik komponent satış sitesi Direnc.net® 'ten hemen satın alabilirsiniz.

www.direnc.net

 

[merict]

Dersin amacı grup olarak bir proje belirledikten sonra iş bölümü ile bunu gerçek hayata geçirmeye dayanıyor bu yüzden hazır modül kullanabilmem mümkün değil.
Ek olarak PCB Tasarımı için THT kullanmak zorunda olduğumuzdan ve gerektiği zaman farklı opamp'lar bağlanması gerektiğinden 8 bacaklı birer konnektör ekledim.
Zamanım kısıtlı olduğundan kendi mikrofonumun gereksinimlerine göre ekte sizinle paylaştığım preamp devresine yapacağım sanırım.
Tekrardan ilginiz için teşekkür ederim.

 

[merict]

Dün laboratuvarda ilk başta kurduğu devreyi test etmek istedim o yüzden başka bir breadboard ile opamp'ı değiştirerek denedim. Sonuç olması gerektiği gibi geldi. Bir başka güçlendirici devre ile bağladıktan sonra mini bir hoparlör ile test ettik ve ses aldık. Lakin ses çok net değildi biraz gürültülüydü ve arada patlıyordu. Sanırım TIA devresi yapmak yine electret mikrofonlarda işe yarıyor.
Güç kaynağından aldığım 12V için devreme vermeden önce 2 farklı kapasitör ile toprağa bağlamıştım ve ek olarak opamp modülü içinde 2 tane bulundurduğundan diğerini "unity gain" olacak şekilde bağladım. Ek olarak oluşan bu sesteki gürültü/bozulmayı önleyip daha temiz bir ses elde edebilmek için bir öneriniz var mı? Simülasyon ve bir modül ile devremi bilgisayara bağlayarak test ettim ve 20-20kHz arasında güzel bir grafik elde ediyorum.
Şimdiden yanıtlarınız için teşekkür ederim.

 

[merict]

Kısa bir aradan sonra bu genel devrem ile alakalı bir sorun yaşadığım için bu konu altına tekrardan yazmak istedim. Devremi sizinle ekte yine aşağıda paylaşacağım. Sorunumu öncelikle size anlatayım yardımcı olabilirseniz çok memnun olurum: PCB Baskısı yapıldıktan sonra tüm testleri tek tek yaptım ve her şey olması gerektiği gibi çalışıyordu. Kart +12V, +5V ve -5V alarak çalışıyor. Ek olarak dışarıdan GPIO1/2/3 pinleri ile Röle Sürme sistemi için tetikleme sinyali alıyor. Röle sürme sistemini 3 farklı girişi seçmek için kullanıyorum. Başta testleri yaparken röle sistemini lehimlemeden tek tek giriş sinyalleri ile test ederek çıkış sinyallerine baktım ve her şey normaldi. Ayrıca röle sistemi de tek başına olması gerektiği gibi çalışıyor. Lakin ne zaman sistem tüm beslemeleri alırken GPIO sinyallerinden biri tetiklenirse direkt kısa devre oluyor ve beslemeleri aldığım gerilim besleme cihazı direkt kısa devre korumasına geçerek kendini kapatıyor. Daha sonrasında her şeyi tek tek bağlayarak denedim. +12V, 5V sisteme bağlı iken röle sistemi GPIO sinyalleri ile sorunsuz çalışıyor. Fakat ne zaman işin içine -5V girse direkt kısa devre oluyor. -5V ve GPIO Sinyalleri arasında herhangi bir bağlantı olmadığından tam olarak sorunun ne olduğun anlayamadım. -5V sistemde yalnızca bir opamp'in - besleme kısmı için kullanılıyor.

Sağ tarafta röle sistemi bulunuyor. Röle için koruma olması amacıyla Flyback-Diode ekledim ve ek olarak Transistör'ün Base dirençlerini 220Ohm olarak lehimledim.
Kullandığım gerilimleri sistemime bağlayabilmek için şu yolu izliyorum: iki adet 5V seri birbirine bağlı. Orta noktalarını GND kabul ederek PCB Kartı üzerinde GND ile bağladım. Böyle ilk 5V'un - kısmından -5V elde ederek karta bağladım. ikinci 5V'un + kısmı 10V olsa da potansiyel fark ve GND'yi ortaya bağlamamdan dolayı bana +5V veriyor. Son olarak 12V beslemenin - kutbunu ortak GND ile bağladım ve + kutbunu kart ile bağladım. GPIO Sinyali içinden bir ardunio'dan gelen sinyali kullanıyorum. Ve burada da tabiki ardunio'nun topraklamasını kendi sistemimin topraklaması ile de ortak bağladım ki tüm sistem aynı topraklamayı paylaşsın. Ardunio'da sorun olabilir diye direkt başka bir güç kaynağından +3.3V ile denedim onda da yine kısa devre oluştu.
Yukarıda anlattığım gibi işin içine -5V girdiği zaman neden kısa devre olduğunu bir türlü anlayamıyorum. Tüm bağlanlarılarımı kontrol ettim ve ek olarak Röle, NPN Transistörleri de kontrol ettim. Tek tek opamp'leri de kontrol ettim hatta yenileri ile de değiştirdim. Opamp'lar üzerinden sisteme gelen gerilimlerin de doğru olduğunu tastikledim. Hepsi olması gerektiği gibi çalışıyor.

Gözümden kaçan veya bilmediğim bir şey varsa yardımcı olabilirseniz çok sevinirim. Şimdiden yanıtlarınız için sağ olun.

 

[ckocagil]

Şemada kondansatör polaritesi görünmüyor. Ters takılmış olmasın? - pini -5V, + pini gnd'da olacak.

 

[birisim]

Jack Output nereye bağlanıyor? işlemcinin ADC girişine mi? Öyle ise sorun yapabilir - işlemci pinlerinde koruma diyotlar var.
Buna ek:
- R8 ve R13 neden U2.1 opampın çıkışına bağlı? Bir anlam veremedim.
- U2.1 opampın DC çalışma modun eksik olduğunu görüyorum. Pin 3 kapasitörlere bağlı, toprak ile DC bağlantısı yok. Pin 2 ise U2.1 opampın çıkışına bağlı. R7nin sol bacağı ile GND arasına bir direnc eklenebilir.
- Jack Output - şuraya ne tür jack bağlı? Konnektörlü jac? GNDye kısa kapama yapabilir mi? Jack Output - Jack İnput'a mı bağlı?
- Normalde Q1,Q2 ve Q3 emitterlerin GNDye bağlı, led ve rezistoru kollektöre (röle ye paralel) bağlanmaları daha doğru olur (farklı bir amaç yoksa). Q2 emitter ile röle bağlantısı özellikle mi yapıldı?
- Şemanı toplamak için çizmisiniz okumak için değil. İkincisini tercih ederim, size yardım etmek isteyenlerin işi kolaylaşır.

 

[merict]

Şemada kondansatör polaritesi görünmüyor. Ters takılmış olmasın? - pini -5V, + pini gnd'da olacak.

Tüm gerilimler için 1 tane polarize kondansatör ve 1 tane seramik kondansator bulunuyor. Polarite olarak + kısmı -5V, - kısmı GND kısmına bağlı durumda. Diğer gerilimler için de aynı bağlama şekli mevcut.

Jack Output nereye bağlanıyor? işlemcinin ADC girişine mi? Öyle ise sorun yapabilir - işlemci pinlerinde koruma diyotlar var.
Buna ek:
- R8 ve R13 neden U2.1 opampın çıkışına bağlı? Bir anlam veremedim.
- U2.1 opampın DC çalışma modun eksik olduğunu görüyorum. Pin 3 kapasitörlere bağlı, toprak ile DC bağlantısı yok. Pin 2 ise U2.1 opampın çıkışına bağlı. R7nin sol bacağı ile GND arasına bir direnc eklenebilir.
- Jack Output - şuraya ne tür jack bağlı? Konnektörlü jac? GNDye kısa kapama yapabilir mi? Jack Output - Jack İnput'a mı bağlı?
- Normalde Q1,Q2 ve Q3 emitterlerin GNDye bağlı, led ve rezistoru kollektöre (röle ye paralel) bağlanmaları daha doğru olur (farklı bir amaç yoksa). Q2 emitter ile röle bağlantısı özellikle mi yapıldı?
- Şemanı toplamak için çizmisiniz okumak için değil. İkincisini tercih ederim, size yardım etmek isteyenlerin işi kolaylaşır.

Öncelikle zamanınız için teşekkür ederim. Dediğiniz gibi okunabilmesi adına daha açık bir devre çizimi olması işi kolaylaştırabilir. Bu uyarıyı ilerideki sorular için dikkate alacağım. Sorularınızı sıra sıra cevaplamam gerekirse:
1- Jack Output, Mikro kontrolcü ve "Power Amplifier" kartlarına iletiliyor. Testleri yaparken diğer kartlar ile bağlamadığımızdan çıkış sinyalini kontrol etmek için yalnızca Jack Output çıkışını osiloskop ile bağlıyoruz.
2- U2.1 Devresini içeren kısımı bir öğrenci arkadaşım yaptığı için çok büyük yetkinliğe sahip değilim. Fakat devrede şu anda R8 bağlı değil, bu komponenti yanlış eklediğini belirtti. Ek olarak R13 dediğiniz gibi öncesinde opamp çıkışından gelen sinyali bir dc ayırıcı kondansatör olmadığından kullanmanın gerekmediğini düşünüyorum.
3- Pin 3 için dediğiniz gibi GND ile bağlantısı yok. Dediğiniz gibi R7'nin sol bacağı ve GND arasına bir direnç ekleyerek test edeceğim.
4- Q2 Ters bağlantısı çizim şemasında bizim hatamız PCB Kartı geldiğinde bu bacakları kendimiz ters bağladık. Yani Q1 ve Q3 gibi Emitter topraklama ile bağlı şekilde duruyor. LED'lerin Röleye paralel bağlanması gerektiği konusunda haklısınız, Emitter kısmına bağlama tercihen edilen bir yöntem değil. Şu anda sistemi LED'ler olmadan test ediyoruz. LED bulunan yerlere bir kablo ile kısa devre yaptık ki Emitter kısmındaki devre tamamlansın ve GND' ye iletilsin.
Aşağıda U2.1 için çizilen devreyi daha iyi gözükebilmesi için paylaşıyorum. Maalesef dosyanın kendisi elimde olmadığı için bir fotoğraf ile atabileceğim.
Genel olarak bu bahsettiğiniz iyileştirmeleri yaptıktan sonra oluşan -5V ve GPIO Sinyal Kısa Devre Sorununu nasıl çözebileceğimi bilmiyorum fakat sistemi geliştirmek için dediklerinizi dikkate alıp deneyeceğim. En kötü durumda Röle Sistemini sanırım devreden çıkarıp giriş sinyallerini direkt lehimlemem gerekecek.
U1 OPAMP' ının bulunduğu mikrofon preamp devresi 12V ve röle sistemi 5V ile çalıştığı için ilk testleri burası için yaptık her şey normal çalışıyordu. Yani genel olarak sistemde -5V yokken, yalnızca 12V ve +5V normal bir şekilde bağlandığında Röle Sisteminin GPIO Sinyalleri ile normal çalışmasını ve -5V bağlanma sonrası kısa devre oluşmasının tek ortak noktasının yalnızca topraklamadan kaynaklanabileceği aklıma geliyor. Fakat ortak bir GND kullandığım için aslında sistemde bir sorun oluşmaması lazım diye düşünüyorum.

Tekrardan zamanınızı ayırıp yardımcı olduğunuz için teşekkür ederim.

 

[birisim]

1. U2 +12 -5V arasında çalışabiliyor mu? Datasheet ne diyor?
2. U2 test devre ile test edilebilir.
3. +12 ile -5V devreye aynı zamanda verilmeli.
4. U2.2 Opamın çıkışı ile Jack Output arasına (olası bozulmaya karşı korunması için) seri bağlanmış 100-500 Om rezistans ve 100-200 uF kapasitör eklenebilir. Kapasitör değeri min frekans açısından artırılabilir sonra.
4. Sorun tek net seviyesine kadar izole edilmelidir. Fikrimce, ilk olarak U2 opamp devresini diğer devrelerden bağımsız çalıştırırlması gerekiyor. Tek başına çalıştığından emin olunca etraftakı devrelere bağlanabilir.

 

[ckocagil]

Tüm gerilimler için 1 tane polarize kondansatör ve 1 tane seramik kondansator bulunuyor. Polarite olarak + kısmı -5V, - kısmı GND kısmına bağlı durumda. Diğer gerilimler için de aynı bağlama şekli mevcut.

Tamam işte yanlış bağlanmış. Negatif gerilimlerde kondansatörün + pini GND olmalı.

 

[merict]

1. U2 +12 -5V arasında çalışabiliyor mu? Datasheet ne diyor?
2. U2 test devre ile test edilebilir.
3. +12 ile -5V devreye aynı zamanda verilmeli.
4. U2.2 Opamın çıkışı ile Jack Output arasına (olası bozulmaya karşı korunması için) seri bağlanmış 100-500 Om rezistans ve 100-200 uF kapasitör eklenebilir. Kapasitör değeri min frekans açısından artırılabilir sonra.
4. Sorun tek net seviyesine kadar izole edilmelidir. Fikrimce, ilk olarak U2 opamp devresini diğer devrelerden bağımsız çalıştırırlması gerekiyor. Tek başına çalıştığından emin olunca etraftakı devrelere bağlanabilir.

TL072 Opamp kullanıyoruz ve besleme değerlerimiz datasheet'te bulunan değerler ile uyuşmakta. Salı günü laboratuvarda tüm önerdiğiniz değişikler ile test yapacağım. teşekkür ederim.

Tamam işte yanlış bağlanmış. Negatif gerilimlerde kondansatörün + pini GND olmalı.

Dediğiniz gibi bu bağlantıyı değiştiricem. Umarım GPIO Sinyali High geldiği zaman oluşan kısa devre'nin nedeni budur.
Olmadığı taktirde benim düşüncem şu yönde: Röle sistemi tam aktif olduğunda kısa devre oluşup gerilim kaynakları kapandığı için röle sisteminin anlık fazla akım çekebileceğinden, bu yünzden gerilim kaynağının kendini kapattığını düşünüyorum. Öncelikle Base direncinin çok bir etkisi olmasa da hesaplamalara göre 650Ohm'luk bir direnç ile değiştiricem. Daha sonrasında emitter kısmındaki direnç olmadan test edip sorun hala devam ediyorsa akımı sınırlandırmak için belki daha büyük bir emitter direnci veya collector direnci ekleyebilirim.
Tekrardn yanıtlarınız için teşekkür ederim

 

[triyak]

gpio aktif olduğunda kisadevrenin sebebi diyotu ters takmanız büyük ihtimalle

 

[merict]

gpio aktif olduğunda kisadevrenin sebebi diyotu ters takmanız büyük ihtimalle

Katot kısmı +5V ve bu +5V'un bağlantığı coil ucuna, anot kısmı da diğer coil ucu olan collector'e bağlı durumda. Yanlışı yoksa böyle olması doğru olan olduğu için diyotun bağlanmasında bir hata yok gibi düşünüyorum.