Frage:
Wie viele Operationsverstärker sind erforderlich, um die Spitzenamplitude eines Signals zu ermitteln?
uberdanzik
2012-04-24 23:59:25 UTC
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Ich bin ein Anfänger mit EE und versuche, die maximale Amplitude eines E-Gitarrensignals (0-300 mV) mithilfe des 0-5 V-ADC eines Arduino zu ermitteln. Ich werde die Daten verwenden, um Lichter entsprechend jedem Schlag der Gitarre zu pulsieren.

Ich habe bisher herausgefunden, dass ich Operationsverstärker verwenden muss, um:

  1. Korrigieren Sie das 0-300 mV Wechselstromsignal (Voll- oder Halbwelle).
  2. Verstärken Sie das Signal auf 0-5 V.
  3. Verwenden Sie einen Spannungsspitzensucher, um die Spitze zu lokalisieren
  4. Verwenden Sie einen Puffer zum Schutz vor Impedanz (nicht sicher, ob ich diesen benötige?)
    5. ol>

    Ich habe Schaltkreise gefunden, die Operationsverstärker verwenden, um all dies zu tun, und sie funktionieren Gut, aber sie sind alle unabhängig voneinander.

    Meine Frage: Wie kombiniere ich all diese Elemente zu einem Stromkreis und wie viele Operationsverstärker sollte ich wirklich brauchen? . Mein Ansatz war anfangs nur, alles zu verketten, aber ich bin mir nicht sicher, ob das der richtige Ansatz ist. Außerdem verwenden die meisten von ihnen als letzten Schritt einen Puffer-Operationsverstärker. Brauche ich wirklich einen, wenn ich das Signal an einen ADC sende?

Wenn Sie das Signal immer auf 0-5 V verstärken und dann die Spitze finden, beträgt die Spitzenamplitude nicht immer 5 V?
Es hängt davon ab, wie stark Sie auf der Gitarre spielen. Nach der Korrektur kann ein leises Gitarrenspiel 0-50 mV betragen, aber wenn Sie hart klimpern, können die Spitzen bis zu 300 mV erreichen. Ich sage also, dass sich das mögliche Maximum nach der Verstärkung von 300 mV auf 5 V ändern würde.
eins ... tu-whooo ... (knirschen) drei ... die Welt wird es vielleicht nie erfahren.
Daisy Chain bedeutet, etwas abzugeben und dann dasselbe auf dem Weg zum nächsten Abgabepunkt fortzusetzen (nicht nur in der Elektronik).Wenn Sie Dinge von Ende zu Ende verbinden, also etwas in mehreren Phasen, das als Kaskadierung bezeichnet wird.
Fünf antworten:
Rocketmagnet
2012-04-25 01:21:52 UTC
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Ich denke, Sie können dies alles mit nur zwei Operationsverstärkern tun (obwohl mich wahrscheinlich jemand korrigieren wird).

Opamps for guitar

Die erste Stufe ist der Spitzendetektor und Verfall. Der Operationsverstärker ist so verdrahtet, dass er eine perfekte Diode emuliert. Wir nehmen das Rückkopplungssignal von nach der Diode, so dass der Operationsverstärker stark genug ansteuert, um den Spannungsabfall der Diode zu überwinden. Da es sich um einen Spitzendetektor handelt, wird kein gleichgerichtetes Signal ausgegeben. Der Kondensator hält den Spitzenwert, während der Widerstand ihn abfällt. Sie können den Zerfall verlangsamen, indem Sie einen größeren Kondensator und Widerstand wählen. Und umgekehrt.

Die zweite Stufe ist einfach die 15-fache Verstärkung. Es hat eine niedrige Ausgangsimpedanz.

Dieses Schema ist falsch, wenn ich Recht habe, denn wenn das Signal invertiert wird, wird der erste Operationsverstärker gesättigt ... stimmen Sie zu?
@clabacchio - Das ist ein guter Punkt. Ich war mir über die OP-Spezifikation nicht sicher, da dort 0-300 mV stand, was so klingt, als würde es nicht unter 0 V fallen. Oder er kann eine doppelte Stromversorgung verwenden.
Das ist falsch. Sie verstärken das erkannte Signal nicht.
Das ist die beste Idee. Zwei Operationsverstärker erleichtern das Einstellen und Verstehen, und ich werde wahrscheinlich sowieso ein Dual-Paket verwenden. Ich musste Ihren Schaltplan ein wenig ändern, damit er richtig funktioniert. Ich habe den Eingang der zweiten Stufe so geändert, dass er nach der Diode statt vorher kommt.
@OlinLathrop - Gut entdeckt.
@uberdanzik - Ich habe den Schaltplan korrigiert.
@Rocket: Besser jetzt. Downvote entfernt.
Diese Schaltung gibt die __peak__- Amplitude des Eingangssignals an, nicht die __average__- Amplitude, wie der Titel und der erste Satz der Frage verlangen. Wie auch immer.
@Telaclavo: Sie haben Recht, ich entschuldige mich dafür. Ich habe den Titel jetzt geändert, um zu reflektieren, dass ich nach dem Gipfel gesucht habe.
Aber Telaclavo kann einen Punkt haben. Ich frage mich, ob Sie Spitze oder Durchschnitt wollen.
Rocketmagnet, ich habe versucht zu bearbeiten, aber auf der Seite kann ich nicht nur ein Zeichen ändern. Bitte ändern Sie "15x" in Ihrem Text in "16x" (dies ist der Gewinn, den Sie mit 1 k und 15 k haben). Vielen Dank.
In Bezug auf Durchschnitt und Spitze würde ich sagen, dass das, was wir in unseren Ohren haben, kein Spitzendetektor ist, sondern etwas, das einem Durchschnittsdetektor näher kommt. Die Spitzenwerterkennung ist am Eingang eines Aufzeichnungsgeräts sinnvoll, um Sättigung und Informationsverlust zu erkennen. In dieser Anwendung wird der Durchschnitt (oder besser der Logarithmus des Durchschnitts) stärker mit unserem wahrgenommenen Volumen korreliert. Die Peakerkennung würde nur eine Menge Informationen maskieren, die von den Komponenten mit niedrigerer Amplitude übertragen werden. Alte mechanische Vumeter reagierten größtenteils auf den Durchschnitt, und neue LED-basierte Vumeter können eines dieser beiden Dinge zeigen.
der Nitpicker fügt hinzu: Diese Schaltung findet die * positive * Spitzenamplitude des Signals; Bei Signalen mit 2. Harmonischen werden die negativen Hälften ignoriert.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2012-04-25 05:16:24 UTC
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Hier ist ein weiterer Präzisions-Vollweggleichrichter. Vollwellenverstärker

Single Supply Precision Rectifier (B-B/ TI)

Bild von Rod Elliott bei Elliott Sound Products sup>

Persönlich können Sie mit HEX CMOS-Wechselrichtern eine Menge Signalkonditionierung durchführen, wobei jeder Puffer eine Verstärkung im offenen Regelkreis von 1000 aufweist. Ein logarithmischer Verstärker ist nützlich, wenn Sie die Lichtintensität mit einem logarithmischen Wert der Eingangsamplitude ähnlich dem Hören regulieren möchten Sie können einen Zustandsvariablenfilter verwenden, um Bandpass, Tiefpass und Hochpass für 3 Kanäle zu erzeugen, oder eine Kette von Gyrator-BP-Filtern mit vier OA verwenden und ein Licht pro Note oder eines pro Oktave erzeugen. Auch hier hängt alles davon ab, was Sie tun möchten.

+1 - Diese Schaltung erkennt sowohl positive als auch negative Spitzen von Wellenformen.
TY AiliafklkqCMT für das Link-Update
clabacchio
2012-04-25 01:21:27 UTC
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Sehen Sie sich dies an: Es handelt sich um einen Gleichrichter, mit dem Sie sowohl die Hüllkurve der Kurve ermitteln als auch verstärken können.

enter image description here

Sie müssen die Widerstände so einstellen, dass die Verstärkung die gewünschte ist (Sie können einen Poti verwenden, um sie einzustellen), und den Kondensator, um die Welligkeit zu minimieren. Beachten Sie, dass die RC-Konstante die Empfindlichkeit der Schaltung bestimmt, sodass Sie den für Sie optimalen Wert finden müssen.

Verdammt, du hast es in einem gemacht. Sollte offensichtlich sein.
@Rocketmagnet habe ich nicht :) Ich habe den Schaltplan schamlos einer anderen Frage entnommen :)
Ihre RC-Ausgangskonstante hängt weitgehend von etwas außerhalb der Schaltung ab (ebenso wie der Eingangswiderstand des ADC-Eingangs). Außerdem beträgt die maximale Verstärkung dafür 11, und das OP benötigt 16,8.
@Telaclavo, aber ich habe angegeben, dass er die Komponenten an seine Bedürfnisse anpassen kann. Dieses Schema stammt aus einer anderen Frage. Und die RC-Konstante ist ganz gut, wenn er das Signal dem ADC zuführt
Alles, was das OP verlangt hat, außer einem Puffer. Und wenn sein ADC wenig Eingangsstrom benötigt, damit der Fehler, der durch das Entleeren des Kondensators verursacht wird, in Ordnung ist, braucht er den Puffer nicht wirklich.
der Nitpicker fügt hinzu: Diese Schaltung findet die * positive * Spitzenamplitude des Signals; Bei Signalen mit 2. Harmonischen werden die negativen Hälften ignoriert.
Telaclavo
2012-04-25 01:30:05 UTC
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Da Sie nur LEDs ein- und ausschalten möchten und keine HiFi-Wiedergabe benötigen, sollte dies für Sie funktionieren. Der Operationsverstärker verstärkt nur den positiven Bereich Ihres Eingangssignals und führt daher die Gleichrichtung ohne Diode durch und liefert gleichzeitig eine Spannungsverstärkung. Der Opamp wird ständig in die Sättigung ein- und ausgehen, mit der entsprechenden Strafe im Frequenzgang, aber ich wiederhole, da Sie keine HiFi-Anlage benötigen, sollte dies kein Problem sein.

R1 = 4,7 kOhm (um den Eingangsstrom zu begrenzen, wenn Vin negativ ist)

R2 = 9310 Ohm

R3 = 590 Ohm (Verstärkung ist die 5 / 0,3 = 16,8, die Sie benötigen)

R4 = 1 kOhm

C1 = 47 uF (R4 und C1 werden Tiefpassfilter bei fc = 3,4 Hz, gut für ein Vu-Meter)

C2 = 1 uF 0805

U1 = AD8615AUJZ (mit Rail-to-Rail-Ein- und Ausgang)

Beachten Sie, dass diese Schaltung keine Spitzenerkennung durchführt. Vout ist der Durchschnitt der positiven Zyklen von Vin. Das ist proportional zur durchschnittlichen Amplitude des Eingangssignals, was das OP wollte. Tatsächlich beträgt Vout höchstens 2,5 V für einen Rechteckwelleneingang mit einem Tastverhältnis von 50% im Vollmaßstab, aber die Linearität ist besser als bei einem Spitzendetektor, da dies nichtlinear ist. Der reduzierte Vout-Bereich kann leicht kompensiert werden:

a) In Software.

b) In Hardware wird 2,5 V an den VREF-Eingang des Arduino angelegt.

Schematic

Mit dieser Schaltung reicht der Bereich auch bis 5 V. Und schließlich kann er die LED selbst als Gleichrichterelement verwenden
@clabacchio Nein, Vout geht zu einem analogen Eingang eines Arduino, sagte er.
Ich brauche High-Fidelity. Diese LEDs pulsieren / verblassen zur dynamischen Aktivität der Gitarre wie eine Lichtshow. Harter Schlag / leichter Schlag sollte gleich hellem Impuls / schwachem Impuls sein.
@uberdanzik 1) Sie wissen natürlich nicht, was Hi-Fidelity bedeutet. Hi-Fidelity bedeutet so etwas wie <= 0,01% THD, was, wie ich wiederhole, keinen Sinn macht, Vu-Meter-LEDs anzusteuern. 2) Diese Schaltung ist die linearste der 3 Antworten, die ich hier sehe. 3) Sie haben "versucht, die durchschnittliche Amplitude zu finden" geschrieben, dann aber eine Schaltung ausgewählt, die Ihnen die Amplitude "Spitze" gibt, sodass Sie auch den Unterschied zwischen ihnen nicht kennen. 4) Sie sollten nicht "Wie viele Opamps braucht es ..." schreiben, wenn Sie später eine Lösung auswählen, die nicht die minimal mögliche Anzahl von Opamps verwendet. Wie auch immer, gut zu wissen für die Zukunft.
@Telaclavo Sie haben Recht mit High-Fidelity, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass er für "durchschnittliche Amplitude" die Hüllkurve der Kurve meint, die im Grunde mit einem schnellen Spitzendetektor erhalten werden kann
Der Durchschnitt impliziert eine Zeitkonstante oder besser ein Intervall von RMS-Abtastwerten.Das nächstbeste ist Audio-BW von 10 kHz mit einem durch ITU-Standards definierten Quasi-Peak-Durchschnitt.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2012-04-25 04:38:52 UTC
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In den 60er Jahren haben wir Filter, Triacs und Lichter verwendet, um zu klingen. Lichtorgel. Millionen Möglichkeiten, je nachdem, was Sie tun möchten.

Ich habe nicht versucht, banal zu sein , aber die Frage ist trügerisch und geht fälschlicherweise davon aus, dass Sie Operationsverstärker benötigen, um die Spitzenamplitude zu erfassen. @uberdanzik Zum Beispiel erkennen 2 Transistoren im Emitterfolger NPN, dann PNP mit Caps am Emitter den Peak ohne Offset und puffern ihn. Ich hoffe du verstehst.



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