Segnale audio di polarizzazione DC

Ho visto diversi modi per aggiungere la polarizzazione DC a un segnale audio. Li ho simulati e tutti mi danno risultati simili, ma non riesco a capire perché scelga A su B o C. La mia sorgente audio sarà un audio di livello di linea da -2 V a + 2 V CA passato attraverso un tappo di accoppiamento da 220 uF e quindi un filtro passa basso (RC, 2 poli). Il segnale verrà letto da un ADC.

Il primo modo è usare un divisore di tensione: Simple Biasing Circuit

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Questo è abbastanza autoesplicativo e capisco come funziona. Ho visto anche lo stesso design usando un diodo ma non sono riuscito a trovare un esempio.

Prossimo esempio: come leggere un segnale audio usando ATMega328? - L'immagine è dalla risposta di Endolith.

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Un altro che ho visto è: non capisco bene questo circuito preamplificatore FET-BJT

E lo schema è per un preamplificatore, e ci sono 2 versioni ed entrambe aggiungono un pregiudizio.

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La mia domanda è qual è la migliore pratica per aggiungere il bias a un segnale audio? Quali sono alcuni degli altri modi per aggiungere un bias DC al segnale?

Modifica / Aggiorna: guardando le risposte - usando la seconda sembra che funzionerà meglio per la mia applicazione, usando qualcosa di simile. Ci sono altri miglioramenti che posso apportare? Altro quindi Vref / rotaie di potenza stabili.

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audio dc bias

— jsolarski
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Piccola nota, dici di avere un tappo di disaccoppiamento da 220 uF. Penso che potresti riferirti a un tappo di accoppiamento.

— Kellenjb,

Il segnale verrà letto da un ADC, per un contatore BPM (battiti al minuto) e Kellenjb hai il tappo di accoppiamento corretto e non il disaccoppiamento - fisso

— jsolarski,

Come nota: utilizzo la prima soluzione senza problemi ma il mio circuito non è sicuramente di alta fedeltà come su un aeromobile modello con molto altro rumore (motori, servo, vento, ecc.)

— Thomas O

Stai intenzionalmente cercando di isolare le basse frequenze con quei filtri RC, giusto?

— endolito

@endolith Sì, sto intenzionalmente cercando di isolare le basse frequenze, sotto i 3 KHz

— jsolarski,

Risposte:

Non usare il primo circuito. Eventuali rumori o picchi sull'alimentatore verranno miscelati con il segnale. Poiché il punto di polarizzazione è collegato direttamente al segnale, non è possibile filtrare il rumore dell'alimentazione senza filtrare anche il segnale.

Usa il secondo circuito. Produce una tensione di punto medio che è strettamente accoppiata a terra, quindi il componente CC è metà dell'alimentazione, ma il componente CA (rumore e picchi) viene filtrato dal condensatore. Non è un circuito completo, tuttavia, è comunque necessario collegarlo al segnale.

Questo è ciò che stai cercando di fare :

semplice polarizzazione DC

L'uscita è la stessa dell'ingresso, appena spostata verso l'alto di 2,5 V. Il resistore sull'ingresso assicura che il lato di ingresso del condensatore sia a 0 V CC, per evitare pop durante il collegamento. Il resistore sul lato di uscita del cappuccio di accoppiamento CA polarizza quel lato con la tensione di polarizzazione CC. Se il circuito dispone già di una fonte di tensione di polarizzazione CC a bassa impedenza pulita, collegarla a quella. Altrimenti, puoi usare il circuito n. 2 per generare il bias, in questo modo :

Circuito che mostra la polarizzazione DC di un segnale AC

(La simulazione impiega molto tempo per raggiungere il valore di polarizzazione CC, tuttavia premere la voce di menu "Trova punto operativo CC" per risolverlo. )

La tensione di polarizzazione CC è prodotta da un divisore di tensione e un condensatore per filtrare il rumore dell'alimentazione. Notare che se si utilizza lo stesso punto Vbias per più segnali, questi possono attraversare questo punto. Il bias cap più grande riduce la diafonia. Il condensatore di accoppiamento più grande migliora la risposta a bassa frequenza. Ma rendili troppo grandi e impiegheranno molto tempo a caricarsi quando si gira l'interruttore di alimentazione.

Il 3o diagramma non è un circuito di polarizzazione; è un preamplificatore microfonico.

— endolith
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Per quanto riguarda il preamplificatore, quel segnale di polarizzazione del circuito sarebbe se usassi un segnale non amplificato (phono) o un microfone? o dovrebbe semplicemente passare attraverso un preamplificatore che non distorce e distorce il segnale vicino al filtro?

— jsolarski,

@jsolarski: non capisco la tua domanda sul preamplificatore. Quel circuito è un preamplificatore microfonico ad alto guadagno. Stai solo cercando di bufferizzare il segnale prima che entri nell'ADC?

— endolito

per quanto riguarda il mio commento precedente, dovrò porre un'altra domanda quando arrivo a quel punto, la mia preoccupazione è che ho più segnali, alcuni sono a livello di linea e alcuni saranno ingressi microfonici o ingressi phono di livello molto basso. Ho solo bisogno di un modo per mantenere i livelli nello stesso intervallo, quando si collegano fonti diverse.

— jsolarski

@jsolarski: Sarà come qualsiasi input di mixer audio, quindi. Avrai bisogno di un controllo del guadagno variabile per gli ingressi imprevedibili di basso livello e forse jack separati per il livello di linea, a seconda dei connettori che desideri utilizzare. Per un contatore BPM, il basso rumore probabilmente non è così importante, quindi potresti semplicemente usare un singolo stadio di guadagno op-amp con un ampio range di guadagno. In alternativa, una gamma di guadagno più stretta e un interruttore pad da 20 dB.

— endolito

Dici che il primo circuito dell'OP avrà il rumore dell'alimentatore amplificato ma il tuo primo circuito ha l'alimentatore direttamente collegato all'uscita. Non manca un condensatore lì? In che modo il primo circuito filtra l'alimentazione CA (rumore)?

— SpaceDog,

Il metodo più semplice è la prima immagine a cui sei collegato. Farà il lavoro, ma ha un grande svantaggio per la tua applicazione. Se le linee di alimentazione presentano del rumore, il rumore verrà aggiunto al segnale che si sta tentando di misurare.

Il secondo metodo è quasi identico al primo metodo. Il grande vantaggio rispetto al primo metodo è che il rumore sulle linee di alimentazione non avrà un effetto così grande sul segnale stesso.

Il terzo metodo è over kill per quello che vuoi fare. È progettato per fornire potenze più elevate, ma dal momento che lo stai solo leggendo con un ADC non c'è motivo di averne bisogno.

— Kellenjb
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Se la tensione da cui deriva l'ADC alimenta il divisore della resistenza, non vedo che avere quella tensione accoppiata nell'audio che alimenta l'ADC sarà un grosso problema. In effetti, se c'è qualche esitazione nel riferimento ADC, penso che averlo accoppiato all'ingresso ADC con un'ampiezza del 50% sarebbe meglio che avere lo spostamento del riferimento e l'ingresso no, sebbene il segnale audio sarebbe degradato in ogni caso. Se il riferimento ADC è una tensione assoluta che non è disponibile su un pin di uscita, anche il tuo bias dovrebbe essere una tensione assoluta (da un regolatore o altro).

— supercat,

Il primo circuito, il semplice divisore di resistori, è di gran lunga la soluzione più semplice, rapida ed economica. È anche la soluzione utilizzata dalla maggior parte dei circuiti audio. A meno che non desideriate livelli di prestazioni pro-audio, questo è il metodo che consiglierei.

La soluzione "corretta" sarebbe quella di avere una barra di alimentazione separata che è alla tensione di polarizzazione. Esegui il segnale audio attraverso un cappuccio di blocco CC, quindi disporre di una resistenza sulla barra di alimentazione di polarizzazione. Questo approccio ha meno rumore e distorsione armonica rispetto al semplice divisore-resistore, anche se la differenza di prestazioni è importante solo per quelli nel mondo dell'audio professionale e non vale la pena preoccuparsene per la maggior parte.

Un caso in cui la soluzione "corretta" vale la pena per il circuito medio è quando l'ADC stesso fornisce la guida di tensione di polarizzazione. Alcuni ADC emettono quella tensione e tutto ciò che devi fare è usarlo. Questo è bello perché puoi ottenere una precisione migliore rispetto a qualsiasi altra soluzione. A volte ho avuto problemi, tuttavia, in cui ho dovuto prendere questo output dall'ADC ed eseguirlo attraverso un buffer basato sull'amplificatore operazionale con guadagno unitario, in modo che avesse la forza del drive per funzionare correttamente.

Le altre due soluzioni citate funzionerebbero, ma non mi preoccuperei. Sono in qualche modo ottimizzati e non offrono alcun vantaggio importante offerto dal semplice divisore di resistori o dalle soluzioni "corrette".